風口中的“風口”：光伏逆變器現狀調查

8月7日，立秋。我國西南邊陲小城曲靖，正迎來一年中日照最長的時段。“8月份的曲靖早上六點半左右日出，到晚上七點四十分左右日落，全天日照時長能達到13個小時，峰值日照時數有4.5個小時，立秋時節正是裝光伏電站的好時候。”陳琳在電話中告訴記者。

這位“85后”的重慶女孩是江蘇一家分布式光伏企業的銷售工程師，夏秋之交的八九月份，通常是她一年中最忙的時候。而眼下，陳琳正在跟進自己今年最大的一個光伏電站項目的交付，就在數日以前，她隨著公司的幾輛重型卡車從位于常州的廠區出發，載著成套的光伏組件，翻山越嶺來到了云南曲靖。“這是一個468kW的工商業電站，這個項目從安裝到并網都由我們公司來做，綜合估算下來，這個電站首年總發電量能達到63萬度，實現二氧化碳減排650噸。”陳琳的語氣中帶著一絲驕傲。

不過，就在8月7日當天，陳琳同客戶在現場一起驗收清點貨物的過程中，還是出現了一些小波折。“逆變器沒有跟著其他組件一起送到，缺了逆變器的話，項目施工（就）需要暫緩一下。”提到逆變器，陳琳變得有些焦慮。

陳琳所在的公司屬于光伏行業中的集成廠商，主要做一站式光伏解決方案，業務涵蓋項目前期咨詢、系統設計及運維監控。

但這家公司本身并不具備生產包括從太陽能板、配電箱、光伏支架和電纜在內的光伏組件的能力，而陳琳口中那個暫時還沒有運到的逆變器，就屬于整個光伏電站當中的“心臟”。

風口中的“風口”

全球的光伏產業正處于“風口”，呈現出的是“井噴式”的發展。

7月29日，國家能源局公布了2022年上半年光伏發電建設運行情況，其中，上半年光伏新增裝機30.88GW，集中式光伏電站11.22GW，分布式光伏19.65GW。戶用分布式光伏新增裝機8.91GW，同比增長51.5%。

據浦銀安盛光伏ETF基金經理高鋼杰近日預測稱，十四五期間，我國光伏年均新增光伏裝機或將超過75GW。

而在海外市場方面，今年五月，歐盟發布了一項名為REPowerEU的計劃草案，其中提出：“到2025年，所有新建筑以及能耗等級D或以上的現有建筑，都應安裝屋頂光伏設備”。“今年爆發的俄烏沖突，讓歐洲對自己的能源安全變得更加重視，所以今年歐洲市場的銷量十分不錯。”廣東欣頓電源有限公司銷售經理唐濤向記者表示。

記者查詢歐洲統計局數據發現，今年一季度，國內出口到歐洲的光伏組件規模為16.7GW，同比暴增145%。

在記者走訪光伏企業的過程中，有多家企業的市場經理向記者透露，其所在公司當前均已戰略性放棄國內市場，正全力挖掘跟進海外市場需求。“我們現在主要做海外市場，國內的就不用來咨詢了。”深圳美世樂新能源科技有限公司的一名銷售經理如此表示。

在唐濤看來，今年歐洲市場的銷量增長，有部分原因在于當地采用的市場化電價結算模式。他認為，在能源供應緊張的情況下，飆漲的電價開始讓很多歐洲家庭考慮光伏發電的可行性。“跟國內的大城市不一樣，歐洲的居民戶型，本身就很合適做屋頂發電。”唐濤說。

中信證券在近期發布的相關研究報告中稱，歐洲加快光伏項目建設進度，海外裝機量將保持較高速增長，2022年全球光伏裝機有望超230GW。

而在全球光伏市場正處于大風口之時，扮演著光伏電站“心臟”角色的逆變器，也迎來了屬于自己的高光時刻。

根據中商產業研究院年初的統計數據，全球光伏逆變器出貨量從2017年的98.5GW快速攀升至2020年的185.1GW，年 復 合 增 長 率 高 達22.51%。“別看逆變器在整套系統中所占的成本不高，一般也就5%，但是沒有逆變器的光伏電站就等于（只是）立了幾塊空板子。”陳琳告訴記者。

“光伏發電主要是利用了中學就學過的‘光電效應’，即當太陽光中的光子照射到光伏板上時，硅晶中的電子由于吸收了能量產生移動，從而形成了直流電。”嘉興一家小型光伏企業的技術工程師郝哲向記者解釋，對于用電側來說，太陽能板產生的直流電是沒辦法直接用的，逆變器的作用就是將直流電轉換為工頻交流電，即我們常說的市電。

郝哲表示，逆變器作為銜接光伏組件與電網的重要設備，除了承擔直交流電轉換的作用外，其還能通過MPPT技術（最大功率點跟蹤）讓光伏板保持以最大功率進行工作。“除了像‘心臟’，還像是光伏電站的‘大腦’。”郝哲說。

眼下，伴隨著愈吹愈猛烈的光伏之風，下游的逆變器廠商也掙得“盆滿缽滿”。“單子接到忙不過來，像撿錢一樣，我自己上半年就做了上千萬的業績。”國內一家頭部逆變器企業的銷售經理王方在電話中告訴記者。

王方表示，其所在公司在今年上半年的銷售額已經突破了30億元，且多是主動上門來咨詢合作的客戶。現在的他，相比起入行之初已經“懶”了許多，除了個別大客戶外，其已經很少主動出門去進行拓客拜訪。“我們現在的重點是怎么做好需求對接，而不是開拓市場。”王方說。

“三兄弟”勢力消長

“現在的逆變器市場是集中式、組串式和微型‘三兄弟’的天下。”易文良告訴記者。

易文良是蘇州一家光伏集成商在華南區域的負責人，2022年上半年，他們在全國各地做了20多個工商業及戶用電站項目，在逆變器的選型上，他頗有心得。

目前光伏電站大體上可分為大型地面電站、工商業和戶用電站，而針對這三類主要的場景，逆變器也可以分為集中式、組串式和微型三大類，區分方式主要在于接入光伏組串的數量與最大支持功率。

“你可以把它們簡單地理解成排插，集中式逆變器的插孔最多，能接的光伏組件最多，而微型逆變器就一個插孔，只能接一個光伏組件。”易文良說。

記者了解到，在常見的光伏發電場景中，集中式逆變器主要被用于總功率在1兆瓦以上的大型光伏電站，而組串式逆變器則常被用于中小型的分布式光伏項目中。

“我們在規劃整體解決方案的時候，會根據會根據項目方的需求，從安全性、經濟性及可靠性三個角度出發進行逆變器選型，并不拘泥于各類產品理論上的適用場景。”易文良向記者強調。

易文良用近期國內一個超大型電站的項目作為案例，向記者說明了逆變器的選配邏輯。在他向記者展示的照片中，記者看到了鱗次櫛比的光伏板在大地上匯成了一片藍色的海洋。“這個電站的裝機規模達到了1吉瓦，光伏板就用了200多萬塊。”易文良說。他表示，對于這樣的超大型電站，理論上應該選用大型集中式逆變器。“這個電站的建設地點位于四川甘孜，高原地區，地形條件復雜，占地面積較大的集中式逆變器部署困難，且可靠性較差。所以，此項目最后選用了5000多臺組串式逆變器，通過接入云端，以智能運維的方式來保障發電。”易文良進一步解釋。

記者了解到，諸如此類棄用“笨重”的集中式逆變器，轉而擁抱“靈活”的組串式逆變器的案例，是近年來逆變器行業發展趨勢的縮影，在當前的市場中，各家主流逆變器廠商的產品基本都屬于組串式逆變器。

根據中國光伏行業協會的統計數據，在國內市場上，自2018年起，組串式逆變器的占比就超過了50%，到了2021年已接近70%，而集中式逆變器的市場占比則縮水至不足30%。

除了集中式、組串式兩類已較為成熟的逆變器產品外，行業內各家廠商也正積極探索下一代“逆變器”的發展方向，而微型逆變器就是其中的代表之一。

“微型逆變器主要是針對傳統逆變器在效率、安全、運維三個方面存在的痛點進行優化開發。”杭州禾邁股份有限公司的高級產品經理張新耀說，“關于安全層面，在傳統的組串逆變器架構中，將電壓在四五十伏左右單個光伏組件串聯起來后，整個系統中就存在300v-1500v左右的高壓。”

“在直流高壓系統中，若線路中出現了故障電弧，其一旦發生燃燒便很難熄滅。”張新耀說。

張新耀展示了禾邁實驗室針對“高壓直流拉弧”故障所做的實驗，記者看到，當系統中的直流電壓達到兩百伏時，光伏組件的線路兩端產生了劇烈的“弧閃”（電弧閃光現象），且持續保持著燃燒狀態。

在他看來，雖然當下許多光伏組件都有相關的防火認證，但目前國內的防火認證的測試溫度通常在幾百度左右，而直流拉弧所產生的溫度卻能達到八九千度。

此外，當屋頂光伏發生火災時，由于現場依舊處在高電壓狀態，也會給到達現場救援的消防人員帶來很大的安全隱患。

“甚至有一些國外的消防員，在到達光伏電站的火災現場之后，會等到大火完全熄滅之后再去進行搶救。”張新耀說。

在這樣的背景下，通過單獨接入光伏組件，以并聯形式構建光伏系統的微型逆變器，在安全方面就具備得天獨厚的優勢。

記者了解到，在使用微型逆變器的搭建方案中，其系統電壓為單組件電壓，而當直流系統中的電壓在四五十伏左右時，線端產生的直流拉弧便輕微很多，從而在源頭上解決了屋頂光伏高電壓所帶來的安全隱患。

除了在安全方面具有優勢，以單組件進行接入的微型逆變器還可以避免組串式系統中存在的“木桶效應”，發電效率通常比采用傳統逆變器的光伏電站高5%-22%，且運維也更加便捷。

張新耀表示，相比傳統逆變器，微型逆變器可以監控到單個組件的電壓、電流、功率等信息，通過布局圖可以實現故障的精準定位，并快速解決問題。

不過，易文良告訴記者，包括逆變器領域的龍頭企業在內，當下并沒有多少廠家急于切入微型逆變器賽道，包括他們自身也很少在項目中采用微型逆變器。

因為，在易文良看來，微型逆變器針對傳統逆變器的痛點所做的優化，完全對不起其因此帶來的價格上升。

據記者了解，在今年，集中式逆變器在國內的價格通常為0.15元/瓦左右，而主流的組串式逆變器價格則在0.2元/瓦左右，若以額定功率為125kW的組串式逆變器為例，其單臺采購價格在2.5萬元左右。

而相比之下，微型逆變器在國內市場的售價則高達1.5元/瓦，在此背景下，同樣是125kW功率的逆變器，微型逆變器的單臺售價就需要18.75萬元，相比組串式逆變器直接翻了7倍多。

“對于直流高壓帶來的潛在安全風險，傳統逆變器也采用了很多方式予以規避，像是加入防直流拉弧檢測模塊，而對于發電效率和便于運維這兩點，每個廠家就各有說法了，反正在我跟進的項目上，現在還沒有采用過帶微型逆變器的解決方案。”易文良說。

儲能逆變器境外“吃香”

在今年5月，光伏“大市”濟南下屬的平陰縣印發的一份文件，曾引起市場較廣泛的關注。

這份文件要求平陰縣未來分布式光伏的建設應就地消納，原則上各類光伏總計開發規模不應超過其城區全年最大用電負荷60%，要避免向220千伏及以上電網反送電。

該文件還指出，平陰縣分布式光伏的開發要按照“光伏+儲能”方式推進，根據具體消納情況配建或租賃不低于15%、2小時的儲能設施。電網消納能力不足時，應提高儲能配置比例及充放電時長，確保分布式光伏就地就近消納、滿足95%利用率要求。

這份文件的發布，引出了近年來分布式光伏發展面臨的一個“老大難”問題—光伏消納。

“光伏發電的一大先天缺陷就是不穩定性，太陽的升起下落，天氣是多云還是晴天，這都是不可控的，所以這給電力系統的穩定運行帶來了很大挑戰。”郝哲說，“而光伏消納就是指如何充分地利用光伏發電量，既不產生浪費，也避免給電網帶來沖擊。”

在中科院廣州能源研究所副主任陳炯聰看來，高滲透率的分布式光伏將考驗配電網地承載能力，目前國內配電網基礎設施水平尚難滿足源荷互動、電量平衡的需要。

因此，在電網建設尚需時日，但光伏建設卻在一直加速的大背景下，推進“光伏+儲能”建設，實現就地消納成為了破解當下消納難題的可行措施，而國內廠商針對這一場景專門研發的儲能逆變器也就開始走向臺前。

現在常見的戶用儲能系統包括儲能逆變器、光伏組件以及鋰電池儲能模塊，陳永告訴記者。

陳永在深圳一家專注儲能逆變器生產的企業擔任銷售經理，據他介紹，今年上半年，其在公司非洲、東南亞以及歐洲市場獲得了不少訂單，但在國內的進展卻并不大。

“其實光儲一體很好理解，在逆變器底下接上蓄電池，以前光伏發電是上電網，現在都是自發自用，用不完就充到電池里。”陳永說。

在他看來，之所以光儲一體在國內進展較慢，原因還是在于市場對成本的考慮。

陳永以一個裝機容量為5KW的戶用電站項目為例，跟記者算了一筆賬。他指出，在該戶用電站的建設中，主要的成本項包括光伏板、支架、并網箱、逆變器及人工。

陳永進一步表示，單晶硅光伏板目前的價格為4元/瓦，裝機5KW就需要2萬元，配套相同功率的逆變器需要1萬元，余下的支架、并網箱及人工加總費用大約1.4萬元，合計安裝費用在4萬元-5萬元左右。

“按一天有效光照在4個小時來計算，這個5KW的電站一年的發電量能達到7000度以上，滿足一般三口之家的日常用電需求基本沒有問題。”陳永說。

但是，如果要給這個電站配套儲能電池，情況就發生了變化。

“你如果要做光儲一體，配電池最起碼要配一個能滿足自家一天用電需求的吧，現在家庭日均用電在15度左右，儲能電池對應的價格卻在2000元1度電左右。”陳永說。

按照陳永的計算，仍以上述5KW戶用電站為例，若要配一塊容量在15度左右的儲能電池，用戶就需要多掏3萬元，且在5KW電站剛剛滿足該用戶日常用電的背景下，很難有余電供給電池充電。

所以，在實際落地項目的過程中，陳永通常建議客戶將電站并入電網，若要做離網電站，也會優先建議客戶直接采購普通逆變器，通過加裝防逆流裝置達到發電不上電網的效果。“光儲一體對于小型的戶用電站尚且不劃算，就更不用說規模再大一些的工商業電站了。”陳永略顯無奈。

在陳永眼中，光儲一體化的解決方案，當下更合適那些缺電、少電以及電價高的地區，對于國內的家庭或是企業來說，落地一套光儲電站確實不如直接用市電來的劃算。

IGBT芯片難題

在當前，眾多積極探索不同場景下的光伏解決方案，試圖幫行業解決煩惱的逆變器廠商，其實也有著自己的煩惱。

去年下半年，“芯荒”陡然席卷了逆變器行業，諸如陽光電源、固德威等頭部企業均在去年的年報中明確了公司所面臨的半導體部件供應風險。“公司電力電子設備中的半導體器件主要包括功率半導體器件和各類芯片，主要生產商為國外企業，目前國內生產商較少且性能指標尚有差距。疊加全球疫情對生產商產能的影響，半導體器件存在一定的供應不足和價格波動風險。”陽光電源在2021年年報中表示。

而固德威則在2021年報中指出，lGBT芯片的產能無法匹配需求，且IGBT元器件國內生產商較少，與進口部件相比，產品穩定性、技術指標存在一定差異，預計短期內不能完全實現進口替代。

據深圳一家逆變器企業的客戶經理吳東向記者回憶，在去年11月左右，他們公司采用了配額銷售的方式，每月定額定量地向客戶供應產品，這些排隊的生產訂單直到今年3月份才消化完畢。

“那段時間逆變器屬于‘有價無市’，很多客戶有錢也拿不到貨，只能干等。”吳東說。

這個讓逆變器行業集體“心慌”的芯片名為IGBT，中文全稱為絕緣柵雙極型晶體管，該芯片主要用于電力設備的電能變換和電路控制，是進行電能處理的核心器件，實現直流電轉交流電的橋梁。

“如果說逆變器是光伏電站的心臟，那么lGBT芯片就是逆變器的心臟。”郝哲向記者解釋。

知名私募敦和資管曾在今年6月發文稱，當前1GW光伏裝機量需要消耗大約4000片IGBT8寸片，其中，采用集中式逆變器消耗3800片，采用組串式逆變器需消耗4200片。

敦和資管認為，以2021年以光伏170GW的裝機量為基礎，2022年IGBT最多可以支撐240GW的裝機量，若2022年光伏裝機規模超過250GW，IGBT很可能成為光伏裝機的一個瓶頸。

而就當下逆變器行業IGBT缺芯現象，記者曾向多個頭部廠商表達了采訪意向，但均被以“問題較為敏感”的理由婉拒。

不過，就記者在市場一線走訪的情況來看，相比去年底，光伏逆變器行業的缺芯現象現已基本得到了緩解，除個別大功率逆變器的生產受IGBT產能影響仍需排隊外，其他產品基本都能保證穩定供貨。

浙江一家小型逆變器企業的副總經理李賀向記者表示，目前其公司產品所用lGBT芯片主要采購自英飛凌、富士、三菱等國外企業，而關于國內廠商所生產的lGBT芯片，他所在的公司在今年3月方才有所了解。

郝哲告訴記者，lGBT芯片生產的技術壁壘較高，目前，國產IGBT芯片只能滿足35kW以內的光伏應用場景，且在性能指標上仍與海外廠商的產品存在一定差距。

記者曾與陽光電源的一位區域經理就lGBT芯片自產的話題展開交流，該經理表示，公司目前并沒有自研自產lGBT芯片的規劃。“要是芯片那么好造，華為不早就造出來了。”他說。

中國光伏行業協會名譽理事長王勃華在7月份的一場研討會上表示，光伏lGBT芯片在今年二季度的國產化率僅為4%至5%，據其預計，到今年年底，lGBT芯片的國產化率或能升至10%。

（應受訪者要求，王方為化名）

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