【 ATU 随笔记 - Inverter 】PV Inverter 太阳能逆变器市场分析

news2024/9/22 5:21:44

一、简介

在上一篇的介绍中与大家分享了Micro Inverter ( 微型逆变器 )的用途与特色，也提到 Micro Inverter 适合家庭或是一些小型企业的需求。太阳能作为再生能源的代表，在当今能源转型中扮演着重要角色，也是有大型企业、大型能源站的需求，太阳能逆变器（Photovoltaic Inverter, PV Inverter）因应而生，这样的产品工作原理是将太阳能板所搜集的直流（DC）能量转换为交流（AC）能量，进行工业或商业用途。

传统的PV Inverter 类型是 String Inverter ( 串联式逆变器 )，将各个太阳能板产生的直流电串联在一起，透过最大功率点追踪（Maximum power point tracking, MPPT）的技术优化效能，再经过逆变器的转换，转成交流电后直接并网。因为太阳能板的性能受多种因素影响，包括阴影、云层、角度变化等，所以透过最大功率点追踪技术来确保太阳能板在不同日照和温度条件下，持续提供最佳的能量输出，从而提高发电效率。

而现在市面上也有一些厂商会在产品上标示混合型 PV Inverter ，指的是带有高压电池或是低压电池的产品，与传统型 PV Inverter 不同之处在于，太阳能板所转化的能量会储存在电池中，由使用者决定释放时间与对象 ( 电网及一般家庭 / 商业使用 )，同时也可以透过电网输入电力至电池储备，在本文的应用架构终将针对带有电池的架构进行介绍。

二、产品应用市场

根据各业者的产业分析报告来看，可将太阳能逆变器市场切分为亚太地区、美洲地区，以及欧洲地区，以下将依照不同的地区进行市场规模介绍，并说明产品的应用场景与未来趋势。

1. 市场规模：

•亚太市场： 亚太地区是全球太阳能逆变器的最大市场，占全球市场份额的约50%。2023年，亚太地区的太阳能逆变器市场规模预估为1,015亿美元，年增55.4%。亚太地区的太阳能逆变器市场主要受到政策补贴、电网改善、成本降低和环境意识等因素的驱动。亚太地区的太阳能逆变器主要应用于住宅、商业和工业等领域，其中住宅领域的需求量最大，占市场份额的约40%。

•欧洲市场：欧洲地区是全球太阳能逆变器的第二大市场，占全球市场份额的约25%。2023年，欧洲地区的太阳能逆变器市场规模预估为423亿美元，年增41.8%。欧洲地区的太阳能逆变器市场主要受益于欧盟的绿色能源目标、碳排放减少计画、网络升级和分散式发电的发展。欧洲地区的太阳能逆变器主要应用于住宅、商业和公用事业等领域，其中公用事业领域的需求量最大，占市场份额的约50%。

•美洲市场：美国地区是全球太阳能逆变器的第三大市场，占全球市场份额的约15%。2023年，美国地区的太阳能逆变器市场规模预估为238亿美元，年增27.5%。美国地区的太阳能逆变器市场主要受到联邦和州级的税收优惠、环保规范、电价上涨和住宅和商业用户的需求推动。美国地区的太阳能逆变器主要应用于住宅、商业和公用事业等领域，其中住宅领域的需求量最大，占市场份额的约45%。

2. 应用场景：

•住宅用途：太阳能逆变器可以将太阳能板产生的直流电转换为交流电，供给家庭用电，或是回馈到电网，减少电费支出。

•商业用途：太阳能逆变器可以将太阳能板产生的直流电转换为交流电，供给商业建筑或农业设施用电。

•公用事业用途：太阳能逆变器可以将太阳能板产生的直流电转换为交流电，供给大型的太阳能发电厂或电网用电，提升可再生能源的比例。

商业用途之示意图

3. 未来趋势：

太阳能逆变器是太阳能发电系统的核心元件，它将太阳能模组输出的直流电转换为交流电，供给用电设备或送入电网。随著太阳能技术的发展和应用的扩大，太阳能逆变器也将面临更高的要求和挑战。

未来的太阳能逆变器将具有以下几个发展趋势：

•智慧化：太阳能逆变器将具备更多的智慧功能，如远端监控、故障预警、数据分析、云端连接等，以提升系统的效率、可靠性和安全性。

•高效率：太阳能逆变器将采用更先进的拓扑结构、元件和控制策略，以提升逆变器的转换效率、功率密度和寿命。

•高压化：太阳能逆变器将适应大功率太阳能模组的发展，采用更高的直流电压，如1500V或2100V，以减少电缆损耗、降低系统成本和提高系统稳定性。

•模组化：太阳能逆变器将采用更灵活的模组化设计，以实现逆变器的扩展性、兼容性和易维护性。

三、混合型PV Inverter 架构与优缺点

带电池的混合型太阳逆变器是一种可以同时处理太阳能电池板、电池和市电的电力的设备，它可以根据不同的模式和优先顺序来分配电力，并提供稳定的电源。它适用于市电成本高或不稳定的地区，也适用于想要利用太阳能减少电费和碳排放的用户。

1. 应用架构：

在上面两张图中可以观察到，搭配低压电池的产品需要多一块双向DC-DC的设计，以利于降压储存电能，并升压提供输出，在整体设计上会较为复杂，也增加了部分损耗。而搭配高压电池的架构则没有类似的问题，但高压电池在使用上相对危险，所以大多家用型的产品仍会以搭配低压电池的产品为主。

2. 优缺点比较：

四、用料推荐

太阳能逆变器的性能和品质直接影响太阳能发电的效率和稳定性。因此，选择合适的逆变器元件也是非常重要的。在逆变器中会大量地使用到MOSFET等驱动元件，它们负责控制电流的开关和调节，以实现最佳的转换效率和功率因数。MOSFET的性能参数，如导通电阻、开关速度、耐压等，会影响逆变器的损耗、噪音、温升和可靠性。因此，选择高品质的MOSFET是提高逆变器性能的重要因素。

在这方面，TOSHIBA提供各种电压等级和封装类型的MOSFET，从12V到900V，从超小型封装到大功率封装，产品十分完善，且可靠度高，可满足不同的应用需求，非常适合用于太阳能逆变器的设计。

图片来源：TOSHIBA