光伏逆变器产业及其核心部件说明.doc

沃森内部资料2010年10月太阳能光伏行业及其核心部件-逆变器简介太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。在全球环境污染和能源危机日益严重的今天，研究太阳能利用对缓解能源危机、保护生态环境和保证经济的可持续发展具有重要意义。目 录目 录1第一章 光伏产业概况3一、光伏发展的历史3二、全球太阳能光伏产业发展现状5日本和美国将主导欧洲以外的市场6三、中国太阳能光伏产业发展现状6中国太阳能光伏产业发展趋势分析8四、光伏的光明未来94.1 光伏市场展望94.2 2014年市场预测104.3 欧洲市场144.4 其它世界领军市场224.5 新兴市场23五、光伏企业排名24第二章 光伏发电系统26一、光伏发电系统分类及应用261.1 光伏系统分类261.2 光伏系统的应用281.3光伏系统中逆变器的应用要求291.4 光伏并网、离网系统原理图30二、逆变器在太阳能光伏发电系统中具有举足轻重的作用30三、太阳能逆变器、功能与详细分类343.1 逆变器的功能343.2 逆变器的类型353.3 并网逆变器发展趋势36 选用小型光伏并网逆变器的优、缺点：37四、逆变器产业介绍394.1 光伏逆变器产业链结构394.2 光伏逆变技术发展趋势394.3 全球主要逆变器供应商概况404.4 国内主要逆变器供应商概况424.5 国际厂商进入中国市场概况43五、光伏逆变器的认证435.1金太阳认证介绍435.1.1金太阳示范工程445.1.2 金太阳认证收费标准455.1.3 金太阳示范工程基本要求（2009年）46第三章 逆变器厂商业务模式49一、回顾光伏逆变器产业链49二、世界各国光伏系统集成商分布49第四章 总结50一、光伏行业的政策性50二、市场波动对光伏行业的影响52第一章 光伏产业概况太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来低碳社会的理想能源之一，当下正越来越受到世界各国的重视。 太阳能光伏技术（Photovoltaic），是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。最常用的半导体材料是硅，地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能光伏电池有两层半导体，一层为正极，一层为负极，阳光照射在半导体上时，两极交界处产生电流。 太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。在整个产业链中，从硅提纯到应用系统，技术门槛越来越低，相应地，企业数量分布也越来越多，且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节，上游企业的盈利能力明显优于下游。图 太阳能光伏产业链一、光伏发展的历史从第一次空间应用到现在，光伏业已经超过40年的历史。过去十年，是强劲增长的10年，同时预计这种增长仍将在未来数年内持续。截止2008年底，世界光伏系统累计安装量已接近16GW，今天，近23GW的系统安装每年将产生约25TWh的电力。欧洲截止2009年以近16GW的安装量遥遥领先，占据约70%的光伏发电总量。而日本和美国分别以2.6GW和1.6GW紧随其后。中国进入全球十大光伏市场之列，预计未来数年将扮演重要角色。表：全球光伏历年累计光装量 来源：EPIA光伏市场已经从2003年的不足1GW发展到超过7.2GW，期间2007年至2008年的CAGR高达160%（复合年均增长率），虽然受金融危机影响，但光伏市场在2009年又有了15%的增长。表：光伏市场每年安装量（2000-2009）来源：EPIA二、全球太阳能光伏产业发展现状高达10GW的安装总量使得德国全球最大光伏市场的地位无可动摇，其中仅2009年就安装了3.8GW （注：其中绝大多数安装发生在下半年，第四季度达2.3GW，仅12月单月就达1.5GW。）即使是最近宣布削减FIT费率也是可以预期将使光伏行业在这个国家里能够长久持续的兴盛。2009年作为最具吸引力的市场之一取得了711MW的好成绩。新能源法案有望在2010年春季出台，将与意大利充沛的阳光日照一同强有力的推动市场。 （注：在1200MW补贴指标发放完毕后，意大利政府于7月9日做出了调整。）捷克共和国在2009年大幅增长到411MW，但却决定暂不出台稳定的支持方案，该市场可能在2011年显著缩水。得益于强有力的政治意愿，比利时以292MW的安装了跻身2009年前十大市场。但由于在2010年早些时候修订了财政支持办法，比利时市场预计将轻微减少。法国2009年安装了185MW，但尚有额外的100MW尚未并网，尽管潜力巨大，但这表明法国解决并网问题的重要性。而西班牙，在2008年经历了疯狂的增长后，政府限制与金融危机带来的经济衰退制约了市场发展，整个2009年安装量仅为69MW。最后，希腊，葡萄牙和英国都在一定程度上表现出了令人感兴趣的增长潜力。日本和美国将主导欧洲以外的市场 除欧洲以外，日本作为全球第三大市场以484MW的安装量显示了重要的增长潜力，这要得益于有力的政治支持。美国市场也终于步入轨道，2009年安装了475MW，将成为未来几年的主要市场。中国和印度也将在未来五年中发展成潜力可观的潜力市场。 （Shine认为对于中国的光伏发展可能有些保守，中国光伏市场从无到有，发展凶猛，虽然很可能在两年内都无法出台上网电价政策，但五年已经足够中国形成较为良好的光伏发展机制。因此中国市场很可能取代日本，与美国一道成为欧洲之外的光伏领导者。）加拿大和澳大利亚市场有了重大发展，并正为之不断调整相应政策，巴西、墨西哥、摩洛哥、台湾、泰国、南非和其它一些国家也被视为有希望的国家。三、中国太阳能光伏产业发展现状 目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。2009年中国太阳能电池产量为9300MW，占全球总产量的40%以上，已成为全球太阳能电池生产第一大国。 图 2006-2009年中国太阳能电池产量图 2009年中国太阳能光伏产业应用分类（按装机总量） 虽然目前中国太阳能光伏产业规模居全球第一，但产业链发展不协调，且产业整体技术薄弱。在整个太阳能光伏产业链技术壁垒最大的多晶硅的生产中，国外的主要厂商采用的是闭式改良西门子方法，而这在中国还是空白。中国的多晶硅生产企业使用的多为直接或者间接引进的俄罗斯的多晶硅的提纯技术，其成本高、耗能量，重复性建设严重，在整个国际竞争中处于劣势，这也是在2009年初中国出现多晶硅产能过剩的主要原因。 其次，目前中国国内的太阳能电池市场规模较小，国内生产的太阳能光伏电池的97%都出口到了海外市场。这种过度依赖出口的产业发展模式导致行业风险很大，易受国际需求量变化的影响。如在2008年的全球金融危机中，因西方国家消减了对光电产品的价格补贴，直接导致了中国许多光伏企业的倒闭。 目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的1118倍，因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴，政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。目前在政府的补贴力度上，以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。2008年，西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策，使其国内光伏产业出现了爆发式发展的态势，一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强。2009年德国光伏组件安装量高达3200MW，占全球总安装量的50.4%。中国太阳能光伏产业发展趋势分析 当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。2008年，中国开始启动屋顶和大型地面并网光伏发电示范项目的建设；2009年初完成了甘肃敦煌10MWp级大型荒漠并网光伏电站的招标工作；同时太阳能屋顶计划与金太阳示范工程的财政补贴项目也相续推出，这一系列的政策措施给中国未来的太阳能光伏产业提供了一个广阔的发展空间。 图 2010-2012年中国太阳能电池产量预测 虽然目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节成本的持续下降，以及其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。而针对目前中国光伏产业存在的问题，国内相关可研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。针对目前光伏发电成本高、国内产业对出口依存度过高的特点，中国应该加大政策指导和扶持力度，以此来发展和壮大太阳能光伏产业的国内市场。经验表明，中国政府的政策导向将在未来一段时间内决定着中国光伏产业的发展水准和市场需求。相信在节能减排、低碳经济的的大背景下，在中国政府的大力扶持和倡导下，中国的太阳能光伏产业定然会有着光彩夺目绚丽的明天。四、光伏的光明未来在经历了2010年初的几个月的强劲增长后，EPIA修订了预测：2010年光伏系统安装量将达到10.1GW至15.5GW之间，2014年全球年光伏安装量将达到30GW。当然，这些也需企业的决策者、管理者和政府能源部门给予足够的支持。虽然目前公布的全球光伏产能足以应付未来5年市场的发展。但我们仍然可以看到一些由于需求模式变化而产生的暂时性短缺。逆变器和多晶硅将在未来数月十分紧俏。4.1 光伏市场展望 尽管经历了金融危机，但2009年光伏市场仍然取得了15%的增长，总安装量提高了45%达到了22.9GW。（注：这里的45%提高指的是累计安装量，截止2008年全球安装总量为15.6GW，2009年为22.8GW）这主要取决于德国市场从1.8GW提高到3.8GW，几乎翻了一番，占全球52%。除了德国，其它国家也发展迅速，意大利安装了711MW，成为第二大市场。 欧洲以外的国家也同样发展迅速，日本安装了484MW，美国则安装了470MW，其中包括40MW的离网系统。捷克和比利时09年分别安装了411MW和292MW，但鉴于这些国家的规模和光伏发展过快，未来数年很可能无法保持这样的发展速度。 法国被认为是巨大的潜力市场，去年安装了285MW，其中185MW已经并网。加拿大和澳大利亚新兴而韩国则重复着08年的数字。 欧洲南部的葡萄牙和希腊，是两个前景非常看好的市场，但目前推迟了市场进展，以等待一个更有利的环境。而西班牙则由于金融危机影响和政策干预从08年的2.6GW下降到只有69MW。发展中国家中，中国09年安装了160MW，印度则有约30MW的安装量。EPIA认为这些市场的前景广阔，但仍需进一步观察。 欧盟国家09年总安装量达5.6GW，占全球安装总量的78%，其中德国占据了欧盟份额的68%。09年一个重大变化是出现了欧洲以外的新兴市场，加拿大和澳大利亚开始发展，日本和美国也同时显示了巨大潜力，将成为未来数年市场的增长点。表：2009全球和欧洲光伏安装量（单位：MW）来源：EPIA4.2 2014年市场预测 在EPIA的“目标2020”预测中，到2020年欧盟12%的电力由光伏供应。在当前阶段，光伏市场的发展很大程度依赖于相关国家制定的支持机制。颁布、更改或削弱都会对光伏市场和产业造成深远影响。在2010年3月，EPIA完成了一个广泛的数据调查，调查样本覆盖光伏企业、电力公司、国家协会和能源机构。基于交叉核对和补充性的市场整体分析，EPIA得出两种未来发展情景。温和局面：这个是基于假设不出现或更改任何重大的支持机制，但将合理的FIT和系统价格调整计算在内。政策驱动局面：这种情况下，伴随着强烈的政治意愿，政府考虑到光伏作为未来主要能源而给予支持。EPIA预计后续行动或引进的支持机制，比如上网电价。这必须是打通必要的行政障碍和简化电网的连接程序。 这两种情况的分析是建立在对一个国家的物质基础、光伏发展历史、现有支持政策和相应发展预期、地方行政程序、和国家可再生能源的目标和光伏行业的潜力等基础上的。表四：温和和政策驱动局面预测 来源：EPIA 在温和的局面。欧洲市场可能在2010年上升到8,2GW，然后在2011年返回到不足6GW，到2014年8GW。我们相信，德国市场不会再有2010年这么高的安装量，2011年，欧洲市场规模将减少。在政策驱动的局面下，欧洲2010年最多可以安装11.5GW，在2011年和2012年放缓后，到2014年提升到13.5GW。 在温和的局面下，对于2010年，EPIA预计市场达到10.1GW；在政策激励的局面下2010年安装了可达15.5GW，比我们之前分别估计的8.2GW和12.7GW要高。而温和局面下的2014年年安装量可能为13.7GW，政策驱动却预计能达到30GW。区域分布表5：世界光伏安装区域分布（在政策驱动的情况下）来源：EPIA表：世界光伏2014年安装详细预测（政策推动下）来源：EPIA（注：实际上表格里面也包括了温和局面的预测）。4.3 欧洲市场7：欧洲光伏发展预测（政策推动）比利时 2009年比利时市场的强劲增长远高于预期，292MW的安装量使其在全球排名第六位。比利时应被视为至少有两个市场，因为两个地区有不同的奖励办法：得益于精心设计的绿色证书计划（以实际工程施行FIT），加上额外绿电自我消费退税，弗兰德（Flemish）区在2009年达到251MW。而布鲁塞尔（Brussels）和瓦隆（Walloon）市场安装了3MW 和38MW，这两个地区发展10kW以下的家用项目。 比利时市场的打开主要源于弗兰德的复杂但慷慨的绿色证书计划。但在这种情况下，证书在交易所的价格有变，市场中也存在最低和最高价格的限制，因此EPIA预计比利时的市场发展会趋于缓慢，2014年达到240MW-280MW之间的安装。2010年将降到140MW-200MW之间。表8：比利时市场发展历史和前景预测（至2014年） 来源：EPIA保加利亚 加利亚日照强度高，强有力的FIT额度使得GW级电站成为可能，保加利亚的光伏发展障碍是令人沮丧的行政效率和复杂的电网连接计划。2009年保加利亚安装量小于7MW。如果采取适当措施，简化行政程序和电网连接步骤，有望在2014年达到100MW-250MW。表9：保加利亚历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA捷克 慷慨的信托基金和简单的行政程序的完美结合使得光伏在捷克蓬勃发展。2009年安装量达411MW。由于去年光伏成本下滑导致的市场热潮，2011年几乎没有持续下去的可能。EPIA预计如果没有措施有效将市场减缓到理性程度的话，2010年捷克市场最多可达1GW。2010年初，一些本地相关利益者试图减缓光伏发展速度以避免损害未来的增长。如果政策制定者没有足够的力度，EPIA预计捷克市场最迟在2011年崩溃，直到2014年以前年安装量都低于175MW。但是，我们同样要看到，如果有良好的政治支持，捷克市场有可能在未来几年维持稳定的水平。表10：捷克历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA法国凭借精心制定的针对BIPV的FIT，法国光伏市场的主导是光伏住宅和商业光伏一体化建筑。2010年1月法国调整了政策，对补贴条件有所提高，规定了BIPV的最高关税额度以避免滥用。地面系统方面，法国引入了修正办法，根据不同纬度，光照较差的北部地区可获得额外的20%补贴。为了控制光伏投资回报率在一个合理的范围内，EPIA建议法国多做观察，避免由于投机造成的市场过热和紧贴随着时间发展不断下降的光伏成本曲线。2009年，法国安装了285MW，但冗长的行政程序使得只有185MW得以并网。这种情况持续了至少2年。现在可以把市场平稳着陆的期望寄托在法国身上，如果行政程序能够简化，2010年法国市场预期为500MW-700MW。在温和的局面下，法国2014年可达到660MW的年安装量。在政策驱动的情况下，加上一系列的行政简化，市场可能会增加到1.3GW，同时并网发电。届时法国将成为领先的光伏应用大国。同时，法国对于BIPV的鼓励和严格要求（注：如建筑物美观可获得更多补贴），很可能会发展出新的应用模式和相应产品。表11：法国历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA德国在竞争对手西班牙2009年一蹶不振之后，德国恢复了世界最大的光伏市场的称号。成熟的FIT计划，良好的融资机遇，经验丰富的大型企业及公众良好的光伏应用意识，促成了这一成功。2008年德国市场1.8GW，2009年3.806GW，其中尤以2009年的最后一个月为最。作为欧洲也是全球的光伏优秀模式，德国的FIT仍然计划支持行业和市场的可持续发展。2010年7月德国将投票修订EEG法案，计划进一步促进家庭光伏应用的可持续部署。（注：变动放弃了耕地农场设施，增加了对小型和中等规模屋顶设施的自用消费奖励的吸引力。实施追溯至7月1日生效，屋顶系统和移除耕地农场设施的补贴额将减少13%。同时，转换地区补贴额将减少8%而所有其他地区将减少12%。10月1日开始，补贴额将进一步再次减少3%。尽管如此，新的补贴额仍然十分吸引人，7月1日和10月1日期间的安装补贴额预期为25.02-34.05 EURc/kWh，而今年10月1日后的余下期间为24.26-33.03 EURc/kWh。新修订案达到了联邦2.5-3.5 GWp 的年度目标装机容量的两倍多。）此外，德国提出了“Corridor”的概念，每年减少相应的FIT额度以控制市场的增长。根据最新资料显示，德国光伏市场在2010年可高达5GW-7GW。（注：仅上半年，德国安装量就已超过3GW。）2011年起年安装量回落到3GW-4GW。如果保持目前的鼓励政策按照适当的FIT下调和成本下降，2014年德国安装量将达到5GW的规模。此外这种平衡可能使得占用农业土地的电站在几年内停止，光伏系统逐步转变为支持家庭和商业建筑。德国光伏界一直在进行激烈的辩论：FIT的降低可能危害德国光伏产业，市场转移到欧洲以外的低成本制造商（注：这里的“低成本制造商”应该主要是指中国，其次美国，菲律宾等）破坏了成千上万的就业机会。但是，EPIA认为，1亿欧元的经费用于光伏研究是德国正确的一步，可以在未来数年内确保欧洲光伏产业的竞争力。表12：德国历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA希腊 希腊的光照在欧洲首屈一指，最适宜FIT政策的实施。随着总量超过3.5GW的计划制定，希腊政府原计划扮演光伏领导者的角色。但施政缓慢和政府官员监管不力使得项目开发者不知所措，这也能解释为什么2008至2009年希腊都没有什么项目实施。希腊很可能由于经济危机主导，结合上述障碍，再次推迟市场拓展。EPIA预测希腊2010年安装量达到100MW，2009年的数字是36MW。而2014年的波动比较大，在200MW至600MW之间。表13：希腊历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA意大利意大利提供了非常有吸引力的支持政策：混合了净计量和FIT。（注：“净计量”电表，从字面上理解，也就是电表可以反方向转动。根据“净计量”政策， 电力公司向消费者支付为电网供电的费用。在阳光充足、家中无人且空调没有开启的情况下，屋主可以将富余的电量反输给电网，电力公司会按比例为屋主免除一部分电费。“净计量”政策使电力公司也能从中获益，因为理论上在用电高峰时，这一政策可以让电力公司向成千上万的屋主收购太阳能电力，而无需额外投入建设更多调峰电厂。但单独的用这种政策，只在电价较高的国家比较适用。）这意味着业主可以将多余的电力输送进电站，为业主获取超额价值的信用电力（时间不限）。这项措施被认为是对住宅、公用和商业部门具有相当的吸引力。除电力本身的价值外，业主还获得该系统总发电的补贴。根据意大利的新Conto Energia法案，EPIA预期意大利市场仍将持续增长，在2010年达到GW级，未来市场则取决于是否能够精简并且统一行政程序。同时由于高电价，在高峰负荷时，2011年底或2012年意大利南部地区可能达到平价上网。2009年意大利安装量为711MW，位居全球和欧洲第二位，并可能在2010年继续保持，成为当年第二个超过GW的市场，有望达到1.5GW，甚至2GW。如果在政策驱动的局面下，意大利市场可能在2014年增长到2GW。BIPV方面的高额补贴也将支持屋顶安装和应用系统的发展和创新。表14：意大利历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA葡萄牙 尽管光照时长，但葡萄牙的光伏应用仍然只是集中于一些企业大型电站和小型发电装置。如果葡萄牙设置一个适当的支持计划，2014年有望达到250MW。表15：葡萄牙历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA西班牙作为2008年光伏业的领导者，从2.6GW下滑到2009年的69MW。西班牙的问题可以归结为复杂的行政程序和对于问题的延误时机。由于经济危机的影响和补贴下调，迫使许多开发商延期已经批准的项目出现资金问题。2009年西班牙市场仍然集中在大型地面电站上。在温和局面下，西班牙在2014年年安装量将达到700MW，政策驱动下，可达到1GW。EPIA预计2010年西班牙安装量可能达到600MW，其中很多是2009年未完成的项目。产能过剩与经济放缓都制约了西班牙在未来几年的光伏发展。（注：西班牙的最新能源计划是“减少45%的太阳能在农场上电力补贴，25%的办公工厂的大型电池板补贴，5%的家庭太阳能用电补贴，包括已建成的项目，将对600多座电站造成影响。）表16：西班牙历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA英国 2010年英国介绍的新FIT办法将推动光伏业在该国的发展。英国南部的阳光充足，可以比较比利时或德国北部的条件。预计2010年市场20MW至40MW并于2014年达到250MW。而在可能出现的强有力的政治支持下，我们有望看到500MW的年安装量。表17：英国历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA4.4 其它世界领军市场日本 日本2009年安装484MW，重启的屋顶项目和地方当局及企业的支持是其成功的原因。2010年日本能在2010年通过政策推动达到GW级规模，并在2012年趋于稳定。日本已经制定了2020年28GW和2030年53GW总安装量的目标。日本的光伏已经广泛的应用在建筑上，同时大型电站开始成为较为成熟的住宅市场的一个补充。2014年，日本在温和局面下可达1.2GW，政策驱动下可以达到2.4GW，是前者的两倍。表18：日本历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA美国 随着大型地面项目计划的制定，美国已经顶级市场。2009年477MW的安装量，其中包括40MW离网系统。2010年美国安装量可达600，并有可能冲刺1GW。2014年，在温和的局面下美国年安装量预测为3GW，政策推动下可达6GW。这两种差异源于市场的反应以及结合不同的州对这此的支持力度。得益于加州在2009年的领导和奥巴马在可再生能源方面的坚定承诺，美国在2010年就有可能成为GW级的应用市场。表19：美国历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA4.5 新兴市场中国 作为最主要的光伏制造商，中国在世界光伏市场中几乎完全缺席。但是，随着总数达12GW的项目开始筹备，中国将有望迅速成为亚洲和世界的主要市场。高日照时长和电力需求激增，使得中国光伏潜力巨大，但如何发展主要取决于政府决定。根据中国2009年能源计划，2020年光伏发电至少达到20GW，但实施细节和路线一直含糊不清，同时FIT仍未公布。2009年中国安装量约为160MW，2010年有可能在政策推动下达到600MW，而2014年可能介于600MW和2.5GW之间。（注：本刊对于12GW的说法不认同，其中存在大量的不具有法律效力和实际操作能力的所谓意向书，地方政府的好大喜功也误导了欧洲人。同时今年组件销售火爆，国内安装热情不高，因此虽然8月10日280MW开标，但总数仍有可能达不到600MW。）表20：中国历年光伏安装量及前景预测（截止2014年） 来源：EPIA印度 印度是一个特殊的角色。不断增加的电力需求和高日照时长，明确了印度光伏业的巨大潜力。在政府确定的2022年20GW的目标中，很多人认为印度可能会在未来几年就呈现繁荣态势。2009年印度安装了30MW，如果出现有力的政策推动，可能增长到1.5GW。2010年的印度市场明显依赖政治的选择，大约在50MW至300MW之间。五、光伏企业排名5.1中国光伏企业排名：无锡尚德江西赛维LDK保定天威英利晶澳太阳能浙江昱辉江苏林洋常州天合阿特斯光伏南京中电光伏5.2国际光伏企业排名：德国Q-Cells美国First Solar无锡尚德日本夏普日本京瓷天威英利晶澳 第二章 光伏发电系统一、光伏发电系统分类及应用1.1 光伏系统分类首先介绍两个概念：PV，即photovoltaic的缩写，光伏发电的意思；Wp，峰值瓦数，在PV领域中指太阳能电池、组件或PV系统所能达到的峰值发电功率。半导体在太阳光照射下产生电位差的现象被称为光伏效应，太阳能光伏发电系统就是利用太阳能电池中半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射直接转换为电能的一种发电系统。太阳能光伏发电应用系统分为三类：直流负载独立系统、交流负载独立系统和并网系统。 直流负载独立系统 交流负载独立系统并网系统三类系统特点对比表直流负载独立系统交流负载独立系统并网系统工作方式白天充电，晚上放电白天充电并供电，晚上蓄电池供电白天供电，晚上不供电优点能量损失少，易设计成本低于架设输电设备最佳效能且发电效率高；系统无需维护，且易设计；可解决高峰电力不足的困扰缺点需维护和更换蓄电池需维护和更换蓄电池，能量损失高，不易设计市电断电时无法使用适用范围玩具、路灯、收音机、手电筒等市电无法到达的偏远地区市电可到达的地点太阳能光伏系统的寿命：蓄电池的寿命约23年；控制器的寿命约10年；太阳能电池的寿命约20年。1.2 光伏系统的应用光伏系统的应用领域十分广泛，归纳如下：l 用户型太阳能电源： 小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电； 3-5KW家庭屋顶并网发电系统； 光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。l 交通领域：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。l 通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS等。l 石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。l 家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。l 光伏电站：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。l 太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。 l 其他领域： 与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等； 太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统； 海水淡化设备供电； 卫星、航天器、空间太阳能电站等1.3光伏系统中逆变器的应用要求 目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如、等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。 光伏发电系统对逆变电源的要求 环球光伏网， 采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变器是关键部件。光伏发电系统对逆变器要求较高： 要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。 要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如蓄电池，其端电压可在之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。 在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。 1.4 光伏并网、离网系统原理图二、逆变器在太阳能光伏发电系统中具有举足轻重的作用新兴市场的崛起，往往意味着新机会的诞生。太阳能光伏作为一种新能源能源，为电池制造、电源转换等相关企业提供了发挥的新舞台。由于光伏发电系统产生的电流为直流电，但民用电力以交流供电为主，而且太阳能发电最终将走向并网运行，这就意味着太阳能发电必须通过逆变器将直流电转换为交流电来驱动家用电器等负载。因此，逆变器在太阳能发电系统中具有举足轻重的作用。 本文来自环球光伏网逆变器的主要功能是将电源的可变直流电压输入转变为无干扰的交流正弦波输出，既可供设备使用，也可反馈给电网。除了实现交直流的转换之外，逆变器还能执行其它功能，如将电路断开，避免电路因电流突波而损坏，此外还能为电池充电、对数据的使用和性能进行存储，以及跟踪最大功率点(MPPT)等，以尽可能提高发电的效率。 copyright 环球光伏网 尽管近年来太阳能电池制造企业一直致力于提高太阳能电池的光电转换效率，但是就2010年2月太阳能电池的最高光电转换效率来看，15cm15cm厚200m的太阳能电池也只能实现19.3%的转换效率。由于太阳能面板的光电转换效率相对低(平均约在15%左右)，所以，从太阳能面板尽可能多获得输出功率的重任就落在了逆变器身上。 内容来自环球光伏网 太阳能逆变器性能提高更依赖于功率开关器件,想获得高效的交流输出电压和电流，就需要正确选择功率器件。中国目前主要发展的是中大功率太阳能发电系统，金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法规定，单个项目装机容量不低于300kWp。随着单机功率增大，太阳能逆变器受技术和器件限制，电路形式就比较单一，主要还是三相逆变桥，提高能源效率的重任就落在了功率器件上，其器件本身的性能和设计使用是关键。 copyright 环球光伏网 在中小功率的太阳能逆变器中不少公司拥有自己的专利电路结构，新一代功率器件使得这些电路如虎添翼，效率、可靠性等各方面性能都有了很大提高。英飞凌为太阳能应用开发了一系列产品，如大功率三电平模块Easy和Econo4系列，产品范围50A300A650V；高速IGBT和碳化硅二极管PrimePACK模块，规格为600A1200V。这些功率器件有助于推动100KW以上的太阳能逆变器效率达到一个更高的水平。此外，英飞凌的构槽栅场终止技术FieldStopIGBT、CoolMOS、碳化硅二极管SiC在高能效的太阳能逆变器也有出色的表现。 copyright 环球光伏网 IR也是太阳能技术的先驱。AlbertoGuerra介绍，早在60年代初期，IR生产的太阳能电池片便用于首个卫星之上，甚至用来驱动首辆太阳能电动汽车。时至今日，IR为太阳能业界提供多元化的功率管理产品，特别是家用、商用及公用业务级别应用的串式逆变器。IRMOSFET及IGBT技术发挥了先进的效能，可用于不同的太阳能逆变器拓朴，如单相和三相的设计，帮助系统减低功率耗散。IR的IGBT产品能够全面照顾以上各种朴拓的性能要求，功率范围覆盖5KW至30KW及以上，电压范围在600V至1200V。 本文来自环球光伏网 对于熟悉功率管理的工程师而言，设计太阳能发电系统的逆变器有什么要点需要额外注意？首先，就现有光伏系统逆变器的使用情况来看，它们一般只能使用5到10年，而光伏电池板的使用寿命长达25年，逆变器成为光伏系统中可靠性最低的组件。 IR的AlbertoGuerra提出，设计师必须考虑光伏系统逆变器的使用寿命。太阳能逆变技术业界对于产品寿命有很高的期望，一般都能保证20至25年的使用期，因此特别着重每种元件的可靠性。尽管半导体元件通常都达到这种可靠性水平，但对于无源元件来说却有可能是一个挑战，特别是电容器。AlbertoGuerra进一步指出克服该挑战的解决之道为采用电路拓朴解决方案(软开关相对于硬开关)，在一定程度上可以减少这些元件所承受的应力，满足太阳能业界相对于传统功率管理应用的特别需要。他还特别提示设计者选择器件时需要特别注意半导体特性，包括电压范围或开关速度。其次，太阳能发电受制于建设成本高而发展迟滞，从经济帐上来看总发电成本也并不环保。效率是最重要的指标，提高太阳能逆变器的效率可以节约电流转换中所损失的能量，进而降低太阳能发电的生产成本。提高效率，器件的设计使用也是非常关键。如何发挥IGBT模块的优势与系统设计工程师设计也密切相关，例如设计中应努力减小功率电路的寄生电感，把IGBT驱动得稳定一些、更快一些，这都直接影响着系统效率。为此，英飞凌为风力发电和太阳能提供功率单元的整体设计方案，如PrimeStack和MODStack产品，可用于几十千瓦到8兆瓦的逆变器。 目前，逆变器效率可以达到97.2%左右，继续提高的效率空间也极其有限。一些公司尝试以其他方式改善太阳能发电的效率，其中以TI推出的“微逆变器”和NS的“电源优化器”最具代表。 环球光伏网，传统逆变器与多个太阳能电池模块串联的结构，存在因日照不均、电池性能不均等原因导致输出效率下降的弊端，进而导致整体的输出功率大幅降低的问题。为了解决这一问题，出现了各个太阳能电池模块配备逆变器及转换器功能的新架构，即“微型逆变器”及“微型转换器”。美国德州仪器(TI)负责太阳能电池相关业务的DaveFreeman指出，这样可以通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率最大化。 本文来自环球光伏网 此外，与通信功能组合的话，还可用于监视各个模块的状态，检测出出现故障的模块。简而言之，微型逆变器是在各个模块上全部配备上现有的逆变器功能。也就是说，从输出功率的优化到DC-AC转换均由模块来进行。从模块输出的功率为交流，可直接并入电网。IR也拥有满足微逆变器和直流-直流解决方案需求的特殊产品，这些设备正代表着一种足以影响大阳能逆变器的破坏性技术。 和一般电子设备的使用环境相比，太阳能光伏系统所在环境要恶劣得多。一般面板安装在野外，局部的阴影、不同的倾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、细小的裂缝以及不同光电板的不同温度等容易造成系统失配，若光电板之间的电压及电流失配，整个太阳能系统便会出现失配问题。此外，太阳能系统的使用时间越长，其发电量便越少，令投资回报大幅下跌。 环球光伏网，传统的太阳能系统有其结构性的缺陷，以致系统性能无法得到充分发挥，而且系统的使用时间越长，效率便越低，这些缺点限制了太阳能系统的市场发展，令太阳能系统无法普及起来。”美国国家半导体亚太区核心市场业务发展总监张耀强一针见血地指出，太阳能系统面对的最大挑战是优化逆变器性能。三、太阳能逆变器、功能与详细分类内容来自环球光伏网在光伏电站中，逆变器的作用在于将光伏电池产生的直流电转化成交流电，从而用于民用和生产，在光伏电池本身效率并不高的情况下，逆变器的能源转化效率决定了光伏发电系统的能转换效率和投资回报率。逆变器简单原理图3.1 逆变器的功能太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成； 太阳能直流发电系统则不包括逆变器。逆变器是一种电源转换装置，逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。有了逆变器，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电。 3.2 逆变器的类型 copyright 环球光伏网按应用范围分类： copyright 环球光伏网（1）普通型逆变器 直流12V或24V输入，交流220V、50Hz输出，功率从75W到5000W,有些型号具有交、直流转换即UPS功能。 （2）逆变/充电一体机在此类逆变器中，用户可以使用各种形式的电源为交流负载供电：有交流电时，通过逆变器使用交流电为负载供电，或为蓄电池充电；无交流电时，用蓄电池为交流负载供电。它可与各种电源结合使用：如蓄电池、发电机、 太阳能 电池板和风力发电机等。 （3）邮电通信专用逆变器 copyright 环球光伏网 为邮电、通信提供高品质的48V逆变器，其产品质量好、可靠性高、模块式（模块为1KW）逆变器，并具有N+1冗余功能、可扩充（功率从2KW到20KW）。 环球光伏网，（4）航空、军队专用逆变器 此类逆变器为28Vdc输入，可提供下列交流输出：26Vac、115Vac、230Vac，其输出频率可为：50Hz、60Hz及400Hz,输出功率从30VA到3500VA不等。还有供航空专用的DC-DC转换器及变频器。 按输出波形分类： （1）方波逆变器 方波逆变器输出的交流电压波形为方波。此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同，但共同的特点是线路比较简单，使用的功率开关管数量很少。设计功率一般在百瓦至千瓦之间。方波逆变器的优点是：线路简单、价格便宜、维修方便。缺点是由于方波电压中含有大量高次谐波，在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗，对收音机和某些通讯设备有干扰。此外，这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点。 （2）阶梯波逆变器 此类逆变器输出的交流电压波形为阶梯波，逆变器实现阶梯波输出也有多种不同线路，输出波形的阶梯数目差别很大。阶梯波逆变器的优点是，输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波。当采用无变压器输出时，整机效率很高。缺点是，阶梯波叠加线路使用的功率开关管较多，其中有些线路形式还要求有多组直流电源输入。这给太阳电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦。此外，阶梯波电压对收音机和某些通讯设备仍有一些高频干扰。 环球光伏网， （3）正弦波逆变器 正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波。正弦波逆变器的优点是，输出波形好，失真度很低，对收音机及通讯设备干扰小，噪声低。此外，保护功能齐全，整机效率高。缺点是：线路相对复杂，对维修技术要求高，价格较贵。 上述三种类型逆变器的分类，有利于光伏系统和风力发电系统设计人员和用户对逆变器进行识别和选型。实际上，波形相同的逆变器在线路原理，使用器件及控制方法等等方面仍有很大区别。3.3 并网逆变器发展趋势随着国内外太阳能并网发电的应用越来越多，应用领域越来越广泛，市场上对并网光伏逆变器的需求也越来越多。电力变流技术的进步、应用领域的扩大，市场上对并网逆变器技术的要求也越来越高，在并网应用上客户的基本要求如下：1、并网的安全性要好2、并网的稳定性、可靠性要高3、并网的发电能力要强4、并网的故障损失要小5、并网的成本要低 国外并网光伏系统市场的大规模兴起，小到家用几百瓦电站大到数十万千瓦级电站的建设使用已较为普遍；在并网发电量、成本控制、安全可靠性等方面国外已积累了较为丰富的经验，并建立了详实可靠的并网发电数据库。 根据国外客户的反馈意见及市场趋势，在2007年以后国外并网光伏发电系统中逆变器的选型安装越来越倾向于小型化、智能化、模块化等方向发展，小型光伏并网逆变器的使用已