光伏逆變器的“戰(zhàn)爭”

逆變器，光伏系統(tǒng)的核心設(shè)備，俗稱光伏“大腦”，是連接組件方陣與電網(wǎng)的重要“橋梁”。

2003年，由陽光電源推出的我國首臺自研光伏逆變器成功應(yīng)用。

至今二十余年時(shí)間，歷經(jīng)技術(shù)拼殺，中國光伏逆變器企業(yè)圍剿外企成功站穩(wěn)全球巔峰，曾經(jīng)數(shù)百家的市場混戰(zhàn)優(yōu)勝劣汰至不足二十家。

但與此同時(shí)，充分技術(shù)競賽下的光伏逆變器，效率、電壓穿越、智能化、支撐電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)不斷飛躍，成本曲線俯身下沖。

而戰(zhàn)爭遠(yuǎn)不止此，輔助新能源電力躍升主力能源，光伏逆變器技術(shù)廝殺仍舊激烈，這是領(lǐng)跑企業(yè)的“護(hù)城河”，同樣也是行業(yè)前行的不竭動(dòng)力。

大、小機(jī)并駕齊驅(qū)

回溯市場主流光伏逆變器技術(shù)，與應(yīng)用場景密不可分。

2008年特許權(quán)項(xiàng)目拉開我國商業(yè)化光伏電站的歷史序幕。市場開端，地處西北荒漠地區(qū)，設(shè)備選型更多基于初始投資成本這一重要維度，集中式逆變器即“大機(jī)”成為業(yè)主的統(tǒng)一選擇。

彼時(shí)，學(xué)院派掌門曹仁賢掌舵下的陽光電源繼2003年后再度刷新歷史，將逆變器功率拉高至500kW。而巨大的單機(jī)功率，也讓集中式逆變器成本優(yōu)越，應(yīng)用至大型電站，臺數(shù)少、保護(hù)功能齊全、有功率因素調(diào)節(jié)、電壓穿越等，備受電網(wǎng)青睞。

（敦煌特許權(quán)電站 500kW集中式逆變器）

而此后多年以地面電站為主的市場環(huán)境也成就了集中式逆變器飛速發(fā)展的肥沃土壤，成本與性能不斷突破。

一改傳統(tǒng)水泥房，集裝箱式逆變器應(yīng)用而生，逆變房內(nèi)部配置2臺500kW逆變器，并且可進(jìn)一步集成直流配電柜等其他設(shè)備，滿足業(yè)主及EPC單位對項(xiàng)目施工周期和工程成本要求的同時(shí)，大大降低了施工難度和現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步降低成本，1500V系統(tǒng)進(jìn)入市場，通過增加串聯(lián)光伏組件塊數(shù)，減少并聯(lián)電路數(shù)量、減少接線盒及線纜數(shù)量，同時(shí)電壓提高后，線纜損耗進(jìn)一步降低，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。適配1500V系統(tǒng)，1500V集中式逆變器洶涌而來。

1.25MW、2.5MW、3.125MW……集中式逆變器功率不斷增大。

再觀另一大光伏應(yīng)用市場——分布式光伏，受規(guī)模、并網(wǎng)電壓限制等，以組串式逆變器即“小機(jī)”應(yīng)用為主。

直至2015年左右，在補(bǔ)貼刺激之下，我國分布式光伏市場揭開“黃金時(shí)代”，原本以海外市場為主的組串式逆變器企業(yè)開始了國內(nèi)市場的爭奪。

值得重視的是，受消納影響，大型地面電站由西部向中東部轉(zhuǎn)移，平地向山地、丘陵等復(fù)雜地形的變遷，也帶給了“小機(jī)”另一大機(jī)遇。

據(jù)介紹，組串式逆變器具備多路MPPT功能，不受組串間模塊差異和陰影遮擋影響，最大程度提高了發(fā)電量，且體積小、重量輕，搬運(yùn)和安裝方便，單機(jī)故障影響顆粒度小，智能運(yùn)維便捷，度電成本優(yōu)越。由此，大功率組串逆變器逐漸擠入地面市場。

此外，適配182、210超大尺寸組件，組串式逆變器輸出功率不斷創(chuàng)下新高，250kW、320kW、350kW……

行至當(dāng)下，根據(jù)應(yīng)用場景不同，大、小機(jī)可謂并駕齊驅(qū)，大型平地電站及水面電站多采用集中式逆變器，而復(fù)雜山地、小型分布式則是組串式逆變器的主戰(zhàn)場。

新品類突襲

聚焦于競爭更為激烈的地面市場，集中、組串逆變器多路線爭奪。

而且遠(yuǎn)不止此。

2021年，揭開中國光伏逆變器歷史征程序幕，并在集中、組串技術(shù)演變的多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)留下里程碑式產(chǎn)品的逆變器“標(biāo)簽”企業(yè)，陽光電源重磅推出“1+X”模塊化逆變器，讓逐漸穩(wěn)定的地面市場再起波瀾。

（1+X應(yīng)用于寧夏300MW荒漠光伏項(xiàng)目）

陽光電源高級副總裁、光儲集團(tuán)總裁顧亦磊直言，集中式逆變器系統(tǒng)LCOE更優(yōu)；組串式逆變器在復(fù)雜地形應(yīng)用場景中更靈活高效，這也催生了兼具兩者優(yōu)勢的新品類——模塊化逆變器。據(jù)介紹，“1+X”模塊化逆變器，一是單機(jī)模塊化，1.1MW單元獨(dú)立運(yùn)行，故障時(shí)不影響其他設(shè)備發(fā)電，可整機(jī)替換，降低發(fā)電損失，與此同時(shí)又可多機(jī)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)1.1MW~8.8MW子陣靈活配置，滿足全球不同市場的多樣化應(yīng)用；二是器件模塊化，包括IGBT、風(fēng)扇、電容等，即插即用，無需專業(yè)人員維護(hù)，相較傳統(tǒng)逆變器更換效率提升70%。

在陽光電源光儲集團(tuán)副總裁史曉鋒看來，模塊化逆變器的誕生不僅符合逆變器技術(shù)發(fā)展趨勢，而且完美契合地面電站需求變化。

數(shù)十年前，集中式逆變器功率是100kW，當(dāng)下逐漸發(fā)展到3.125MW乃至更大，而組串式逆變器的功率同樣飆升至320kW且將不斷提升，史曉鋒認(rèn)為，未來集中、組串的界限將越來越模糊，模塊化逆變器集合了兩種品類的發(fā)展趨勢。

從地面電站需求變化來看，一是大基地逐漸成為開發(fā)主流形勢，高溫、高濕、高鹽霧、風(fēng)沙等，應(yīng)用場景多元化，逆變器須適應(yīng)各類復(fù)雜環(huán)境；二是從標(biāo)桿電價(jià)到平價(jià)再到市場化電價(jià)，光伏電站收益風(fēng)險(xiǎn)加大，需要更低的度電成本；三是新能源滲透率越來越高，主動(dòng)支撐電網(wǎng)勢在必然?！澳K化逆變器適配各類需求。” 史曉鋒總結(jié)道。截至目前，“1+X”模塊化逆變器全球簽單已超12GW。

數(shù)據(jù)更為直觀，據(jù)測算，“1+X”模塊化逆變器支持多機(jī)并聯(lián)形成大子陣，支持長串接入，逆變器與匯流箱集成直流MPLC通訊模塊，運(yùn)維平臺與油槽一體化設(shè)計(jì)生產(chǎn)，光儲直流耦合等，百兆瓦光伏電站可節(jié)省投資近1000萬元。

下一代技術(shù)壁壘？

站位構(gòu)建新型能源體系的關(guān)鍵時(shí)期，及時(shí)響應(yīng)光伏方陣以及電網(wǎng)的雙向需求，光伏逆變器無疑仍待進(jìn)一步升級。未來技術(shù)走向何方？從龍頭逆變器企業(yè)技術(shù)動(dòng)向或可窺探一二。

高壓高功率密度趨勢廣受業(yè)內(nèi)首肯。正如從1000V過渡至1500V，通過抬高系統(tǒng)直流側(cè)電壓，可以降低線損，提高系統(tǒng)效率，并且降低系統(tǒng)成本。未來光伏系統(tǒng)電壓或朝著DC2000V、DC3000V以及AC35kV中壓直掛系統(tǒng)不斷突破。

同步逆變器端，在電路拓?fù)浞矫?，向五電平、七電平、多電平級?lián)不斷突破。在功率半導(dǎo)體支撐層面，從目前的硅和碳化硅混合電路設(shè)計(jì)，逐步向新一代碳化硅器件、第四代高壓半導(dǎo)體逐漸進(jìn)化。而逆變器功率密度越高，設(shè)備的綜合成本越低，使用體驗(yàn)越好。在陽光電源看來，未來行業(yè)將主要從功率半導(dǎo)體和電磁兩條技術(shù)線推動(dòng)進(jìn)步，使設(shè)備功率密度從目前的 5W/In3，逐步走向 8 W/In3、16 W/In3、32 W/In3不斷突破

。在功率半導(dǎo)體層面，從第七代IGBT，不斷進(jìn)化到平面 SiC MOS、寬禁帶GaN MOS，使器件開關(guān)頻率不斷提高；在電磁技術(shù)方面，從目前的差模共模磁集成技術(shù)逐步向下一代多段混合磁耦合、超高頻磁技術(shù)不斷突破。與此同時(shí)，基于高壓高功率密度技術(shù)持續(xù)突破，未來逆變器設(shè)備形態(tài)的小型化、輕量化以及模塊化趨勢將進(jìn)一步加深。對此，陽光電源已揭開“面紗”，模塊化逆變器在降低投資成本、提高建站效率、提升運(yùn)維效率等方面價(jià)值凸顯。

此外，走向主力能源，光伏電力難以避開的兩大趨勢：光儲融合、支撐電網(wǎng)，兩者均指向核心設(shè)備逆變器。就光儲融合方案，業(yè)內(nèi)主要圍繞直流耦合與交流耦合兩個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行創(chuàng)新。交流耦合是光伏和儲能在交流側(cè)連接；直流耦合是指儲能系統(tǒng)接入直流側(cè)，兩個(gè)系統(tǒng)之間功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，能量損耗低，設(shè)備投資少，但需光伏逆變器預(yù)留儲能接口。陽光電源“1+X”模塊化逆變器即為直流耦合，內(nèi)置儲能接口，無需增配PCS設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)光儲靈活擴(kuò)容，百M(fèi)W電站可節(jié)省投資 600萬元，相比交流耦合系統(tǒng)循環(huán)效率提升2~3%。

支撐電網(wǎng)方面，陽光電源表示，行業(yè)未來將圍繞算力和算法兩個(gè)維度不斷創(chuàng)新，通過大數(shù)據(jù)、高算力、智能算法的結(jié)合，在增強(qiáng)型連續(xù)高低穿、多層級寬頻振蕩抑制、虛擬同步機(jī)（VSG）技術(shù)、微秒級電網(wǎng)電壓構(gòu)建、GW級并聯(lián)黑啟動(dòng)等技術(shù)上實(shí)現(xiàn)不斷突破，使新能源設(shè)備的并網(wǎng)特性未來逐步走向主動(dòng)支撐、智能構(gòu)網(wǎng)、自愈系統(tǒng)。

當(dāng)然，逆變器技術(shù)的每一步躍升，均構(gòu)成了未來主力能源躍升的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，與此同時(shí)，也將帶來新一輪的行業(yè)洗牌。市場洶涌，誰又將是最終的“守望者”呢？