微型逆变器市场调研报告-solarbe文库

资源描述：

微型逆变器市场调研报告一、逆变器的功能与分类逆变器是一种 DCt o AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将电网的交流电压转变为稳定的 12V 直流输出，而逆变器是将 Adapt er输出的 12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（P WM）技术。其核心部分都是一个 PWM集成控制器，A dapt er 用的是 UC3842，逆变器则采用 TL5001 芯片。T L5001 的工作电压范围 3. 6～4 0V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的 PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。逆变器按照波形分类的话，主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样甚至更好的正弦波交流电，因为它不存在电网中的电磁污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最大值到负向最大值几乎在同时产生，这样，对负载和逆变器本身造成剧烈的不稳定影响。同时，其负载能力差，仅为额定负载的 40－6 0％，不能带感性负载。方波逆变器的制作采用简易的多谐振荡器，其技术属于 50 年代的水平，将逐渐退出市场。逆变器根据发电源的不同，分为煤电逆变器，太阳能逆变器，风能逆变器，核能逆变器。根据用途不同，分为离网控制逆变器，并网逆变器。二、微型逆变器与传统逆变器相比的优势图 13. 1 光能利用率高，局部阴影或其他因素不会影响整个发电线路微逆变器技术提出将逆变器直接与单个光伏组件集成，为每个光伏组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的逆变器模块，将光伏组件发出的电能直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。在传统的 PV系统中，每一路组串型逆变器的直流输入端，会由多块光伏电池板串联接入（即多对单接入）。当多块串联的电池板中，若有一块不能良好工作，则这一串都会受到影响。即使逆变器多路输入使用同一个 MPPT 提高转换效率功能），那么各路输入也都会受到影响（该逆变器被修好或更换前，所有面板产生的能量都浪费掉了），大幅降低发电效率。在实际应用中，云彩，树木，烟囱，动物，灰尘，冰雪等各种遮挡因素都会引起上述因素，情况非常普遍。而采用微逆变器技术时，当电池板中有一块不能良好工作，则只有这一块都会受到影响。其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更高，发电量更大。在实际应用中，若组串型逆变器出现故障，则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障造成的影响相当之小。图 23. 2 无直流高压，不会有人身危险，不容易发生大面积火灾传统逆变器（集中型与组串型）即便与电网断开负载端输出电压为 0 时，直流侧电压依然高达 600V- 1000V 高电压，施工人员或者业主安装维护时容易造成生命事故，而微型逆变器连接单个电池板，无高电压，直流侧电压仅仅为 30- 40V。3. 3 工作容错率高在光伏配电系统中，传统逆变器系统中，当逆变器发生故障时会造成整个系统的瘫痪，即使在光照充足的时间段依然没有产能，造成了巨大的能源损失，而微型逆变器每个独立系统不会发生这种问题，当某个逆变器故障时，可以通过快速置换另外一个逆变器来恢复使用。都不需要停止系统进行维护，并且维护时安全性也很高。 3. 4 节约占地面积微型逆变器可以充分利用零散地形，甚至在有遮挡的面积依然可以正常安装，所以保守估计，在发电量相同的情况下，微逆系统可以节省 20- 25的土地占用面积; 在保证同样发电量的情况下，微逆系统可以少安装至少 10的系统设备；即如果每瓦计算价格为 12 元，相当每瓦实际安装的系统成本可为 10. 8 元 3. 5 智能化管理交流组件中的微型逆变器系统即时监控光伏系统的性能和问题，用户通过互联网可随时监控和管理光伏系统；微型逆变器系统收集每个组件的性能数据，并对每个组件的问题和失效提供及时的警报。三、微型逆变器的关键技术（1 ）微逆变器拓扑微逆变器的特殊应用需求决定了其不能采用传统的降压型逆变器拓扑结构，如全桥、半桥等拓扑，而应该选择能够同时实现升降压变换功能的变换器拓扑，除能够实现升降压变换功能外，还应该实现电气隔离；另一方面，高效率、小体积的要求决定了其不能采用工频变压器实现电气隔离，需要采用高频变压器。可选的拓扑方案包括高频链逆变器、升压变换器与传统逆变器相组合的两级式变换、基于隔离式升降压变换器的 Fl yback 逆变器等几种，其中 Fl yback变换器拓扑结构简洁，控制简单、可靠性高，是一种较好的拓扑方案，目前Enphase、 I nvol ar（英伟力）等公司开发的微逆变器产品均是基于 Fl yback 变换器。（2 ）高效率变换技术为了减小微逆变器的体积，要求提高逆变器的开关频率，而开关频率的提高必然导致开关损耗升高、变换效率下降，因此小体积与高效率两者之间是矛盾的，高频软开关技术是解决两者矛盾的有效方法，软开关技术可以在不增加开关损耗的前提下提高开关频率。研究和开发简单有效的软开关技术并将软开关技术与具体的微逆变器拓扑相结合是微逆变器开发需要解决的关键问题之一，据报道，英伟力公司引入谐振软开关技术有效改善了微逆变器的变换效率，其发布的 MAC250 微逆变器产品最高效率达到 95以上，C EC效率达到 94. 5以上。（3 ）并网电流控制技术传统的集中式并网逆变器中一般采用电流闭环控制技术保证进网电流与电网电压同频同相，实现高质量的并网电流控制，如采用 PI 控制、重复控制、预测电流控制、滞环控制、单周期控制、比例谐振控制等控制方法，上述方法都需要采用电流霍尔等元件采样进网电流，进而实现并网电流的控制。由于微逆变器的小功率特色，为了降低单位发电功率的成本，且考虑到体积要求，开发新型的高可靠性、低成本小功率并网电流控制技术是微逆变器开发需要解决的另一个关键性问题。（4 ）高效率、低成本最大功率点跟踪 MPPT 技术光伏发电系统的效率为电池板的光电转换效率、M PPT 效率和逆变器效率三部分乘积，高效率 MPPT 技术对光伏发电系统的效率提高和成本降低有十分重要的意义。常见的 MPPT 算法包括开路电压法、短路电流法、爬山法、扰动观察法、增量电导法以及基于模糊和神经网络理论的智能跟踪算法等，上述 MPPT 方法中一般需要同时检测光伏输出侧电压和电流，进而计算出并网功率。微逆变器的光伏侧输入电压低，因此光伏侧的电流较大，如果采用电阻检测输入侧电流，对微逆变器的整机效率影响较大，而采用霍尔元件采样光伏侧电流则会增加系统成本及逆变器体积，因此针对微逆变器的特殊要求，需要开发新型的无需电流检测的高效率 MPPT 技术。据报道，英伟力公司研究了一种无电流传感器 MPPT 技术来适应微逆变器的应用需求， MPPT 效果良好，跟踪精度达到 99. 9以上。（5 ）孤岛检测技术孤岛检测是光伏并网发电系统必备的功能，是人员和设备安全的重要保证。针对微逆变器的特殊应用需求，开发简单、有效、零检测盲区、不影响进网电流质量的孤岛检测技术是微逆变器开发需要解决的一个重要课题。（6 ）无电解电容变换技术光伏组件的寿命一般为 2025 年，要求微逆变器的寿命必须接近光伏组件，而电解电容式功率变换器寿命的瓶颈，要使微逆变器达到光伏组件的寿命，必须减少或避免电解电容的使用，因此研究和开发无电解电容功率变换技术是微逆变器开发需要解决的另一个课题。（7 ）信息通信技术当多个微逆变器组成分布式发电系统时，系统需要实时收集每个微逆变器的信息，以实现有效的监测与管理，因此需要低成本、高效、高可靠性信息通信技术作为保证，可以利用的通信技术包括 PLC、Z i gBee、Z - Wave、6 LowPA、P oE、GPRS、G SM技术等四、微型逆变器使用工程实例（1 ）家庭个体式住宅小区家庭式住宅小区微型逆变器在我国已经有了许多的个例，一般多建设在一些高档的住宅小区内，由于一般公寓式住宅屋顶面积有限并且相对建设成本比较高，普通民众暂时还没有条件建立小型的变电站。建立在上海高档住宅区，是目前世界上最小的光伏并网发电系统住户式小电站电缆可以直接连接到插座（2 ）小型电站系统位于嘉兴科技城二期的 BAPV项目，总功率达到了 786. 24kw其中 116kw使用513 APS YC200 和 235w c- si Modul es 型的微型逆变器，该项目目前是中国最大的微型逆变器 BAPV系统。（ 3）路灯，通信基站系统安装应用该系统在美国安装已经超过了 10 万台，在我国国内道路两侧也可看见类似的系统，但基本都是串联式光伏系统。五、微型逆变器的日常生活使用汽车上的逆变器所获得的 220V电，是 220V 50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的一般是方波的。正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用，只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制方式成本比较低。一般，车载的这个逆变器，功率最大不过 500 瓦。接笔记本，电视，碟机之类的东西，只要在他的额定功率下使用，都没问题但是需要注意他是接在汽车蓄电池上的，虽然他一般都是 11V就自动保护断电，避免电压过低导致车无法启动，但是还是不适宜在引擎不运转的情况下用，，所以如果用负载比较大，还是建议启动引擎。如果是给手机充电道没什么问题。电动车上，有一个叫 DC- DC的模块，他也叫直流转换器，这个模块输入48V，输出 12V，那么你只要购买一个 12V输入的车载逆变器就可以使用。当然若你能买到 48V输入的逆变器更好，但估计很难买到而且，这个模块一般只能提供 5A电流，最多不过 10A，而且车灯什么的也要用，所以很容易过载，建议，如果可以，多买一个直流转换器，这个转换器专门给你那逆变器供电，然后如果直流转换器只能提供 5A，那么逆变器输入就应当小于 5A，否则可能会损坏那模块，当然有一些直流转换器电流是很大的，如果修车的地方没有，可以到一些电器店或叫他们修理的给你进一个大电流的，或者多个直流转换器并联也可以，总之，不要让他过载就可以。在目前的城市轨道车辆上有一种 vvvf 牵引逆变器，用于变频变压，在列车牵引时将高压（一般为 dc750V或 DC1500V）变为频率和电压可调的三相电供给牵引电动动机使用，在制动时可以把列车惯性带动牵引电机旋转发出的三相电能转换为直流电反馈回电网或通过能量消耗模块消耗掉。五、国内外主要太阳能逆变器厂家及产品型号（二）国外企业 SMA公司（德国）（1 ）基本情况 SMA是光伏逆变器的全球市场领导者，产品应用遍及全球，已经在全世界四大洲的九个国家设立了分公司。 SMA并网和独立运行逆变器在中国的应用已经有七年多的时间，截至目前，已经在包括香港和台湾在内的二十多个省市地区完成了五百多个项目。2 009 年，S MA公司光伏逆变器销售量达到了 3400 兆瓦，约占世界逆变器总销售量的 40，创造了高达 9. 34 亿欧元的销售额，连续几年保持着超过 100的增长速度，且在未来数年仍会保持强劲的增长态势。（2 ）研发/ 生产现状在微型逆变器技术方面，S MA将采用 OKE的技术开发自己的产品线。这使得SMA成为全球唯一一家包含各种现存逆变器技术产品线的厂商，可操作各种尺寸的太阳能光伏系统，并采用最有的技术系统配置。（3 ）市场动态 SMA S ol ar T echnol ogy A G SMA 宣布向 OKE- Ser vi ces 公司购买微型逆变器技术平台。 SMA计划在今后的几年里进一步开发该项技术并最终实现微型逆变器的产业化。 Fr oni us 集团（奥地利）（1 ）基本情况奥地利伏能士（F r oni us 国际公司创立于 1945 年，1 992 年设立太阳能电子部进行太阳能并网逆变器的研发、生产和销售。2 008 年公司全球营业额 3. 7亿欧元，全年研发投入高达 2500 万欧元，有效专利 585 件。自 2006 年起，伏能士（F r oni us 公司成为太阳能并网逆变器世界上排名第二的生产商。公司总部位于奥地利，在中国授权北京绿洲协力新能源科技有限公司作为代理商负责伏能士（F r oni us 公司太阳能并网逆变器的销售、安装、调试、售后服务、维修和技术支持。 Xant r ex 科技有限公司（加拿大）（1 ）基本情况 Xant r ex 技术有限公司是在可再生、可编程和移动供电市场中进行先进电源产品及系统开发、生产和营销的全球领先企业，是全球太阳能和风能逆变器市场中的三大厂商之一，具备强大的增长潜力在前景广阔的北美太阳能逆变器市场中居于领导地位。X ant r ex 总部位于加拿大温哥华，在美国、德国、西班牙和英国设有工厂，在中国也成立有一家合资公司。X ant r ex 的高增长潜力和可实现的显著协同预计能够在 2011 年创造 4. 70 亿美元的总销售额。（二）国内企业就中国而言，中国光伏变频器整体企业在转换效率、结构工艺、做工、稳定性上跟国外最先进水平有一定差距，小功率技术水平基本跟国外处于相同水平。合肥阳光电源是中国最大新能源电源供应商，产品涵盖风力、光伏、电力系统电源，产品成功运用于国内众多大型示范工程， 2 009 年光伏逆变器出货量约80MW。合肥阳光电源（1 ）基本情况合肥阳光电源有限公司是一家专注于太阳能、风能等可再生能源电源产品研发、生产和销售的高新技术企业。主要产品有光伏逆变器和控制器、风机变流器、回馈式节能负载、电力系统电源等，并提供系统解决方案的设计及技术服务，是我国最大的光伏电源产品的研发生产企业，也是我国光伏和风力发电行业为数极少的掌握多项核心技术并拥有完全自主知识产权的企业之一。每年将不少于销售收入 10投入研发。2 002 年起到 2005 年间，在国家“送电到乡工程”光伏/ 风能独立电站建设项目中，阳光电源生产的光伏控制器和逆变器以最优的性价比占领了国内市场份额的 70，仅此一项就为公司带来了 7000 多万元的销售收入（2 ）现状阳光电源在保持国内领先的同时，积极拓展国际市场。产品先后成功应用于上海世博会、敦煌 10MW光伏电站、宁夏太阳山 10MW光伏电站、杭州节能环保产业园光伏电站、北京奥运鸟巢、上海临港大型光伏发电项目、东汽集团风电项目、内蒙古通辽风场项目、湘电集团风电项目、国家送电到乡工程、南疆铁路、广州白云机场等众多的国内重大工程项目；产品现已通过 TV 、 CE、 UL、 DK5940、 CSA、CEC等多项国际认证，批量销往意大利、西班牙、英国等欧洲国家，并远销美洲、非洲及东南亚地区。（3 ）市场动态 2007 年，公司引进外资并顺利改制为中外合资企业。阳光电源一直坚持并重视自主创新，先后承担了国家“十一五”8 63 计划等 10 多个光伏、风电领域的重大科研课题，取得了一系列重大科研成果，产品多次填补国内空白。能源局领导李福龙对阳光电源在光伏逆变器、风能变流器领域所取得的诸多创新成果和产业化应用成绩表示赞赏。国外厂家及产品型号表生产厂家Enphase Solarbridge Enesycs Involar 型号 M190 M210 North American Models SMI-200 SMI-200 SMI-280 MAC250 最大输入功率230W 240W 225W 200W 240W 280W 250W 最大输入电压56V 62V 55V 48V 48V 48V 50V MPPT范围22V-40V 31V-50V 18V-36V 29V-42V 29V-42V 29V-42V 22V-40V 最大输出功率190W 210W 210W 190W 220W 265W 185W 最大级联个数21 18 17 N/A N/A N/A 16 最高效率95.5 96 95.5 94 94 94 95 尺寸 203.2*133.4 *31.8 203.2*133.4 *31.8 203.2*127 *31.8 260*160 *35 260*160 *35 260*160 *35 229.4*137.4 *34 通讯方式Powerline Powerline Powerline Wireless IEEE Wireless IEEE Wireless IEEE Powerline 国内厂家及产品型号表生产厂家英伟力安科瑞欧姆尼克凯登型号 INVO AMI-250 Omniksol-1k-TL KD-WVC260A 最大输入功率280W 250W 1300W 250W 最大输入电压50V 50V 90 50V MPPT 范围24V-40V 28V-45V 80V-360V 17V-50V 最大输出功率250W 235W 1000W 260W 最大级联个数15 N/A N/A N/A 最高效率 96.2 94.5 97.5 94.6 尺寸 178*227 *32 219*213 *35 330*425 *130 215*163 *32 通讯方式 Powerline Powerline Wireless IEEE Powerline 六、微逆变器的市场分析虽然微型逆变器在全球逆变器市场仍然只占有小份额。微型逆变器和分布式最大功率点跟踪（M PPT）解决方案作为光伏逆变器市场的新兴领域，预计将会大幅增长， 2010 年到 2015 年的年均复合增长率可达 77％。供货量便有望超过现有逆变器。美国 i Suppl i 预测，原有逆变器的供货量 2012 年为 130 万～1 40 万台，而微型逆变器和微型转换器的合计供货量 2012 年将达到约 800 万台。目前美国已有风险企业等多家企业对微型逆变器和微型转换器展开开发。 I R的 Al ber t oGuer r a 预测，在未来几年中，太阳能工程的市场每年的增长率将达到 20到 30。相应地，太阳能逆变器的价格也会随之下降。由于逆变器的成本占整体太阳能系统成本的 15到 20，因为存在更大的市场需求而得到价格支持。中国政府安排预算 12. 7 亿元，逆变器补贴国内光电建筑应用示范项目共 111个，总规模为 91 兆瓦，示范工程分布在中国的 30 个省、市、自治区，重点向产业基础好、阳光资源丰富的江苏、浙江、内蒙、河南等省倾斜，重点引导光电建筑一体化发展，逆变器重点扶持技术先进的光伏产品推广应用。为鼓励可再生能源的发展, 中国政府今年 3 月份启动了关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见、太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法（简称“屋顶计划”）, 对建筑用太阳能产品实施补贴太阳能屋顶计划。继“屋顶计划”出台 4 个月后，中国财政部、科技部、国家能源局联合印发了关于实施金太阳示范工程的通知，计划在 2- 3 年内，政府补助不低于 500 兆瓦的光伏发电示范项目，加快中国国内光伏发电的产业化和规模化发展。与此同时的各地政府也纷纷出台政策刺激光伏电站的发展，杭州市提出“阳光屋顶”计划，广州，南昌，无锡，保定，上海纷纷提出了本地的光伏电站发展规划，中国光伏最发达的江苏省率先出台了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，其中规定，通过 3 年努力，力争在全省建成光伏并网发电装机容量 400 兆瓦。七、调研分析意见微型逆变器由于功率比较小，相对于比较适合使用在以家庭为单位的安装使用，对于大型变电站传统式的串联集中式的发电方式目前依然是市场主流，大型电站使用微型逆变器相对造价与安装成本比较高，但是在产能方面是集中型发电方式不能比拟的，并且在后期维护成本相对也比较低，并且通过通讯方式可以在线监控每个太阳能板的工作状态，可以迅速快捷的处理故障。中国人口密度大，中国城市居民大多居住于公寓式高层建筑，屋顶资源紧缺，家庭个体安装用户也比较有限，所以在我国微型逆变器的普及还有一段缓冲期，并不能像欧美国家一样能够被广泛使用。现在市场上微型逆变器大多功率都是 250W以下与 1000W以上，自主研发 500W- 800W微型逆变器比较有前瞻性，产品市场占有率应该会比较高，但是国内市场接纳程度不高，做成一条高盈利的产业链任然比较困难。所以以科技支撑项目，以二代微型逆变器构建一个太阳能分布式变电系统比较符合实际情况。