光伏發(fā)電系統(tǒng)是當代新能源行業(yè)的核心方向之一,其主要由光伏組件、光伏逆變器和其他配電設備等組成。其中,光伏逆變器的主要作用為實現(xiàn)電能的形式轉換,主要用于將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉化為電網(wǎng)傳輸和用戶使用的交流電,是光伏系統(tǒng)的核心組成要素之一。
光伏逆變器根據(jù)技術路線:分為集中式、組串式和微型逆變器。集中式逆變器:將光伏組件產(chǎn)生的直流電匯總轉變?yōu)榻涣麟姾筮M行升壓、并網(wǎng),功率相對較大,主要用于日照均勻的大型廠房、荒漠電站、地面電站等大型發(fā)電系統(tǒng);組串式逆變器:能夠直接跟組串連接,將單串或數(shù)串光伏組串產(chǎn)生的直流電匯總后轉變?yōu)榻涣麟姴⑦M行并網(wǎng),主要用于功率較大的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式光伏發(fā)電系統(tǒng);微型逆變器:能夠對每一塊光伏組件進行單獨的最大功率點跟蹤,直接連接單塊或數(shù)塊光伏組件并將其產(chǎn)生的直流電逆變后并入交流電網(wǎng),實現(xiàn)對每塊光伏組件的輸出功率進行精細化調節(jié)。
例如上能電氣其主要研發(fā)的逆變器產(chǎn)品多為集中式逆變器和組串式逆變器。公司的組串式逆變器可提供3~350kW全功率段產(chǎn)品,實現(xiàn)了較廣的功率覆蓋;采用多電平/軟開關變換技術,實現(xiàn)系統(tǒng)效率的最大化;采用超寬MPPT電壓輸入范圍設計,可實現(xiàn)戶用電站、工商業(yè)電站、大型地面電站等全場景應用。集中式逆變器可提供2500~8800kW功率段產(chǎn)品,所有產(chǎn)品實現(xiàn)大于99%的高轉換效率,高防護等級、高可靠性設計,滿足各種應用場景的需求。產(chǎn)品過載能力強,且支持高容配比設計。
光伏逆變器根據(jù)光伏發(fā)電類型分為集中式光伏發(fā)電逆變器和分布式光伏發(fā)電逆變器。集中式光伏發(fā)電逆變器:利用荒漠、鹽堿地等,集中建設大型光伏電站,發(fā)電直接并入公共電網(wǎng),接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠距離負荷。分布式光伏逆變器:在建筑物屋頂?shù)扔脩魣龅馗浇ㄔO,運行方式以用戶側自發(fā)自用、余電上網(wǎng),且以配電系統(tǒng)平衡調節(jié)為特征的光伏發(fā)電。
儲能逆變器由MPPT單元、充放電單元、逆變單元等核心硬件單元及其相關控制模塊等構成。儲能逆變器需要處理來自光伏組件發(fā)電端、負載耗能端、儲能電池端傳遞的各種信息,并結合客戶的需求痛點,以及不同的應用場景設計控制策略。儲能逆變器既要控制儲能電池的充電和放電過程,實現(xiàn)交直流電變換;也要為用戶提供能量管理功能,幫助用戶解決能量管理痛點,提升經(jīng)濟性。
全球能源轉型加速推進,光伏發(fā)電成為可再生能源發(fā)展的重要引擎。根據(jù)國際可再生能源機構(IRENA)在《全球能源轉型展望》中提出的1.5℃情景,到2030年,可再生能源裝機需要達到11,000GW以上,其中太陽能光伏發(fā)電和風力發(fā)電約占新增可再生能源發(fā)電能力的90%。2023年,全球光伏新增裝機超過390GW,創(chuàng)歷史新高。未來,在光伏發(fā)電成本持續(xù)下降和全球綠色復蘇等有利因素的推動下,全球光伏新增裝機仍將持續(xù)增長。
根據(jù)彭博新能源財經(jīng)(BNEF)在《2024年第三季度全球光伏市場展望》報告中預測,光伏組件的低價可能會繼續(xù)推動2024年全球光伏裝機的增長,預計今年將部署592GW的新增光伏裝機量。
圖表:2011-2023年全球光伏年度新增裝機規(guī)模以及2024-2030年新增規(guī)模預測(單位:GW)
資料來源:中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖(2023-2024)
國內光伏裝機呈現(xiàn)集中式和分布式齊頭并進的趨勢,其中集中式增長動能尤為強勁。2023年,我國國內光伏新增裝機216.88GW,同比增加148.1%。其中,我國大部分大基地項目在2023年年底前并網(wǎng),集中式光伏電站新增裝機120.59GW,同比增長232.2%;分布式光伏電站新增裝機96.29GW,同比增長88.4%。2023年大型地面電站占全部新增光伏發(fā)電裝機的55.6%,分布式電站占比為44.4%,其中戶用光伏占到分布式市場約45.3%。
儲能為能源轉型中關鍵一環(huán),儲能逆變器為關鍵部分。鑒于光伏發(fā)電的間歇性特征,其輸出受季節(jié)性、晝夜變化及氣象條件的顯著影響,表現(xiàn)出明顯的波動性和不確定性,導致供需匹配存在問題。儲能技術可提升可再生能源的利用效率,同時確保電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。儲能逆變器在此過程中扮演著至關重要的角色,它不僅負責將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉換為交流電,還負責實現(xiàn)儲能電池與電網(wǎng)的互聯(lián)。通過執(zhí)行交直流電的雙向轉換以及對儲能電池的充放電過程進行精確控制,儲能逆變器確保了光伏發(fā)電優(yōu)先滿足本地負載需求,并將剩余電能存儲于儲能電池中。在光伏發(fā)電過剩時,系統(tǒng)可選擇性地將電能輸送至電網(wǎng);而在光伏發(fā)電不足時,儲能電池則釋放存儲的電能,以供本地負載使用,從而實現(xiàn)能源的高效管理和優(yōu)化配置。當前,美歐日韓等主要經(jīng)濟體將發(fā)展新型儲能產(chǎn)業(yè)上升為國家或地區(qū)戰(zhàn)略,我國也加快推動新型儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展以支撐新型能源體系建設和碳達峰碳中和目標實現(xiàn)。
新型儲能市場在2023年實現(xiàn)了顯著增長。2023年國內新型儲能新增裝機約為22.6GW,平均儲能時長約2.1小時。隨著政策進一步執(zhí)行、成本超預期下降和技術持續(xù)改進,新型儲能將更能滿足發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側的電力儲能需求。預計2025年,全球及我國新型儲能年度新增裝機或分別超過60GW、31GW,有望達到67GW、35GW。