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增速超100% 光儲(chǔ)即將引來爆發(fā)

2021年全球光儲(chǔ)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約11.5GW，中國(guó)約3.5GW，過去兩年增速也均在100%以上，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的大型光伏項(xiàng)目中配建儲(chǔ)能項(xiàng)目的占比為4%。

數(shù)據(jù)來源：CNESA、彭博新能源財(cái)經(jīng)，嗶哥嗶特資訊整理

配儲(chǔ)比例提高至10% 為光儲(chǔ)充一體化爆發(fā)奠定基礎(chǔ)

根據(jù)各省十四五期間光伏、儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)劃看，其中超大部分省份劃定的比例不低于10%，僅已公布配儲(chǔ)比例的省份，儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)劃已超過29GW，假設(shè)其他尚未公布的省份也采用10%的配儲(chǔ)比例，預(yù)計(jì)十四五期間儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將超41GW，奠定了四十五期間光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)爆發(fā)的基礎(chǔ)。

十四五期間光儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估，嗶哥嗶特資訊整理

2021年，我國(guó)分布式光伏新增裝機(jī)規(guī)模首次超過集中式，今年5月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布的規(guī)劃中提到，到2025年公共機(jī)構(gòu)新建建筑屋頂光伏覆蓋率力爭(zhēng)達(dá)到50%。光儲(chǔ)充一體化通常搭配分布式光伏出現(xiàn)，對(duì)分布式光伏裝機(jī)比例提出要求后，將進(jìn)一步推動(dòng)光儲(chǔ)充一體化的落地，擴(kuò)大光儲(chǔ)充一體化裝機(jī)規(guī)模。豐賓電子高級(jí)經(jīng)理徐格威提到，一般情況下戶用光伏才會(huì)搭配儲(chǔ)能，光儲(chǔ)充一體化未來的增長(zhǎng)點(diǎn)主要來自225kW~320kW功率段產(chǎn)品。

光儲(chǔ)充一體化落地的思考

從以往已光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目落地的實(shí)際情況來看，光儲(chǔ)充一體化一般搭配充電站出現(xiàn)，一方面光儲(chǔ)充一體化電站會(huì)吸納電網(wǎng)的電，另一方面受安裝面積所限，其儲(chǔ)能裝機(jī)功率通常是光伏裝機(jī)功率的2.5倍，儲(chǔ)能裝機(jī)時(shí)長(zhǎng)通常為2-4小時(shí)，從各省份十四五期間儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)劃看，應(yīng)該是吸收了光儲(chǔ)充一體化落地經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)省份的裝機(jī)時(shí)長(zhǎng)都設(shè)置為2小時(shí)。

光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目裝機(jī)情況匯總，數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)，嗶哥嗶特資訊整理

民生證券研究院預(yù)計(jì)，2021年到2025年期間，光儲(chǔ)充一體化的儲(chǔ)能系統(tǒng)需求約 6.8 GWh，其中 2025年儲(chǔ)能系統(tǒng)需求約 3.62GWh，到2030年儲(chǔ)能系統(tǒng)需求約44.8GWh。假設(shè)以2小時(shí)裝機(jī)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算，光儲(chǔ)充一體化對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模為3.9GW，可覆蓋32500個(gè)120kW快充樁或8125個(gè)480kW超充樁。

光儲(chǔ)充一體化緣何受到眾多車企青睞

目前單個(gè)直流快充樁的功率在60kW以上，大約相當(dāng)于二三十個(gè)家庭的用電量，以廣汽為代表的超充，其功率達(dá)到360-480kW，隨著新能源汽車保有量、車樁比的提升以及超級(jí)快充的普及，未來勢(shì)必會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成更大沖擊。

2022年上半年，我國(guó)新能源汽車保有量已突破1000萬(wàn)輛，產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模。根據(jù)東南大學(xué)電氣工程學(xué)院教授黃學(xué)良的研究，2030年，我國(guó)新能源汽車保有量將達(dá)到8300萬(wàn)輛，等效儲(chǔ)能容量將達(dá)50億千瓦時(shí)，屆時(shí)車輛充電需求將占社會(huì)用電量的6%~7%，最大充電負(fù)荷將占電網(wǎng)負(fù)荷的11%~12%，提前布局光儲(chǔ)充一體化緩解電網(wǎng)負(fù)荷顯得尤為重要，也正因此特斯拉、寧德時(shí)代、特來電、星星充電以及中石油、中石化等汽車行業(yè)相關(guān)企業(yè)都紛紛投身到光儲(chǔ)充一體化的建設(shè)中。

布局光儲(chǔ)充企業(yè)匯總，資料來源于網(wǎng)絡(luò)，嗶哥嗶特資訊整理

9月初，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群率隊(duì)到訪陽(yáng)光電源集團(tuán)總部，就進(jìn)一步深化寧德時(shí)代與陽(yáng)光電源在儲(chǔ)能等新能源領(lǐng)域的全球合作進(jìn)行探討，并正式簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，攜手開拓全球光儲(chǔ)一體化市場(chǎng)。

兆易創(chuàng)新產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)金光一表示，近幾年來，光儲(chǔ)充一體化一直是新能源界的熱門組合，通過配置儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)削峰填谷，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，再通過充電樁為新能源汽車提供“綠色電能”，有效緩解大規(guī)模充電樁用電對(duì)局域電網(wǎng)的沖擊?；诠鈨?chǔ)充一體化系統(tǒng)，可降低傳統(tǒng)能源的使用，減少污染氣體排放，提高能源利用率，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)收益。

雖然近十年間太陽(yáng)能光伏發(fā)電平均成本下降了近九成 ，2021年并網(wǎng)的家庭光伏發(fā)電項(xiàng)目估算裝機(jī)成本是0.9/度，但仍高于0.6元/度的民電價(jià)格，而光儲(chǔ)充則可擺脫這種電價(jià)的天花板限制，無論是光伏自發(fā)，還是凌晨把電存起來的電，最后會(huì)以度電1.5元-2元的價(jià)格賣給車主，這基本覆蓋了光儲(chǔ)充一體化的建設(shè)成本。

IGBT、MCU迎國(guó)產(chǎn)替代良機(jī)

IGBT芯片。IGBT等功率器件作為光儲(chǔ)充逆變器及儲(chǔ)能變流器的核心半導(dǎo)體部件，對(duì)電能起到整流、逆變等作用，以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網(wǎng)、儲(chǔ)能電池的充放電等功能，因此IGBT 等功率器件將充分受益儲(chǔ)能及光儲(chǔ)充一體化的高速發(fā)展。根據(jù)天風(fēng)證券的測(cè)算，全球風(fēng)電、光伏及儲(chǔ)能對(duì)IGBT的需求價(jià)值量將由2021年的86.7億元增長(zhǎng)至2025年的182.50 億元。

因?yàn)镮GBT器件的性能直接影響光伏發(fā)電效率，故而對(duì)其性能和可靠性要求較高。以英飛凌EconoDUAL™ 3模塊為例，其工作電流900 A ，工作電壓1200 V，過載時(shí)最高工作溫度可達(dá)175℃，IGBT在設(shè)計(jì)時(shí)電流一般都會(huì)留有10%以上的裕量。與進(jìn)口部件相比，產(chǎn)品穩(wěn)定性、技術(shù)指標(biāo)存在一定差異，未能完全產(chǎn)品技術(shù)要求，IGBT 器件國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商較少，市場(chǎng)份額主要被英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體、瑞薩等國(guó)際大廠占據(jù)，尤其是英飛凌，在IGBT模塊和IGBT分立器件都以超過30%的市占比占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2020 年國(guó)內(nèi)光伏儲(chǔ)能國(guó)產(chǎn)化率接近為零，但以分布式光伏為基礎(chǔ)的光儲(chǔ)充一體化推進(jìn)望改變這一狀況。

相對(duì)于集中式光伏而言，光儲(chǔ)充一體化主要采用 IGBT 單管或模塊（分布式光伏單相一般采用IGBT 單管，三相可選擇 IGBT 單管或模塊），整體功率相對(duì)更低，光儲(chǔ)充對(duì)IGBT技術(shù)要求相對(duì)較低，而國(guó)內(nèi)功率器件廠商在低功率段技術(shù)上已取得一定突破，成本方面則有優(yōu)勢(shì)。2021 年，斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、時(shí)代電氣、揚(yáng)杰科技、新潔能光伏 IGBT 收入均為幾千萬(wàn)，隨著光儲(chǔ)充一體化的落地，未來有望迎來快速放量增長(zhǎng)。

東海半導(dǎo)體總經(jīng)理夏華忠在接受采訪時(shí)表示，目前已有40A/200V，50A/650V，75A/1200V等光儲(chǔ)充一體化IGBT在批量生產(chǎn)，并成導(dǎo)入陽(yáng)光電源、上能電氣等頭部企業(yè)。

光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目

MCU芯片。在光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)中，MCU 主要用于對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行管理，收集光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)蓄電池電壓、開關(guān)信號(hào)及輸出電流等信息，根據(jù)事先寫入的程序運(yùn)算處理后輸出電池管理及電路保護(hù)等控制信號(hào)，MCU 也能提供過載、短路保護(hù)等，其中MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）是光伏發(fā)電效率最大化的關(guān)鍵技術(shù)，MCU是其中不可或缺的關(guān)鍵部件，MCU硬件處理性能和軟件算法共同決定了MPPT的工作效率。其中硬件效率主要由MCU采樣電路的精度，MPPT電壓范圍，MPPT路數(shù)決定，軟件效率主要是由MCU控制算法來決定。

兆易創(chuàng)新GD32 MCU在光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)的光伏逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)和充電樁三大核心系統(tǒng)中都有著廣泛地應(yīng)用。以光伏逆變器為例，GD32F4系列MCU憑借主頻高達(dá)240MHz的Arm® Cortex®-M4內(nèi)核，大容量存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，可以高效地處理逆變器的復(fù)雜控制算法。多達(dá)兩組能夠輸出三相互補(bǔ)PWM波形的高級(jí)定時(shí)器、3個(gè)高達(dá)2.6MHz采樣率的12位高速ADC，更有助于精準(zhǔn)測(cè)量面板的電壓和電流，滿足逆變器驅(qū)動(dòng)電路所需的高精度控制要求。

此外，GD32F4系列MCU還可用于光儲(chǔ)一體化充系統(tǒng)內(nèi)的通信監(jiān)控和HMI等模塊，包括提供多達(dá)8路USART/UART、6路SPI、3路I2C、2路CAN總線、以太網(wǎng)MAC，USB2.0全速和高速通信接口，并集成了TFT LCD控制器和硬件圖形加速器IPA。可以對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電、充電、變流器、儲(chǔ)能等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)相關(guān)的環(huán)境、告警傳感器等進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，并滿足光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)與外界通訊、數(shù)據(jù)采集和傳輸、人機(jī)交互等更多智能化控制的需求。

金光一認(rèn)為，如今在供貨保障和降本增效的要求下，不少逆變器廠商開始采用高性能MCU替代DSP。兆易創(chuàng)新GD32E5系列高性能MCU采用主頻高達(dá)180MHz的Arm® Cortex®-M33內(nèi)核，內(nèi)置硬件乘/除法器，并提供完整的DSP指令集和單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元，配備硬件三角函數(shù)加速器，以增強(qiáng)的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理和開關(guān)電源控制，可替換傳統(tǒng)DSP，運(yùn)行MPPT算法實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)光伏模塊的最大功率跟蹤，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通訊監(jiān)控和快速關(guān)斷功能。

靈動(dòng)微采購(gòu)經(jīng)理龔丹提到，相比于光伏，光儲(chǔ)充一體化需要的MCU種類和數(shù)量更多，主要原因是光儲(chǔ)充系統(tǒng)里增加了儲(chǔ)能部分，增加的MCU需求如電池雙向充放電（DC-DC）模塊、BMS模塊。光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)里核心產(chǎn)品是逆變器，逆變器對(duì)主控MCU要求高，需要快速準(zhǔn)確采集電壓電流，輸出精準(zhǔn)PWM控制信號(hào)，同時(shí)滿足監(jiān)控保護(hù)要求，即主控MCU必須具有高采樣率的ADC模塊，及高精度的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)這些功能。逆變器主控MCU目前市場(chǎng)上以DSP為主，但隨著微型逆變器的興起，有廠商在使用ARM 內(nèi)核32位MCU做主控，這塊是靈動(dòng)發(fā)力的方向之一。除此之外，光儲(chǔ)充一體化逆變器中通訊傳輸MCU需要支持多種外設(shè)接口，如多路的UART，SPI，I2C，CAN 等。

目前靈動(dòng)微MM32F0140、MM32F3270以及MM32F5270系列等產(chǎn)品在光儲(chǔ)充市場(chǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，支持2.0~5.5V 寬壓工作范圍，工作溫度范圍包含-40℃~85℃工業(yè)型及-40℃~105℃擴(kuò)展工業(yè)型，ESD高達(dá)±8kV，滿足光儲(chǔ)充應(yīng)用需求。龔丹表示：“未來靈動(dòng)微也將持續(xù)推出性價(jià)比高、資源更豐富的Cortex-M0 內(nèi)核產(chǎn)品如MM32F0160，支持更多外設(shè)接口；同時(shí)我們?cè)诓季指咝阅艿腗CU，以星辰內(nèi)核為主導(dǎo)，去滿足光儲(chǔ)充市場(chǎng)對(duì)高性能MCU的需求。”

國(guó)內(nèi)廠商芯片設(shè)計(jì)與制造能力均在快速發(fā)展，目前在光儲(chǔ)充領(lǐng)域已部分具備了國(guó)產(chǎn)替代基礎(chǔ)。從設(shè)計(jì)能力看，國(guó)產(chǎn) MCU 的技術(shù)參數(shù)在部分領(lǐng)域可以比肩意法半導(dǎo)體等國(guó)際大廠，國(guó)內(nèi)頭部 MCU 廠商兆易創(chuàng)新GD32V 系列更是全球首個(gè)基于 RISC-V 內(nèi)核的通用 MCU 產(chǎn)品，未來也具備進(jìn)一步迭代更新、在更高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破的實(shí)力。從工藝制造看，光儲(chǔ)充需要的MCU 工藝節(jié)點(diǎn)集中在 40 nm 及以上的成熟制程，國(guó)內(nèi)代工廠已經(jīng)具備相應(yīng)的制造能力，隨著代工廠在 28 nm 技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化，國(guó)內(nèi) MCU 廠商與上游代工廠加強(qiáng)協(xié)作，有望共同推動(dòng)國(guó)產(chǎn) MCU 性能再上一個(gè)臺(tái)階。

光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目

電容等被動(dòng)元件或?qū)⑹紫扔瓉頇C(jī)會(huì)

光儲(chǔ)充一體化同樣也會(huì)給國(guó)內(nèi)的被動(dòng)元件廠商帶來機(jī)會(huì)，相對(duì)于技術(shù)門檻較高的IGBT和MCU，要求較低的電容等被動(dòng)元件將更快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。光伏逆變器DC-Link、輸入/輸出濾波以及逆變系統(tǒng)緩沖電路等都需要薄膜電容器用以吸收高脈沖電流，使逆變器端的電壓波動(dòng)處在可接受范圍內(nèi)，防止瞬時(shí)過電壓的影響，在直流輸入、交流輸出的EMI及LCL濾波電路，逆變系統(tǒng)中的緩沖電路中都需要用到薄膜電容器。直流充電樁隨輸出功率的增長(zhǎng)，也需要大容量、高價(jià)值的 DC-Link 電容進(jìn)行緩沖。

根據(jù)固德威披露的成本結(jié)構(gòu)顯示，2017 年-2019 年電容在原材料中的成本占比分別為 10.1%、10.2%和 8.4%，三年平均為 9.6%；2016~2018年，錦浪科技電容器采購(gòu)金額分別占總采購(gòu)金額的7.1%、9.1%、10.4%。電容器成本占逆變器成本約6.6%~9.7%，占逆變器銷售價(jià)格的4.3%~6.4%。兩家公司毛利率在30%~40%之間波動(dòng)，直接材料占營(yíng)業(yè)成本比例在93%左右。據(jù)此，估算電容器成本占逆變器成本約6.6%~9.7%，占逆變器銷售價(jià)格的4.3%~6.4%。按照假設(shè)電容器成本占到光伏逆變器及儲(chǔ)能PCS價(jià)值量的5.4%左右，2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到29.1億元，而這一市場(chǎng)或?qū)⒏缬瓉肀l(fā)。

豐賓電子高級(jí)經(jīng)理徐格威在采訪中表示，目前是牛角電容、SMD電容和固態(tài)電容三種產(chǎn)品有向逆變器前10的客戶群體供貨，年交易額在2億~3億。其中微型用戶光伏以310電容為主，250kW~320kW工商業(yè)分布式光伏以410V和550V電容為主，國(guó)產(chǎn)化是未來的主要趨勢(shì)。

光儲(chǔ)充一體化未來發(fā)展趨勢(shì)

光儲(chǔ)充還處于政策驅(qū)動(dòng)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)變商業(yè)化初期，標(biāo)準(zhǔn)缺失、安全、成本等方面存在不少問題，電池檢測(cè)存在技術(shù)壁壘，投資回收周期也較長(zhǎng)（5年半左右），但越來越多的新能源車上路對(duì)便捷的充電設(shè)施需求越發(fā)迫切，未來隨著組件成本的進(jìn)一步降低，商業(yè)運(yùn)作模式更加成熟，在強(qiáng)有力政策引導(dǎo)、政府補(bǔ)貼和頭部企業(yè)試點(diǎn)示范項(xiàng)目的引導(dǎo)下，光儲(chǔ)充一體化大規(guī)模落地有望為國(guó)內(nèi)廠商提供更多的市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇。另一方面，隨著試點(diǎn)項(xiàng)目的不斷探索，光儲(chǔ)充也呈變電站+充電站+數(shù)據(jù)中心站+直流配電站+光伏站+儲(chǔ)能站+加油+加氣+換電等多功能綜合體的趨勢(shì)發(fā)展。