中国光伏逆变器行业发展状况分析

光伏逆变器基本概述

一、光伏逆变器定义

光伏逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子设备，其主要功能是将光伏组件产生的直流电转换为符合电网要求的交流电，并输送到电力系统中。逆变器不仅负责电能的转换，还具备最大功率点跟踪、电网监控、故障保护等多项功能。

1、具有较高的效率。由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。

2、具有较高的可靠性。目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，例如输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过温过载保护等。

3、输入电压有较宽的适应范围。由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。

二、光伏逆变器分类

光伏逆变器主要可分为集中式、组串式、集散式与微型逆变器四大类。集中式逆变器 系统总功率大，主要应用于光照条件较好的地面光伏电站等大型项目;分布式逆变器可分 为组串式逆变器和微型逆变器，通常应用于中小型工商业以及户用光伏发电系统，其中组 串式为主要的分布式逆变器产品类型。集散式逆变器兼具集中式和组串式特点，在山地领 跑者等项目中受到一定规模的应用。微型逆变器是对每块光伏组件进行单独的最大功率峰 值跟踪，再经过逆变以后并入交流电网，微型逆变器的单体容量一般在 1kW 以下。

集中式接入光伏组串数量多，单体容量通常在 500KW 以上。集中式逆变器是市面上 较为常见的一种光伏逆变器种类，其工作原理是将多个光伏组件工作产生的直流电流进行 汇流和最大功率峰值跟踪(MPPT)，而后集中逆变进行直交流电转换与升压，从而实现并 网发电。集中式逆变器一般采用单路 MPPT，单个 MPPT 配有 2-12 组光伏组串，每路 MPPT 功率可达到 125-1000KW，单体容量通常在 500KW 以上，具有功率高、容量大的优势。

集中式逆变器可减少使用数量，降低系统成本与损耗，便于集中管理。由于集中式逆 变器具有大容量的优点，同等规模的光伏电站采用集中式可大量减少逆变器的使用数量， 可减少系统整体的电路损耗，方便进行集中的安装与管理。同时，集中式逆变器本身集成 度较高，控制简洁，技术相对成熟，单位造价低。两者因素结合可大幅降低电站系统的设备成本。

应用集中式逆变器可有效减少谐波，提升系统整体发电质量。在对非正弦电量进行傅 立叶分解时，我们会得到大于基波频率的部分电量，即为谐波，其频率通常为基波频率的 整数倍。谐波会在电网短路阻抗上产生谐波电压降，从而影响电压波形;容易引起系统局 部串并联谐振，造成设备的损坏。集中式逆变器的使用数量较少，可减少串并联数，有效 降低谐波含量，从而保证发电量中基波的比例，提升整体的发电质量。

接入多组直流输入，集中式 MPPT 电压范围窄，影响整体的发电表现。集中式逆变器 单路 MPPT 接入的光伏组串数较多，无法做到对每一组光伏组串精准控制，因而不能保证 每一路组串均处于最佳工作点，从而降低了系统整体的发电效率。集中式 MPPT 电压范围 一般处于 500-850V 区间内，受制于较窄的 MPPT 电压范围，集中式逆变器可调节性较差。在阴雨等光照条件不理想情况下，系统的电压低于逆变器 MPPT 最低电压，无法进行正常 发电工作，影响了发电时间。同时，由于其接入多组直流输入的特点，光伏系统要求各组 件之间具有良好的适配性能，一旦其中某个组件出现故障问题，将影响系统整体的发电量 与发电效率。

集中式逆变器体积大，需专用机房放置，加大了安装难度。由于单体容量大，集中式 逆变器体积和重量都较大，需要在户外建立专门的机房进行放置。专用机房占地面积较大， 在增加系统整体土地成本的同时，也加大了安装难度。此外，由于机房的密闭性问题，逆 变器放置在机房中会导致机房内部通风不畅，从而产生散热问题。

组串式逆变器采用模块化设计，可实现分散式 MPPT 寻优。采用组串式光伏逆变器的 电站系统通常将组件所产生的直流电流先通过逆变器进行直交流转换，然后再经过汇流、 升压变压和交流配电后并入交流电网。相较于集中式逆变器，组串式逆变器采用模块化设 计，具有多路 MPPT;每路 MPPT 接入的光伏组件输入数量较少，通常为 1-4 组，可实现 分散式 MPPT 寻优。由于接入端较少，当单个组件出现故障问题时只会对该组件对应的模 块发电产生影响，保证了整体光伏系统的发电效率不受单个组件影响，解决了集中式光伏 电站的失配问题。

组串式 MPPT 电压范围宽，可提升系统发电时间与发电量。组串式逆变器的 MPPT 电 压范围较宽，通常为 200V-1000V，可调节性较好。在光照不足或是天气不利于发电的情 况下，光伏组件整体电压会偏低，较宽的 MPPT 电压范围可以实现低输入电压的覆盖，从 而保证了系统的发电时间，提升了整体的发电量。

多个逆变器并联增加了电线损耗，且容易产生谐振问题。相较于集中式逆变器而言， 组串式逆变器单体容量较小，通常为 100KW 及以下;建设相同规模的光伏电站，选择使 用组串式则会增加逆变器数量。多个组串式逆变器将进行并联，电线损耗随着逆变器使用 数量的增加而增大。同时，多个逆变器的并联会导致总谐波的增加，抑制难度加大，谐振 问题较为严重，容易造成电气设备的故障与烧毁。

集散式逆变器是一种新型逆变器类型，兼具集中式和组串式优势。集散式逆变器是一 种较新的光伏逆变器类型，具备了集中式逆变器和组串式逆变器的特点。集散式逆变器可 理解为集中逆变和分散寻优，首先通过多个组串式逆变器分开进行最大功率峰值跟踪 (MPPT)，然后经过汇流后集中逆变成交流电并网。与集中式逆变器相比，集散式逆变器 具备了独立性能优异、发电量高以及整体系统稳定的优势;与组串式逆变器相比，集散式 逆变器采用了分散寻优后的集中汇流逆变，大大降低了系统的设备成本，目前在国内主要 应用于部分领跑者示范基地项目。由于集散式逆变器解决方案的发展起步较晚，项目经验 不够充沛，尚未形成大规模应用;同时由于采用集中逆变的方式，该种解决方案需要采用 专用机房对集中式逆变器进行散热，增大了系统占地的使用面积。

微型逆变器可对单个组件进行 MPPT 控制，发电效率与发电量水平较高。与其余逆变 器不同的是，微型逆变器与每一块光伏组件进行集成，可以对单个组件进行最大功率峰值 跟踪(MPPT)控制，从而大幅提升了系统整体的发电效率与发电量。同时，微型逆变器具 备了体积小、质量轻的特点，无需额外的放置用地，极大地增强了安装的方便程度，主要 适用于户用等中小型电站项目。同等规模的电站，采用微型逆变器将需要更多数量的设备， 系统整体成本明显高于采用集中式或者是组串式逆变器方案的系统。

三、光伏逆变器应用原理

光伏逆变器是电力电子技术在太阳能发电领域的应用，行业技术水平和电力电子器件、电路拓扑结构、专用处理器芯片技术、磁性材料技术和控制理论技术发展密切相关。在太阳能发电系统中，光伏逆变器在直流侧实现系统优化，从而达到降本、增效、减耗的目的，在交流侧，随着渗透率的提升，不断满足电网越来越高的调度与支撑功能。

逆变器技术亦从最初的提质增效朝着光储融合技术，进而实现高比例可再生能源利用的方向发展。

光伏逆变器可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电，可以反馈回商用输电系统，或供离网的电网使用。除此之外，在并网发电过程中，系统向电网输出的正弦交流电还需与电网电压同频、同相，而这一功能也需通过光伏逆变器实现。逆变器除了具有直流、交流转换功能外，还具有光伏阵列的最大功率跟踪和系统保护功能，其可靠性、高效性和安全性直接影响整个太阳能光伏发电系统的发电量及稳定性。光伏逆变器是整个光伏发电系统中的关键设备之一。

光伏逆变器的工作原理主要是利用了电子集成技术以及数字控制技术。当太阳光照射到太阳能电池板上时，其中的光子与电子发生相互作用，产生电子和空穴，其产生的电压与电流的方向都是相同的。即所产生的电流为直流电流。

光伏逆变器的工作原理是将收集到的直流电转换成为交流电，这个过程一般分为三步：

1、直流电汇流箱

阳能电板所产生的直流电首先要流入到直流电汇流箱中。直流电汇流箱是由一系列的保护元器件和断路器组成的装置，可对发电过程中的电路进行保护和控制。

2、直流至交流的转换

经过直流电汇流箱控制的直流电，进而流入到光伏逆变器中，转化成为交流电。光伏逆变器利用功率管电子元件，采用PWM技术或SPWM技术在微处理器的控制下，将直流电进行整流滤波处理，经过中间直流母线的转换，成为高质量的交流电。

3、交流电进入电网

在将直流电转换成为交流电之后，光伏逆变器将所产生的交流电送入电网供使用。同时，在这个过程中，光伏逆变器还需要对其输出的电压、电流进行调整，以确保其输出质量的稳定。

全球光伏逆变器行业发展分析

一、行业需求状况

随着光伏市场需求稳步增长，以及欧美和新兴市场光伏产业迎来快速发展，全球光伏逆变器行业规模持续增长，预计2024年全球光伏逆变器行业市场规模达到136.8亿美元，同比增长4.51%。

伴随着全球可再生能源的大力发展，叠加“碳达峰、碳中和”战略背景，全球光伏产业化水平和规模不断提高，预计2024年全球光伏逆变器出货量为604GW，同比增长12.69%。

三、行业格局状况

光伏逆变器属于充分竞争的市场，市场竞争格局相对稳定。海外新兴市场快速发展，中国逆变器厂商加速出海，参与全球化竞争。华为、阳光电源凭借领先的技术优势和丰富的产品系列，连续多年出货量位居前列，市场占有率较高，且呈上升趋势，因此阳光电源、华为等国内企业市场份额提升，海外企业市场份额下滑，国内逆变器企业产品品质与海外企业相当，但成本更低，竞争优势明显。

2023年华为和阳光电源持续领跑全球市场，分别蝉联排名第一、第二，这两家公司的光伏逆变器出货量超过全球半数，主要推力来自于集中式光伏逆变器销量。美国光伏逆变器市场由阳光电源和西班牙逆变器制造商Power Electronics领跑，欧洲市场则由华为、阳光电源和德国逆变器制造商SMA为主导。

四、行业专利情况

全球范围内，光伏逆变器领域的专利申请数量持续增长，反映出该行业的技术创新活动日益活跃。从专利申请的地域分布来看，中国、日本、韩国和美国是主要的专利申请来源国。中国申请人在光伏逆变器领域的专利申请数量占据领先地位，显示出中国在光伏逆变器技术研发方面的强大实力。

中国光伏逆变器领域的专利申请量快速增长，成为全球专利申请的主要来源之一。中国申请人在光伏逆变器领域的有效发明专利数量也位居前列，表明中国在光伏逆变器技术的创新和应用方面取得了显著成果。在中国，阳光电源、华为、国家电网等企业是光伏逆变器领域的主要专利申请人，这些企业在技术研发和专利申请方面具有较强的实力。

五、行业发展前景

随着全球能源转型的加速推进，可再生能源在能源结构中的比重将不断提升。光伏逆变器作为光伏发电系统的重要组成部分，其市场需求将随着光伏发电装机规模的扩大而持续增长。

分布式光伏发电系统的快速发展将进一步推动光伏逆变器的市场需求。分布式光伏发电系统具有安装灵活、占地面积小、靠近负荷中心等优点，是未来光伏发电的重要发展方向之一。

随着电力电子技术、微电脑技术、软件算法等技术的不断进步，光伏逆变器的转换效率将不断提高，成本将进一步降低。高效转换技术的应用将提升光伏发电系统的整体效率，降低运维成本。

智能化管理系统的应用将提高光伏逆变器的可靠性和稳定性，降低运维难度和成本。未来，光伏逆变器将更加注重智能化、网络化、模块化等方向的发展。