微型逆變器:能源轉型的關鍵技術與市場機遇
2024-05-11 10:40:13 來源:半導體器件應用網(wǎng) 作者:厲丹 點擊:9157
隨著全球范圍內對可再生能源的依賴加深,特別是對分布式光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的日益重視,加之各國政府對清潔能源的政策扶持,如補貼、上網(wǎng)電價優(yōu)惠、強制性可再生能源配額等,使得微型逆變器正成為市場矚目的焦點。
作為提高光伏系統(tǒng)效率、安全性及靈活性的關鍵設備,微型逆變器市場需求持續(xù)增長,同時因其組件級MPPT、獨立運行、易于安裝和維護等獨特的優(yōu)點在住宅、商業(yè)和小型工商業(yè)光伏項目中備受青睞。隨著光伏技術的不斷進步和成本降低,微型逆變器市場呈現(xiàn)出強勁的增長勢頭。
微型逆變器市場競爭態(tài)勢
正因為微型逆變器市場的巨大發(fā)展?jié)摿?,國內外的市場競爭態(tài)勢在過去一段時間里經(jīng)歷著顯著的變化和發(fā)展。
微型逆變器作為提高光伏發(fā)電效率的關鍵設備之一,其市場需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。特別是在歐美等發(fā)達國家,政策推動和市場需求共同作用下,微型逆變器市場實現(xiàn)了快速增長。據(jù)市場調研機構Mordor Intelligence報告顯示,2024年微型逆變器市場規(guī)模預計為31.5億美元,預計到2029年將達到77.4億美元,復合年增長率為19.70%。同時,預計到2025年全球微型逆變器需求量將達12.44GW,顯示出強勁的市場增長勢頭。
從競爭格局來看,微型逆變器市場日趨激烈。目前市場主要由幾家大型跨國企業(yè)主導,但國內企業(yè)也在迅速崛起。隨著市場規(guī)模的擴大,越來越多的企業(yè)加入到微型逆變器行業(yè)中來,通過技術創(chuàng)新和成本控制,不斷提升自身競爭力。
根據(jù)潮電智庫綜合對比產能、出貨量等情況,目前全球微型逆變器競爭格局可分為4個梯隊,其中第一梯隊以Enphase作為領銜,2023年市場占比達到72%,穩(wěn)坐第一把交椅。第二梯隊以昱能科技、禾邁股份、NEP(恩智浦)作為代表,第三第四梯隊則是以德業(yè)股份、華昱欣做為代表。
禾邁股份研發(fā)工程師冷永生提到:“競爭企業(yè)雖然存在一些競爭,但許多廠家主要是作為組裝廠,利用自身的市場關系找到客戶訂單。一些車企如特斯拉、比亞迪等也開始涉足這個領域,他們主要采用購買組裝貼標的方式,并搭建自己的云平臺。此外,車企也在考慮車載電池的回收利用,將其轉用到儲能領域,尤其是磷酸鐵鋰電池在工商業(yè)儲能中的應用。”
從核心競爭而言,目前微型逆變器市場競爭主要圍繞在技術創(chuàng)新、產品質量、服務和品牌差異化展開,地域市場分布顯示出明顯的區(qū)域特色。相信隨著技術進步、成本下降以及消費者對分布式能源系統(tǒng)認知度的提高,預計微型逆變器市場將持續(xù)健康發(fā)展。
聚焦微型逆變器中的半導體器件
微型逆變器功率一般在250W到1500W,用到的半導體器件包括MOS管(60V-150V,600V-950V)、SiC MOS管(650V,1200V)、GaN(600V)、柵極驅動器(gate driver IC)、SiC二極管(650V/1200V)、通信芯片(Wi-Fi、藍牙、PLC)、輔助電源模塊、存儲芯片、電流檢測芯片、MCU等。
半導體器件在微型逆變器市場中的定位是核心技術組件,起到關鍵的電能轉換和控制作用,例如微型逆變器的核心功能是將光伏組件產生的直流電轉換為適合并入電網(wǎng)的交流電,功率器件如MOSFET、IGBT等作為逆變器內部的開關元件,負責實現(xiàn)直流-交流轉換過程中的高頻開關操作,直接影響逆變器的轉換效率、功率密度和可靠性,而其所具備的如過壓保護、過流保護、短路保護等功能,確保系統(tǒng)在異常情況下能夠快速響應,避免設備損壞。
在光伏產業(yè)鏈中,第三代半導體如SiC相較Si,在帶隙能量、擊穿場強、熱導率等幾個參數(shù)方面具有優(yōu)越的特性,這些特性允許SiC系統(tǒng)以更高的頻率運行而不會損失輸出功率,從而可以縮小無源器件(尤其是電感器)的尺寸。因此,在微型逆變器中采用SiC可以提高逆變效率,減少能量損失,尤其在高溫環(huán)境下性能優(yōu)勢更為明顯,有助于提升整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。
此外,由于SiC的高效率和散熱性能好,逆變器設計可以使用更小的散熱裝置和更緊湊的封裝,從而實現(xiàn)逆變器的小型化和輕量化,這對于微型逆變器尤為重要。因為它們通常需要安裝在屋頂或其他空間有限的地方,且重量輕有利于簡化安裝和降低安裝成本。在商用組串式逆變器以及儲能等微電網(wǎng)、離網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)境中,SiC同樣具有廣泛應用。
同樣作為第三代半導體材料的典型代表,GaN在微型逆變器當中的表現(xiàn)如何?禾邁股份研發(fā)工程師冷永生表示:“GaN存在一些問題,大家不太愿意使用,因為它容易損壞,不穩(wěn)定。其驅動需要特殊設計,與以前的器件差異大。相比之下,SiC在性能方面表現(xiàn)較為穩(wěn)定。”
據(jù)士蘭微器件成品產品線市場總監(jiān)伏友文介紹,士蘭微通過發(fā)揮IDM一體化優(yōu)勢,基于士蘭化合物半導體生產線,推出的1200V SiC芯片性能指標已達到國際領先水平,并同時研發(fā)650V、1700V、2000V等電壓段高性能SiC MOSFET芯片,及包含TO-247B-4L、TO-263-7L、TOLL、B10、B15、D4等多種封裝形式,適配光伏儲能逆變器應用場合。
光儲充一體化:微型逆變器的發(fā)展歸屬
從市場需求的角度分析,為應對電網(wǎng)波動、提高自發(fā)自用比例和能源自給自足能力,微型逆變器將越來越多地與儲能系統(tǒng)、充電樁集成,形成一體化的光儲充解決方案,而其增長點主要集中在住宅光伏、商業(yè)與工業(yè)應用、微電網(wǎng)與離網(wǎng)系統(tǒng)等領域。
針對光儲充一體化的趨勢,安森美正專注于通過技術創(chuàng)新和全球制造能力,來鞏固其在光儲充市場的領導地位。我們了解到,未來幾年安森美可能的發(fā)展方向和產品路線圖規(guī)劃關鍵點主要聚焦在光伏系統(tǒng)應用、儲能市場、全球制造和支持能力、產品創(chuàng)新及投資和工廠升級等。
據(jù)了解,安森美(onsemi)為中國的光儲充逆變器市場提供了一系列獨特的解決方案,特別是在可再生能源生產、電源管理和能源轉換方面,憑借SiC MOSFET和IGBT技術、高能效封裝、定制化解決方案、垂直整合的SiC方案和全球制造和支持能力等優(yōu)勢,幫助客戶應對光伏逆變器、儲能和快充等系統(tǒng)設計方面的挑戰(zhàn)。
安森美現(xiàn)場應用工程高級經(jīng)理莊偉君介紹,這些解決方案和產品有助于推動光儲充一體化發(fā)展,提高系統(tǒng)的功率密度與轉換效率,同時滿足市場對碳化硅的不斷增長的需求。目前,全球前10大光伏逆變器中的8家都與安森美簽訂了戰(zhàn)略協(xié)議,例如上能電氣(Sineng Electric)在其公用事業(yè)級太陽能逆變器和引領業(yè)界的200kW儲能系統(tǒng)中集成安森美的EliteSiC MOSFET和基于IGBT的高密度功率集成模塊;Ampt優(yōu)化器利用安森美最新的具有極低導通電阻和開關損耗的SiC MOSEFT技術,實現(xiàn)了儲能系統(tǒng)和太陽能電站更高的雙向充放電效率。
光伏產業(yè)作為新能源領域的重要分支,正在展現(xiàn)出強大的產業(yè)帶動力。半導體器件在微型逆變器中的應用更加注重電能轉換和控制作用。值得關注的是,第三代半導體SiC元器件可以讓光伏逆變器擁有更高的功率密度,更高的效率,更小的體積和更低的成本。不得不承認,SiC正成為光伏逆變器產業(yè)升級的核心推動力。這對半導體廠商提出更高技術要求的同時,也帶來了很大的發(fā)展機遇。
結語
毋庸置疑,微型逆變器憑借獨特技術優(yōu)勢,正成為可再生能源領域的新星。隨著成本降低和應用領域的拓寬,微型逆變器將為全球能源綠色轉型貢獻重要力量。展望未來,可能會有更多半導體企業(yè)和系統(tǒng)方案商加入這一綠色能源革命,共同推動微型逆變器技術的創(chuàng)新與發(fā)展,為構建清潔、低碳的能源體系貢獻力量。
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本文將對模塊式微型逆變器的理念與發(fā)展作說明,并分析當前常見的多種微逆拓撲結構及其新型應用方案。尤其是以基于寬禁帶技術構建的新一代的循環(huán)拓撲微型逆變器設計方案及其所提供趨勢作研討。與此同時又重點對拓展出智能微型逆變器的基本架構與核心技術在新能源太陽光伏系統(tǒng)中應用為例作分析說明。
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進入21世紀以來,清潔能源取得了長足的進步,全球光伏裝機快速增長。
2022年全球光伏微型逆變器營收在160億元左右,除去30%左右的毛利率,2022年全球光伏微型逆變器市場規(guī)模大概在115億元,預計到2025年將達到520億元,市場空間十分廣闊。
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