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光伏逆变器领军企业破局及技术路线盘点

发表于:2015-05-04 12:53:10 来源:Shine Magazine/光能杂志
 第一部分:逆变器平台化趋势加速

困境:利润趋近于零


春暖花开,光伏复苏。

正如严冬对所有野兽都是一场考验一样,逆变器产业也在2014年经过了一轮洗牌。《光能》在3月期报道了光伏逆变器正在经历着“大浪淘沙”般的产业整合,但从目前的市场状况来看,光伏逆变器市场尤其是国内市场仍然不容乐观。逆变器价格下坠之势仍然不减,带来该环节产值急速萎缩。

以SMA为例,2010年,全球装机15GW,SMA的销售额在当年达到了峰值,19亿欧元,但在2014年却只有8.85亿美元。减半的销售额让SMA在2014年巨亏1.649亿欧元。

有消息称,补贴可能在明年下调。但过度萎缩的产业环节,到后面会让企业无法维持公司规模,造成崩溃,因此笔者建议,“平价上网”的愿望是好的,但切不可重现“大跃进”的情形。在低利润的制造业,不去用科学手段分析而凭空想象,会给仍然脆弱的光伏产业造成无可挽回的损失。

参考逆变器企业经常生产的汇流箱环节,为何发展至今,汇流箱只出现了一家上市公司——隆玛科技?而且隆玛科技还是登陆的新三板。究其原因,市场体量太小的缘故,所以隆玛科技在2014年做了份报告,专门发布为何光伏电站问题多出于汇流箱。逆变器行业切不可重蹈覆辙。

这并非危言耸听,目前的光伏逆变器巨头已经开始寻求新的利润增长点。
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SMA、阳光电源华为:做平台的三巨头

SMA在2014年8月收购了Phoenix Solar在欧洲的运维业务,SMA首席执行官Pierre-Pascal Urbon表示:“凭借200MW在北美成功建立这一业务领域后,我们现在通过收购Phoenix Solar的运营和维护业务,寻求为SMA发展大容量的欧洲市场。我们将继续在欧洲和北美拓展我们的运营和维护服务,因此获益于我们杰出的专业知识和安装基础。”在前不久于北京召开的一个小型逆变器会议上, SMA亚太区执行副总裁John Susa先生也不遗余力的给客户推荐除逆变器之外“更好、更放心”的服务。

阳光电源在愚人节那天认真了一把。此前本刊采访阳光电源总经理曹仁贤时获悉,阳光正在计划做平台化业务。4月1日,阳光电源携手阿里云合作推出的“智慧云光伏iSolarCloud”,这个全新发布的平台将集成数十万光伏电站接入阿里云,从而拥有互联网属性。而阳光电源借此进一步夯实了亚洲最大的光伏系统解决方案供应商地位。在发布现场,振发新能源、安悦节能与阳光电源签订了“智慧光浮云”采购协议。

华为是国内最早推行智能光伏电站一站式解决方案的厂商。通过华为在通信领域的经验和强劲的整合能力,通过与中广核、黄河水电等一批代表性企业合作,打开了局面。  

虽然目前整体解决方案和平台服务仍然是逆变器厂商巩固市场份额的手段,实际的经济效益仍未显露,但这却是对于未来布局的一手好棋。虽然目前尚不能定论随着逆变器价格进一步下滑和解决方案重要性上调,刘强东所说的“免费冰箱”模式是否会实现,但通过服务和数据赚钱,这样的光伏行业才变得更往“互联网+”靠拢。“冰箱里便可以有很多传感器,能够感应到你放了多少饮料,蔬菜、水果、肉类。如果用户买了我的冰箱,允许我获取数据,冰箱就可以免费送给你。然后厂商再通过互联网的方式赚钱,比如你冰箱里边没有饮料了,可以在屏幕上推送京东的购买信息,一键购买。”刘强东说。单纯靠逆变器企业很难实现这种“免费”服务,但如果从整体来看,以2毛钱/瓦的代价换取为光伏电站提供整体服务带来的收益是可行的。
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逆变器VS组件:谁才是光伏电站核心?

虽然在地面电站中,光伏组件每瓦售价十几倍于逆变器,但逆变器才是电站真正的核心部件。在光伏系统中,逆变器承载着发电侧和电网侧的连接,并向监控系统传递电站实时发电信息和判断是否需要运维。

这同样也是为什么平台化企业都出现在逆变器领域的另一个原因。因此选择逆变器,不应该对采购成本过于敏感。

以阳光电源的智慧光伏云为例,借助云平台,阳光电源可提供标准化运维服务和融资参考,为集团用户建立标准化的运行维护管理平台,实现旗下所有光伏电站的实时标准数据信息共享、电站设备故障预警、远程专家咨询和大数据分析、知识库建设等功能,可有效提升电站发电效率、节省运维成本、提高电站自动化及专业化程度。

同时,智慧光伏云还拥有自动结算功能,可通过绑定银行账户,实现电站业主、用户、电网的多方电费自动划拨结算。

“智慧光伏云,是我们推出的第四代电站运维管理系统,可为客户大幅节省电站运行维护成本并提升发电量,每年预计可提升光伏电站收益3-7%。”据阳光电源副总裁郑桂标介绍,该系统平台可管理总计100GW的光伏电站,支持地面、屋顶以及户用各种类型的应用,适合拥有多个光伏电站的集团客户。目前阳光电源已经对全球光伏系统已进行了连续四年的长期运营和数据收集,中短期数据跟踪覆盖电站总量超过12GW。

在黄河水电的格尔木和拉西瓦项目中,一直醉心于“互联网+”体系的华为为黄河水电建立了数字技术、互联网和光伏发电相融合的监控与运维体系。格尔木和项目采用了光伏专用的4G无线系统,用Wifi覆盖整个电站,配置了设定好飞行路线的无人机巡检实时查看组件发电状况。

目前黄河水电已经有200MW“集中运行、远程诊断、实时维护”的智能光伏电站。在示范中可以看到,黄河水电西宁总部的监控人员发现通过光伏云传递过来的发电量数据有波动,在后台排查发现有问题的组件阵列,然后通过高清摄像头发现问题,呼叫现场运维人员处理。这种运维模式解决了技术专家每天在路上疲于奔命的问题,只需要在集控中心远程监控即可。此举也是中电投响应李克强总理的“互联网+”的号召,实现“互联网+光伏”的实例。

目前,中电投黄河公司已将12个光伏电站和茶卡、景泰、李家梁3个风电场的生产实时数据汇总至公司西宁集控中心,将管辖范围内多个电站统一在一个平台上运行,实现光伏电站智能数字化,实现电站之间技术数据、经济指标的综合对比分析、备品备件的统一管理、生产运行管理的资源共享。

第二部分:各种逆变器技术路线及代表企业介绍

另一个侧面能说明逆变器核心地位的是其多样化的技术路线。相比组件环节被晶硅技术牢牢统治,逆变器行业则呈现百花齐放的态势。行业一直争论不休却没有公论,关键在于逆变器所涉及的功能相比组件复杂得多。此外,业主也常常会根据不同类型的光伏电站选用不同种类的逆变器。

本刊搜集整理了在国内活跃的几家逆变器厂商资料和近况,以备读者参考。

大型集中式逆变器:阳光电源、特变电工、南车、TMEIC

大型逆变器仍然是目前地面电站的主流,也是其它技术路线的逆变器常常用以对比的样本。目前大型逆变器在地面电站的统治地位正在接受以华为代表的组串式逆变器挑战,但同时大型逆变器的技术也在不断发展。这种激烈地“搏杀”带来双方的技术进步和新的商业模式,是全行业乐于看到的。

阳光电源:每次阳光电源展出自己的新产品都会受到业内围观。在采访过程中记者发现,阳光电源的箱式逆变房在满足性能和质量要求后,开始更多的注重散热、防尘等细节。阳光电源总经理曹仁贤也称公司目前处在逆变器发展道路的第三个阶段:追求产品的便利性,领先处在追求质量的企业一个阶段。

近日,阳光电源与阿里云合作成立了“智慧光浮云”电站运维管理平台,未来将有数十万光伏电站接入阿里云。“光伏发电将从单一电站管理开始进入集团化电站管理阶段”,阳光电源副总裁赵为称,借助阿里云,公司智慧光伏云将为客户提供标准化运维服务及投融资参考。”阳光电源将融合近20年太阳能电站的运维管理经验及系统设计能力和产品技术,为用户提供智慧运维服务。并可以通过阿里云美国资料中心,向海外的太阳能电站提供运维服务。

特变电工:特变电工近五年逆变器销量排在全国第二位,2014年产销达3GW。据特变电工西安电气科技有限公司总经理阮少华介绍,特变电工在逆变器环节投入了大量精力和资金,站在电网的角度怎么去做智能电站,包括在发电端、输电端和配电端如何去衔接。同时提供了通道,包括云计算平台、实时的模型调动以及集中的控制。

此外,特变电工还推出了单机2MW的解决方案。不改变方阵的任何布局,仅将2台500千瓦集中式逆变器更换为1MW模块化并联型逆变器。通过科学设计,可提高2.46%-2.8%的发电量。

南车:原本南车就将新能源版块做为新兴战略产业,在南北车合并后,对南车逆变器业务有着很强的拉动作用。南车国家变流重心拥有最核心的IGBT技术,是国内其它企业所没有的。新的四代机型在经过前三代效率、质量以及低电压穿越等功能的开发后,从高功率密度和降低运维成本入手。
日前,南车也携手SPI签订了焉耆1GW光伏及产业延伸项目的合作。

TMEIC:TMEIC是全球第一台MW级逆变器的制造者,日本地电站占有率超过一半的逆变器霸主。近两年TMEIC不断加大在中国的投入,2014年在上海设立工厂,2015年2月盐城工厂开业,命名为“盐城提迈克电力电子有限公司”。生产500kW和630kW两种型号的光伏逆变器。

大机变种:集散式解决方案

分散式跟踪集中你变光伏并网方案(简称“集散式方案”)是在传统光伏汇流箱基础上,增加DC/DC升压变换硬件单元和MPPT控制软件单元,构成智能光伏控制器实现多路MPPT的分散跟踪,可降低组件参数不一致、局部阴影、羊角差异等因素导致的效率损失。

同时,改进的光伏汇流箱输出电压升高至820V-1000V后,至逆变器集中逆变,可减少交直流传输损耗和逆变器发热损耗。

这个技术最早源于美国的赛康(Satcon),据了解国内目前有三家在采用这个技术路线,分别是上能、禾望电气,以及大族逆变。这种技术路线的逆变器企业一般会搭配自己研发的汇流箱销售。据大族逆变介绍,该公司正在推出提高系统整体效率的汇流箱集成最大功率追踪功能和提高人生命安全的防面板拉弧解决方案。

小功率组串式逆变器:阳光电源、古瑞瓦特、欧姆尼克、锦浪、三晶电气、首航新能源、山亿新能源

目前小功率组串式逆变器在国内由于分布式局面没有打开,除了部分地区的农村光伏扶贫项目外,仍然以海外市场为主。但各家企业均做了多样的尝试。

阳光电源:在海外,包括澳大利亚、荷兰等成熟的光伏市场,阳光电源的小功率组串逆变器机型应用很广。阳光电源在2014年面对全球推出了全新的小功率单相组串式逆变器,功率范围覆盖3-5KW,整机仅重9kg,可一个人轻松进行安装搬运;同时具备远程实时监控功能,便于运维商对电站的诊断和维护。该类型号产品在安徽等地已大规模应用于农村户用光伏系统。

山亿新能源在2014年大力发展分销商,以应对分布式光伏市场。

欧姆尼克在国内采用和中盛等企业合作,共建光伏产业链的合作模式。

锦浪于2014年底推出了全球最轻的商业化2kW并网光伏逆变器,重量只有5.6KG,近日又成功将其产品应用于巴黎标志性建筑埃菲尔铁塔。对于国内市场,锦浪更倾向于提供整体解决方案以满足用户需求,该方案日前已在福达轴承集团的屋顶上的光伏系统中得到应用。

首航新能源是2014年崛起的逆变器新贵,除为隆玛在无锡的光伏项目“万家光伏万家福”工程提供逆变器外,在河南、安徽等地均有使用。在3月举行的英国伦敦国际节能环保及绿色建筑展上,首航展出了Sofar2200TL和Sofar4000TLM两款逆变器。据悉,该几款机器拥有智能、高效、可靠的特点,IP65防护等级,可以室内和室外自由选择安装地点,同时,具备行业领先的实时精确MPPT算法,确保电站的最大收益。

三晶电气是业内独辟蹊径的企业之一。除小型逆变器在荷兰、巴基斯坦和印度等地大获成功外,在光伏扬水系统方面处于国际领先水平。2015年能源局对光伏农业和光伏扶贫工作加大力度,相信三晶电气有望在这个领域收获颇丰。

中功率组串式:华为、阳光电源、KOSTAL

在国内中功率逆变器应用分两种,一种是阳光电源的组串式逆变器,以商用分布式为主,另一种是华为这样“一招鲜吃遍天下”,通过设计和布局,用组串式逆变器适应所有电站环境的。

华为在业内率先扛起组串式和智能化的旗帜后,在受到业内争议的同时,也收获甚丰。先后与黄河水电、中利腾晖、中民投、隆基股份、爱康等业内巨头开展了深层次的合作。

除了上文所述为黄河打造了智能监控运维系统外,这个传统通信巨头也在其它企业中不断释放着影响力。可以预见的是,未来华为更多强化的将是如何更全面、更智能地提供服务而并非仅限于产品本身。

阳光电源:从2003年国内第一个并网光伏电站应用开始,阳光电源就开始持续推出了组串式光伏逆变器,并在奥运鸟巢、上海世博等地标型光伏示范项目中广泛应用。在2014年SNEC展会上,阳光电源推出全球领先的组串系列机型及各类系统应用,包括效率超过99%的全球最高效组串逆变器系列。至今,该机型已经应用于日本、美国、欧洲以及中国多个大型电站,发货量超过20000台。

KOSTAL :来自于具有103年悠久历史的德国百年家族企业的KOSTAL集团,其母公司在全球汽车行业汽车电子供应商中位列72位。汽车电子行业坚实厚重的技术底蕴造就了科世达PIKO逆变器稳定高效的性能特点。同时与来自汽车行业的“零质量缺陷”一脉相承的质量控制体系也切实保证了KOSTAL的PIKO逆变器产品的可靠性。

PIKO逆变器2003年开始在全球率先提出三相多路MPPT组串逆变器的设计理念,并应用于产品中,是全球应用最早的小型3MPPT 三相组串逆变器,2005年即开始大规模运用于欧洲市场。同时,PIKO逆变器具有灵活的负载控制功能,当光照满足所需功率时,自动开启负载,这样可以减少对电网的需求,提高用户的经济效益。

KOSTAL PIKO采用直流电子输入开关,在闭合时预先平衡两端电压再闭合,断开时预先切断交流输出实现零负载切断,能克服普通开关在开闭期间的强电压、电流冲击及直流拉弧,从根源上解决了直流电压和电流冲击,防止次生事故的发生,延长了设备寿命及系统可靠性。而KOSTAL PIKO产品每年的产量平均在5万台以上,在这样的数量级上采用自动化生产制造过程和100%的产品质量功能检测,能从根本上解决人为因素造成的不可控隐患。从迄今为止25万多个项目的成功经验表明,KOSTAL PIKO系列光伏逆变器产品还能保持高度的一致性和稳定性。

微逆和电源优化器:昱能和美国国家半导体

日前,昱能科技在闻泰通讯的屋顶投资建设了2MW光伏电站,用不同尺寸的微型逆变器解决传统系统诸如阴影、灰尘、树叶遮挡等发电短板。

电源优化器是美国国家半导体(NS)最早推出的,当时产品叫SolarMagic,获奖无数但市场一直没有大的起色,在光伏行业步入精细化管理时代后,有望取得突破。

IHS Technology最新报告预计,随着成熟与新兴市场逐步提升新兴技术的使用率,2018年光伏微型逆变器与电源优化器全球市场销售额将提高三倍以上,超出10亿美元。

IHS 预测,光伏微型逆变器与电源优化器(统称为模块级电力电子元件,MLPE)全球销售额将以27%的复合年均增长率(CAGR)从2013年的3.29亿美元增至2018年的11亿美元。此外,未来,成熟市场对MLPE的市场需求有望进一步提升。

超大逆变器探讨:万银电子的3.2MW会是下一代逆变器研发标准吗?

SMA于2014年推出了单机功率2.5MW的超大型逆变器,但在国内仍然多以500kW和630kW为主。而一个由西班牙顶尖科研团队为核心的中国公司——万银科技,研发的3.2MW超大逆变器或许给行业带来另一个突破的方向。

许多人第一次听到这么大功率逆变器后的第一印象会以为是对方在开玩笑,因为一家从来没有听说过的公司横空推出这一巨型机确实会让人觉得难以置信。但这个研发团队在电网领域则是赫赫有名。“低电压穿越”等新能源行业标准就是万银的研发团队带给中国的电网公司的。

万银科技推出的ZENIT3.2逆变器,在包含两面直流柜的前提下,其尺寸仅为4000/2400/1130mm,重量为5800kg。除去直流柜后尺寸仅仅比传统500kW逆变器大约1/3,但功率却是6倍多。传统大型地面电站1MW单元子系统逆变房内包含两台直流柜和两台500kW逆变器,而ZENIT3.2逆变器房内只有一台带直流柜的逆变器,因此在逆变房尺寸要求上,传统1MW子系统要比3.2MW系统大。

在功率密度方面,ZENIT3.2的功率密度比传统的500kW集中型逆变器提高了约70%。以SMA最大单机2475kW的逆变器为例,其尺寸为2761 / 2300/ 1668 mm,功率密度约233.5 kW/m3;而ZENIT3.2逆变器在集成了直流柜前提下,功率密度仍达到296 kW/m3。

传统集中型逆变器大多采用强制风冷的散热方式,对于在一定功率密度范围内的逆变器,强制风冷可以得到令人满意的综合性能和经济性。对于功率密度更大的超大型逆变器,需要采用比强制风冷更高效的散热方式,那就是液冷。虽然在风电领域已有功率在MW级以上的变流器采用液冷的先例,但这种冷却方式大都需要外置水箱,如果简单的把这套冷却系统搬到超大型光伏并网逆变器中,无疑为逆变器的运行和维护增加了不少工作量。

ZENIT3.2采用了一种新型冷却方式:液态与强制风冷相结合的冷却方式应运而诞生。这种冷却方式在规避了液冷和强制风冷的缺点。整个散热系统由防冻冷却液、内置冷却水管、冷却液调节泵、热交换器、离心式风扇组成。液态冷却循环系统无需外置水箱,冷却液将逆变器内主要散热部件IGBT和电抗器的热量带到热交换器后,再经一个离心式风扇将热量排出。逆变器内所有IGBT、电抗器以及热交换器等部件的工作温度都是实时监测,然后由控制器判断后对冷却液泵作出调节,当温度超过一定值是,加速冷却循环系统达到散热效果;当低温运行时,减速冷却循环系统。

目前江山控股在敦煌的项目已经开始采用万银的产品,这也是他们推出产品后的第一个客户。实际表现如何,我们会进行后续报道。

结语:目前其它种类的逆变器厂商几乎以大型逆变器作比较,但也从侧面证明了大型逆变器在地面光伏电站仍然占统治地位,而从目前来看,其它种类的逆变器技术也同样会受到各种各样的质疑。但不管怎么说,逆变器行业就是在这样的“吵闹”中快速发展。阳光电源总经理曹仁贤较为客观的评判说:“质量、性能、降低发电成本是光伏逆变器的三要素,好产品要经得起市场考验。”
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