渗透率提升叠加国产替代赛道——-光伏微型逆变器

广州市圆石投资管理有限公司   2022-10-13 本文章158阅读

核心观点:

1. 行业市场空间广阔:随着户用光伏渗透率的提升和电站直流侧安全标准的建立,具备更安全和更高效特性的微型逆变器有望得到更加广泛的运用。根据相关测算,到2025年全球微型逆变器市场空间将超过450亿元。

2. 相较于集中和组串式逆变器优势明显:微型逆变器是一种可对每一块光伏组件进行单独最大功率点跟踪,再进行逆变并入交流电网的组件级电力电子转换方案。相较于集中式与组串式逆变器,微型逆变器具备安全、高效、灵活的三重优势。

3. 多重渗透率提升:随着太阳能在全球能源结构中的渗透率提升、分布式光伏在光伏装机中渗透率的提升和户用光伏在分布式光伏装机中渗透率的提升。

4. 国产替代空间大:微型逆变器市场格局较为集中,Enphase占据80%左右的全球份额,龙头地位突出。经过多年的努力,目前国内厂商已在技术实力以及产品迭代速度上逐渐实现赶超,正通过高性价比的差异化竞争策略快速开拓海外市场。

一.微型逆变器基本情况

逆变器是光伏发电系统的心脏。逆变器不仅承担将太阳能光伏产生的直流电转换为交流电的重要角色,在完成最大功率点跟踪后还要将电能并入电网或用于家用电器。作为分布式电源与电网的接口,逆变器性能将直接影响到光伏发电系统的发电效率及运行稳定性。

图1:三种逆变器方案对比

资料来源:禾迈股份招股说明书

微逆变器作为一种组件级电力电子(MLPE)设备主要应用于小功率户用领域。从功率上看,目前集中式逆变器的单机功率基本达到3MW以上,集成度高,整体成本较低,但在控制精度与发电量损失上相对较差,主要用于大型地面电站。组串式逆变器的单机功率则一般覆盖3-300kW+的区间,适用范围较为灵活,广泛应用于户用、工商业以及大型电站等场景。微逆变器目前的单体容量则一般在几百瓦至 2-3kW,通常与光伏组件配套安装,主要应用于小功率户用场景。

二.市场空间

近五年来,微型逆变器出货量稳步上升, 2021年出货量创历史新高,达到3.61GW,同比上涨58.3%。但由于单瓦成本略高、应用场景等限制,过去全球微型逆变器在分布式市场的渗透率维持在2%-5%之间。当下,随着全球居民用电价格的飙升,微型逆变器作为更为安全和高效的产品将加速其在户用光伏领域的渗透。

北美特别是美国分布式光伏起步较早,叠加政策强调直流电安全、补贴计划成熟,微型逆变器在分布式光伏的渗透率逐年上升,到2020年微逆在分布式装机中的渗透率已经到达了近30%。而在欧洲和拉丁美洲等地,其出货量持续上升,不过因为分布式整体装机的扩大,渗透率有所下降。

图2:微型逆变器市场空间测算

资料来源:CPIA、WIND、IHS、Enphase公告、开源证券研究所

假设微逆在美国进入成熟期,2025年微逆在分布式光伏的渗透率达到50%,届时市场空间将超180亿元。在中国微逆进入成长期,渗透率稳步增长到8%,包括欧洲和拉丁美洲等在内的市场稳步成长,到2025年渗透率达到20%,则到2025年全球微型逆变器的出货量或将超过29GW,年化增速达近70%,市场规模超450亿元以上。

三.微型逆变器的优势

微型逆变器具有更高的安全性:从原理上看,集中式或组串式逆变器首先将多块组件串联后再进行逆变,每串组件接入的直流电压可达600-1500V, 安装运维人员在直流高压环境下存在一定的触电风险。此外,在光伏组串存在直流高压的情况下,一旦出现接头松脱、接触不良、电线受损等现象,就极易引发直流电弧,从而造成巨大的火灾隐患。相较而言,微型逆变器将每一块组件产生的直流电先转换为交流电后再进行并联,因此整个系统中涉及的直流电压一般不超过80V,大大降低了触电以及直流拉弧的风险,具有更高的安全系数。

图3:不同逆变器安全性对比

资料来源:昱能科技招股说明书、安信证券研究中心

微型逆变器可以实现更高的发电效率:在一定的温度以及光照条件下,光伏组件的输出电压和电流遵循特定的I-V曲线,因此存在一个特定的电压电流组合使得组件的输出功率最大。与此同时,光伏组件的I-V曲线会随着光照、温度的变化而发生改变,因此在不同的外部条件下,光伏组件最大功率点所对应的电压、电流通常存在差异。

因此,除了DC/AC的转换,光伏逆变器的另一个核心作用就是通过不断调节电路参数使光伏组件始终在其最大功率点上进行输出,即最大功率点跟踪(MPPT)。对于集中式或组串式逆变器,由于每串组件都在同一电流下进行输出,如果某块组件因为故障、遮挡、阴影等原因出现失效或输出功率下滑,则整串组件的发电效率都将受到影响。

而对于采用微型逆变器的光伏系统,每块组件均对应独立的一路 MPPT,可保证每块组件都在各自的最大功率点上进行输出,因此系统的整体发电效率不会受到“短板”的影响而出现明显下滑。

图4:不同逆变器的重量和质保期对比

资料来源:公司网站、安信证券研究所

微型逆变器的安装与运维更为灵活:一般微型逆变器的单体重量仅为1-3千克左右(单体/双体机型),而户用组串式逆变器的单体重量一般超过10千克,因此无论是在运输、存放还是安装环节,微型逆变器均有更佳的便利性。

与此同时,对于采用集中式或组串式逆变器方案的光伏系统,在完成初始设计后改造或扩建的难度较大,而微型逆变器与组件一一对应,在后续改造时可直接在交流侧并联至原有系统,整体的部署更为灵活。

从光伏系统运维的角度来看,微型逆变器亦能够实现更好的监测与管理,降低全生命周期的维护成本。一方面,微型逆变器可以实时跟踪到每块组件的输出情况,出现故障时更容易进行精准定位,单台微型逆变器的故障也不影响其他组件的正常工作。另一方面,当前微型逆变器主要采用灌胶等一系列方式对于核心电路进行保护,设计寿命一般达到20年以上,质保期达到10年以上,而组串式逆变器的寿命一般仅为10-20年,标准质保期仅为5年左右。对于人工成本较高的海外地区,微型逆变器在后续维护成本上的优势将较为明显。

四、国产替代空间

微型逆变器市场格局 Enphase一家独大,国产企业初露锋芒。根据各家2020年出货量计算,Enphase出货占比高达77.8%,国内头部2家公司占比共计20.2%。微型逆变器市场呈现出Enphase寡头垄断的局面,原因主要是微逆市场在过去高度集中于北美市场,而 Enphase其自身在产品力方面具有很强的先发优势,因此成功占据全球出货第一的位置。国产微逆厂商因为海外消费者偏好和自身产品力尚不足的缘故,过去在北美这一微逆主流市场并不具备优势,因此整体的市场份额也较小。

图5:全球微型逆变器格局图

资料来源:禾迈股份招股说明书、开源证券研究所

行业龙头Enphase一拖一系列产品具备独到优势,优势地位稳固。Enphase深耕微型逆变器领域多年,一拖一产品方面具备独到优势。在产品转换效率方面,Enphase在2018年发布的IQ7系列产品转换效率就高达97.5%,而国产企业一拖一系列产品效率大多在96.7%左右,和Enphase产品对比仍然存在一定的差距。

国产企业走差异化路线,“一拖N”技术更先进。功率密度越高,意味着电能变换的效率越高,原材料成本越低,也意味着逆变器拥有更好的便携性,有利于现场安装,并降低运输成本。

据禾迈股份招股书披露,Enphase、禾迈股份一拖二的单位体积功率密度分别为 232.2、672.3kW/m³,Enphase的一拖二单位体积功率密度落后国产产品约一倍。同时,国产产品单瓦价格更低,更具有性价比。2021年Enphase的单瓦价格约为2.43元/W,昱能科技与禾迈股份的单瓦价格分别为1元/W与0.77 元/W。昱能科技与禾迈股份在单位功率售价方面相比Enphase具有较大优势,产品性价比突出。

五、总结

微型逆变器未来市场空间广阔,且相较于现有的集中和组串式逆变器有明显的优势,同时,微型逆变器尚处于低渗透率和低国产化率的阶段,行业投资潜力巨大。



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