儲(chǔ)能變流器技術(shù)及市場(chǎng)剖析

儲(chǔ)能變流器，英文名Power Conversion System（簡(jiǎn)稱PCS），是儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間功率交換的重要單元，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中價(jià)值量占比能達(dá)到20%左右。近年來，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)爆發(fā)，對(duì)PCS的需求增大，國(guó)內(nèi)廠商不斷擴(kuò)大海外市場(chǎng)，對(duì)PCS的研究也成為關(guān)注熱點(diǎn)。

PCS工作原理及功能

PCS由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、PCB板（印刷電路板）、電線電纜等硬件組成，可以分為單相機(jī)與三相機(jī)。

PCS按功率大小又可分為高頻隔離、工頻隔離、不隔離三種方式。單相機(jī)和20KW以下三相PCS采用高頻隔離的方式，50KW到250KW采用工頻隔離的方式，500KW以上采用不隔離的方式。

PCS技術(shù)參數(shù)只要看系統(tǒng)電壓、功率因數(shù)、切換時(shí)間、峰值功率等，這些參數(shù)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)功能影響較大。

PCS的工作模式主要有并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種。

在并網(wǎng)模式下，PCS實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間的雙向能量轉(zhuǎn)換。主要功能是根據(jù)微網(wǎng)監(jiān)控指令進(jìn)行恒功率或恒流控制，給電池充電或放電，同時(shí)平滑風(fēng)電光伏等波動(dòng)性較強(qiáng)的輸出。

在離網(wǎng)模式中，PCS可以根據(jù)實(shí)際需求，給本地部分負(fù)荷提供滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電能。

PCS的主要功能包括過欠壓、過載、過流、短路、過溫等的保護(hù)、具備孤島檢測(cè)能力進(jìn)行模式切換、實(shí)現(xiàn)對(duì)上級(jí)控制系統(tǒng)及能量交換機(jī)的通信功能、并網(wǎng)-離網(wǎng)平滑切換控制等。

PCS的主要特點(diǎn)包括充、放電一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)；可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)的無縫切換；功率因數(shù)任意可調(diào)，在容量范圍內(nèi)可以全發(fā)無功，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償；

此外，特點(diǎn)還包括多臺(tái)PCS可多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，且總輸出功率不小于疊加總功率的95%；10KW換流器單體之間相互獨(dú)立；主功率回路采用高可靠性功率模塊；支持多種儲(chǔ)能電池，不同型號(hào)僅只有控制器的軟件不同；完善的極端保護(hù)功能，有效防止逆變器的異常損壞等。

應(yīng)用場(chǎng)景及國(guó)內(nèi)廠商

按照應(yīng)用場(chǎng)景的不同，PCS可以分為儲(chǔ)能電站、集中式、工商業(yè)及戶用四大類，主要區(qū)別是功率大小。

儲(chǔ)能電站PCS的功率一般大于10MW，選取級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)洌捎肐GBT模塊設(shè)計(jì)，一般N個(gè)交流器安裝到集裝箱內(nèi)部，支持多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，需變壓器升壓接入電網(wǎng)。

集中式PCS的功率在250KW以上，當(dāng)前多采用兩電平拓?fù)?，同樣采用IGBT模塊化設(shè)計(jì)，使用功率器件較少，單機(jī)功率可達(dá)MW級(jí)，對(duì)系統(tǒng)可靠性要求較高。

工商業(yè)PCS的功率一般在250KW以下，當(dāng)前多采用三電平拓?fù)?，與分布式光伏相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，在國(guó)外還可利用電網(wǎng)峰谷差價(jià)獲利。

家庭戶用PCS的功率在10KW以下，與戶用光伏相結(jié)合，作為應(yīng)急電源、電費(fèi)管理等，對(duì)安全規(guī)范、噪聲等要求較高。

PCS與傳統(tǒng)光伏逆變器的技術(shù)大抵相當(dāng)，所以早先切入PCS的企業(yè)基本都是逆變器產(chǎn)商。

從PCS產(chǎn)業(yè)鏈來說，上游是IGBT、PCB板等，中游是各類型儲(chǔ)能變流器，下游是風(fēng)光電站、電網(wǎng)系統(tǒng)等。

PCS上游材料的核心是IGBT，不過IGBT對(duì)設(shè)計(jì)及工藝的要求較高，我國(guó)企業(yè)起步晚，目前主要以國(guó)外跨國(guó)企業(yè)為主，以英飛凌、三菱電機(jī)、富士電機(jī)等，其中占比最高的是英飛凌，達(dá)15.9%。不過近年來，我國(guó)IGBT自給率在逐步提升，國(guó)產(chǎn)有替代海外的趨勢(shì)。

PCS中游、下游與光伏逆變器生產(chǎn)廠商基本是同一批，國(guó)內(nèi)主要的企業(yè)包括陽光電源、比亞迪、科華數(shù)據(jù)、上能電氣、固德威、昆蘭新能源、盛弘股份、索英電器、科陸電子等。不過由于PCS不同技術(shù)存在一定壁壘，應(yīng)用領(lǐng)域均有不同，目前暫無絕對(duì)龍頭。

陽光電源主打大型電源側(cè)儲(chǔ)能PCS產(chǎn)品，以配套自身儲(chǔ)能系統(tǒng)為主，部分對(duì)外銷售，陽光電源儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的定位是提供儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案。

上能電氣公司主要產(chǎn)品為交流儲(chǔ)能變流器和直流儲(chǔ)能變流器，分別應(yīng)用于發(fā)電側(cè)新能源并網(wǎng)和火電儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻領(lǐng)域、電網(wǎng)側(cè)調(diào)頻調(diào)峰領(lǐng)域、用戶側(cè)工商業(yè)領(lǐng)域儲(chǔ)能等。

固德威擁有較齊全的儲(chǔ)能產(chǎn)品系列和能源解決方案，涵蓋單相、三相、高壓、低壓、直流耦合、交流耦合等全系逆變器和儲(chǔ)能電池產(chǎn)品。

科士達(dá)公司現(xiàn)有產(chǎn)品有模塊化儲(chǔ)能變流器、集中式儲(chǔ)能變流器，儲(chǔ)能業(yè)務(wù)占總營(yíng)收比重達(dá)10%。

盛弘股份盛弘股份首創(chuàng)多分支儲(chǔ)能變流器，將多組電池分散接入儲(chǔ)能變流器，減少電池簇并聯(lián)，降低電池?fù)p耗，能夠更大化利用電池。

未來展望

全球氣候變暖已成為全球最大的生態(tài)難題，全球開始向“低碳化”轉(zhuǎn)型，我國(guó)也提出“30·60”的戰(zhàn)略目標(biāo)，當(dāng)前人們獲得可再生能源最有效的方式就是發(fā)電，因此儲(chǔ)能作為實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)不可或缺的一環(huán)，其市場(chǎng)規(guī)模不斷增長(zhǎng)，PCS又是儲(chǔ)能裝置中不可替代的器件之一，存在巨大發(fā)展機(jī)遇。

儲(chǔ)能PCS市場(chǎng)目前市場(chǎng)規(guī)模相當(dāng)可觀，且還有著足夠的發(fā)展?jié)摿?。各PCS企業(yè)目前并不在硬件成本比拼，而是朝著市場(chǎng)端、客戶服務(wù)、售后服務(wù)等方向發(fā)展，具有較高的毛利潤(rùn)。

據(jù)悉，2015年我國(guó)PCS產(chǎn)量?jī)H有5.5萬KW，當(dāng)時(shí)市場(chǎng)均價(jià)在1元/W左右，到2021年，PCS產(chǎn)量已增長(zhǎng)至194.75萬KW，年增長(zhǎng)率超80%，市場(chǎng)均價(jià)也達(dá)到了1.135元/W。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2025年，PCS全球市場(chǎng)空間將達(dá)到410億元，年增長(zhǎng)速度達(dá)60%左右。