逆变器多线并举，储能+光伏“玩”合作？

作为光伏发电和储能系统的核心部件，逆变器大名鼎鼎在外。很多人看见它们名字相同、作用领域相同，就认为这两个是同一类产品，其实并不然。光伏、储能逆变器，二者既是“最佳拍档”，也在功能、使用率、收益等实际应用上有所区别。

# 撰文 | 品茶煮酒    编审 | 宇傅

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逆变器：光伏发电系统的心脏

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在光伏产业链中，逆变器位于下游，与光伏组件一起构成了发电系统。光伏产业链可分为硅料、硅片、光伏电池片、光伏组件和光伏系统五个环节。上游包括生产原料高纯度多晶硅材料，制造单晶硅和多晶硅，以及生产硅片。中游包括光伏电池、光伏组件（如玻璃、支架等）等环节。下游包括逆变器和光伏发电系统环节，逆变器在整个光伏产业链中扮演着重要角色。

光伏逆变器是太阳能光伏系统的核心部件，其主要职责是将太阳能光伏电池组件所产生的直流电转换为交流电，并将其连接到电网或用于供给负载。光伏逆变器是连接太阳能光伏电池板与电网之间的电力电子设备，其主要功能是将太阳能电池板所产生的直流电通过功率模块转换成可供并网使用的交流电，可谓是太阳能光伏发电系统的“心脏”。

光伏逆变器的可靠性和安全性直接关系到太阳能发电系统的整体稳定运行，其转换效率直接影响着太阳能光伏发电系统的发电效率。此外，光伏逆变器的使用寿命也直接影响着光伏发电系统的使用寿命，进而影响着光伏电站项目的投资回报率。

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光伏逆变器不仅实现了直流电到交流电的转换，还具备最大功率点跟踪（MPPT）功能，以及最大程度发挥太阳能电池性能和保护光伏发电系统等功能。

Ø 与电网进行互动。电网是一个庞大且复杂的系统，如果外部能量的输入不符合电网的电能质量要求，就会对电网的运行产生严重影响。光伏逆变器必须确保光伏系统所产生的电能安全稳定地输送至电网。这主要表现在以下几个方面：

1. 提供高质量电能：光伏逆变器需要确保向电网输送的电能质量（如谐波含量、直流成分、电压、频率、相位等）符合要求。

2. 具备准确的电网波形采样功能：逆变器需要有效地对电网电压进行采样，以确保其能够与电网的瞬时变化同步。这样可以确保逆变器能够同步、可靠、安全地接入电网。

3. 监测和处理电网故障：各种电网故障可能会影响并入电网的光伏系统，因此逆变器需要具备监测和判断电网故障的能力，并能根据情况自动与电网断开连接，故障恢复后再次自动连接电网。

4. 支持电网远程调度：光伏逆变器在实现电网智能远程调度中扮演着关键角色。电网的智能远程调度可以根据接入负荷的电力消耗情况，远程控制所有接入电网的光伏系统逆变器进行功率输出调节，以确保电网能量的供给与消耗平衡。

Ø 实现光伏发电系统的最大输出效率是至关重要的。太阳能电池组件在不同光照条件下具有各自的最佳功率输出点，并且这些点随时在变化。只有当光伏系统中的所有太阳能电池组件都同时运行在各自的最佳功率输出点时，整个系统才能实现最大功率输出。传统的直流-交流电子变换设备无法追踪光伏系统的最大功率。

光伏并网逆变器通过采用动态智能扫描算法（MPPT算法），确保光伏组件能够稳定运行在各自的最佳功率点上。这种技术使得光伏发电系统能够实现最大输出效率，因为逆变器能够根据实时条件动态调整，使光伏系统在任何光照条件下都能获得最佳的功率输出。

■ 逆变器使光伏发电系统获得最大输出效率

Ø 逆变器具备识别和处理光伏系统故障的能力。在向电网输送电能的同时，逆变器实时监测整个光伏系统是否存在各种故障，并能够准确判断故障类型并主动采取有效措施，以防止光伏系统故障对电网造成影响。举例来说，如果光伏组件因安装不当或质量问题导致对地绝缘阻抗偏低，形成漏电回路，可能存在人员接触光伏组件时的安全风险。逆变器能够在早期对系统组件的安全性进行诊断，及时切断漏电回路，以预防事故的发生。

■ 逆变器能够判断和处理光伏系统故障

Ø 逆变器是一个涉及多种信息交互的设备，也是人机交互的重要平台。光伏逆变器具备检测、记录和上传各种发电信息的功能，包括直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、交流功率、电网频率、功率因数、日发电量、累计发电量、日发电时间、累计发电时间、无故障运行时间、每日发电曲线、日发电收益、总发电收益、以及电站环境检测数据等。这些信息可以被光伏逆变器记录并上传至用户的监控设备（如电脑、手机等）上。

此外，光伏逆变器还能够检测、记录并上传有关电网和光伏系统各种故障信息，比如电网电压过高或过低、电网频率异常、电网电压不平衡、直流电压异常等。这些故障信息也会被逆变器记录并上传至用户的监控设备上，以便及时发现和处理问题。

■ 逆变器是多种信息交互的设备，人机交互的重要平台

Ø 逆变器充当了其他应用加入和扩展的接口。光伏逆变器具备着可以扩展多种功能接口的能力，其中包括电池储能接口。这一接口允许利用储能系统将光伏系统产生的多余电能储存起来，在停电或电价高峰期时可以利用储能电池的能量。此外，光伏逆变器也作为家庭能源管理和智能家电的能源接口。逆变器内置能耗监测系统，结合相关的扩展设备，能够实时监测家庭能耗情况，为家庭能源的智能管理提供数据支持。

■ 逆变器是其它应用加入及扩展接口

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多类型逆变器并存，组串式有望成为主流

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光伏发电系统可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。光伏，即光伏发电，是太阳能光伏发电系统的简称。它是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电系统，是可再生能源利用的重要途径之一。

Ø 独立光伏发电，又称为离网光伏发电，主要由太阳能电池组件、控制器和蓄电池组成。若需要为交流负载供电，则还需要配置交流逆变器。独立光伏电站涵盖了边远地区的村庄供电系统、太阳能家用电源系统、太阳能路灯等各种带有蓄电池的独立运行的光伏发电系统。

■ 离网光伏发电站中逆变器位置

Ø 并网光伏发电是指太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电网要求的交流电后，直接接入公共电网。这种类型的光伏发电主要包括集中式大型并网光伏电站和分布式小型并网光伏电站。

集中式大型并网光伏电站的主要特点是将所产生的电能直接输送到电网，由电网进行统一调配向用户供电。这种类型的电站具有投资大、建设周期长、占地面积广等特点。

相比之下，分布式小型并网光伏电站，尤其是光伏建筑一体化光伏发电，具有投资较小、建设快速、占地面积小、政策支持力度大等特点。因此，分布式小型并网光伏电站被认为是未来并网光伏发电的主要发展方向。

■ 并网光伏发电站中逆变器位置

Ø 分布式光伏发电系统指的是在用户现场或靠近用电场所配置较小规模的光伏发电供电系统，旨在满足特定用户的需求、支持现有配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的需求。该系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏阵列支架、并网逆变器、交流配电柜等设备，同时还包括供电系统监控装置和环境监测装置。系统的运行模式是在太阳辐射条件下，太阳能电池组件阵列将太阳能转换为电能，由并网逆变器将其逆变成交流电供给就近的负载，多余或不足的电力则通过连接到电网来进行调节。

根据上能电气的招股书，按照光伏逆变器的技术路线，可以将光伏逆变器分为以下几类：

（1）大型集中式光伏逆变器：大型集中式光伏逆变器将光伏组件产生的直流电汇总成较大直流功率，然后再转变为交流电的一种电力电子装置。这类光伏逆变器的功率通常相对较大，一般采用500KW以上的集中式逆变器。近年来，随着电力电子技术的快速发展，大型集中式光伏逆变器的功率不断增加，从最初的500KW逐步提升至630KW、1.25MW、2.5MW、3.125MW等，同时电压等级也越来越高。大型集中式光伏逆变器具有输出功率大、运维简单、技术成熟、电能质量高、成本低等优点，通常适用于大型地面光伏电站、农光互补光伏电站、水面光伏电站等。近年来，随着技术进步，大型集中式光伏逆变器开始与下游的变压器集成，形成“逆变升压”一体化的解决方案，以及与储能结合的光储一体化解决方案。

■ 集中式 MW 级逆变器方案系统示意图

 

（2）组串式光伏逆变器：组串式光伏逆变器是一种电力电子装置，用于将较小单元光伏组件产生的直流电直接转换为交流电。因此，组串式光伏逆变器的功率通常较小，一般功率在50kW以下的光伏逆变器被称为组串式光伏逆变器。然而，近年来，随着技术的进步和成本效益的考量，组串式光伏逆变器的功率也在逐步增加，出现了60KW、70KW、100KW、136KW、175KW等大功率的组串式光伏逆变器。由于组串式光伏逆变器的单台功率较小，在相同的发电规模下需要增加逆变器的数量，这有利于提高逆变器与光伏组件之间的匹配度，在特定环境下能够增加发电量。组串式光伏逆变器主要应用于规模较小的电站，例如家庭分布式发电系统、中小型商业屋顶电站等，然而近年来也开始在一些大型地面电站中应用。

■ 组串式 MW 级逆变器方案系统示意图

（3）集散式光伏逆变器：集散式逆变技术是近年来新开发并引入的一种逆变方案，结合了大型集中式光伏逆变器的“集中逆变”优势和组串式光伏逆变器的“分散 MPPT 跟踪”优势，旨在实现“集中式逆变器低成本高可靠性，组串式逆变器高发电量”的目标。集散式光伏逆变器继承了大型集中式光伏逆变器的优势，近年来，随着大型集中式光伏逆变器技术的发展，如高功率、高电压等级、逆变升压一体化、光储一体化等技术，逐步被应用于集散式光伏逆变技术中。这种集成方法不仅提高了发电效率，同时也显著降低了成本。

■ 集散式 MW 级逆变器方案系统示意图

根据中国光伏行业协会中国光伏产业发展路线图（2023-2024），2023年，光伏逆变器市场仍主要由组串式和集中式逆变器主导。根据数据显示，组串式逆变器市场占比为80%，而集中式逆变器市场占比为20%。

■ 2023-2030 年我国不同类型逆变器市场占比变化趋势

在大型电站中，组串式逆变器的渗透率不断提高，特别适用于分布式光伏系统，这将进一步推动组串式逆变器应用市场的增长。据2023年数据显示，大型地面电站占据新增光伏发电装机的55.6%，分布式电站则占据44.4%，其中户用光伏在分布式市场中的占比约为45.3%。2023年，我国的大型基地项目开始开工建设，集中式光伏的增长势头明显。在分布式市场方面，我国的户用光伏装机表现良好，随着多个传统户用装机市场接近饱和，户用光伏安装开始向南部转移，例如江西、湖南、福建等省份在2023年取得显著增长。未来随着分布式光伏市场的持续发展，以及集中式光伏电站中组串式逆变器的比例不断增加，组串式逆变器市场规模将持续扩大。

■ 2023-2030 年我国不同类型光伏应用市场变化趋势

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光储融合，驱动逆变器企业增长

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据沙利文研究指出，储能涉及多种技术手段，然而不同储能技术目前处于不同的发展阶段。储能是指利用化学或物理方法储存电能，并在需要时释放的技术和措施。按照储存方式的不同，储能技术可分为机械储能、电磁储能、电化学储能、热储能和化学储能等类别。在各种储能技术中，机械储能领域的抽水蓄能目前是商业化应用最为成熟的方式；而以锂电池、钠硫电池为代表的电化学储能则整体处于示范和商业化过渡阶段，近年来得到了快速发展。其他储能方式，例如机械储能中的高速飞轮储能、电磁储能中的超导储能、超级电容储能，以及化学储能等，仍处于研发阶段，尚未实现产业化应用。

■ 不同储能技术所处阶段

根据《储能产业研究白皮书》的数据显示，当前储能PCS领域许多企业来自光伏逆变器制造商。在2023年，海外市场中，储能PCS出货量排名前十的中国企业依次是：阳光电源、科华数能、南瑞继保、盛弘股份、首航新能源、科士达、华自科技、上能电气、株洲中车时代电气和智光储能。而在全球市场中，储能系统出货量排名前十的中国企业依次是：阳光电源、中车株洲所、海博思创、南都电源、远景能源、新源智储、电工时代、融和元储、金风零碳和平高。储能市场的迅速增长将为逆变器相关公司带来发展机遇。

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