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戶用儲能逆變器深度解讀及相關(guān)企業(yè)布局！

發(fā)布時間:2022-12-13 14:12:51| 瀏覽次數(shù)：

戶用儲能逆變器深度解讀及相關(guān)企業(yè)布局！

一、儲能逆變器種類

1.技術(shù)路線：有直流耦合和交流耦合兩大路線

光儲系統(tǒng)，包括太陽能組件、控制器、逆變器、蓄電池、負(fù)載等設(shè)備。

目前主要有直流耦合和交流耦合兩種技術(shù)路線，交流或直流耦合是指太陽能電池板耦合或連接到儲能或電池系統(tǒng)的方式。太陽能組件和電池之間的連接類型可以是交流電或直流電。

大多數(shù)電子電路使用直流電，太陽能組件產(chǎn)生直流電，電池儲存直流電，然而大多數(shù)電器都在交流電上運(yùn)行。

光儲系統(tǒng)

1）混合型光伏+儲能系統(tǒng)，即光伏組件發(fā)出來的直流電，通過控制器，存儲到蓄電池組中，電網(wǎng)也可以通過雙向DC-AC變流器向蓄電池充電。能量的匯集點(diǎn)是在直流蓄電池端。

白天光伏發(fā)電首先供給負(fù)載，其次通過MPPT控制器來給蓄電池充電，儲能系統(tǒng)連接在電網(wǎng)上，多余的電量可以并網(wǎng)；晚上電池放電供給負(fù)載，不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充；電網(wǎng)停電時，光伏發(fā)電和鋰電池僅供電給離網(wǎng)負(fù)載，并網(wǎng)端負(fù)載無法使用。

當(dāng)負(fù)載功率大于光伏發(fā)電功率時，電網(wǎng)和光伏可以同時向負(fù)載供電。因為光伏發(fā)電和負(fù)載用電都不是穩(wěn)定的，要依賴蓄電池平衡系統(tǒng)能量。另外，該系統(tǒng)也支持用戶自行設(shè)置充電及放電時間來滿足用戶用電需求。

直流耦合系統(tǒng)工作原理

混合型光伏+儲能系統(tǒng)

混合逆變器簡化了能源監(jiān)控，可以通過逆變器面板或連接的智能設(shè)備檢查性能和能源生產(chǎn)等重要數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)有兩個逆變器，則必須分別監(jiān)控它們。DC 耦合降低了 AC-DC 轉(zhuǎn)換的損耗。電池充電效率約為 95-99%，而交流耦合則為 90%。混合逆變器集成了離并網(wǎng)功能，提高了充電效率。并網(wǎng)逆變器出于安全考慮，會在停電期間自動關(guān)閉太陽能電池板系統(tǒng)的電源。而混合逆變器能讓用戶同時擁有離網(wǎng)和并網(wǎng)功能，因此即使在停電期間也可以使用電力。

混合逆變器經(jīng)濟(jì)、緊湊、安裝簡單。安裝帶有直流耦合電池的新混合逆變器可能比將交流耦合電池改裝到現(xiàn)有系統(tǒng)更便宜，因為控制器比并網(wǎng)逆變器要便宜一些，切換開關(guān)比配電柜也要便宜一些，直流耦合方案還可以做成控制逆變一體機(jī)，設(shè)備成本和安裝成本都可以節(jié)省。尤其是對中小功率的離網(wǎng)系統(tǒng)來說，直流耦合系統(tǒng)極具成本效益。混逆模塊化程度高，新增組件和控制器很簡便，可以使用成本相對較低的直流太陽能控制器輕松添加額外的組件。且混合逆變器旨在隨時集成存儲，可以更輕松地添加電池組。混逆系統(tǒng)較為緊湊，使用高壓電池，電纜尺寸更小，損耗更低。

直流耦合系統(tǒng)構(gòu)成

交流耦合系統(tǒng)構(gòu)成

但是，混逆不適合升級現(xiàn)有太陽能系統(tǒng)，且功率較大的系統(tǒng)安裝復(fù)雜價格較貴。如果用戶想升級現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)以包括電池存儲，選擇混合逆變器可能會使情況復(fù)雜化，而電池逆變器可能更具成本效益，因為選擇安裝混合逆變器需要對整個太陽能電池板系統(tǒng)進(jìn)行全面且昂貴的返工。

功率較大的系統(tǒng)安裝較復(fù)雜，且由于需要更多的高電壓控制器會較貴。如果白天用電多，由于DC（PV）to DC（batt）to AC，效率會有輕微下降。

2）耦合型光伏+儲能系統(tǒng)，又稱交流改造型光伏+儲能系統(tǒng)，可實現(xiàn)光伏組件發(fā)出來的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后，再經(jīng)過交流耦合型儲能逆變器將多余電量轉(zhuǎn)換成直流電儲存在電池中，能量的匯集點(diǎn)是在交流端。

包含光伏供電系統(tǒng)和蓄電池供電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)由光伏陣列和并網(wǎng)逆變器組成，蓄電池系統(tǒng)由蓄電池組和雙向逆變器組成。這兩個系統(tǒng)既可以獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，也可以脫離大電網(wǎng)組成一個微網(wǎng)系統(tǒng)。

交流耦合系統(tǒng)工作原理

耦合型家庭光伏+儲能系統(tǒng)

交流耦合系統(tǒng)與電網(wǎng)100%兼容，安裝簡便，容易拓展。標(biāo)準(zhǔn)的家用安裝組件都可以使用，即使是相對較大的系統(tǒng)（2KW到MW級）也容易拓展，可與并網(wǎng)和獨(dú)立發(fā)電機(jī)組（柴油機(jī)組、風(fēng)力渦輪機(jī)等）組合使用。

大多數(shù) 3kW 以上的組串式太陽能逆變器都具有雙 MPPT 輸入，因此可以以不同的方向和傾斜角度安裝長串面板。在更高的直流電壓下，與需要多個MPPT充電控制器的直流耦合系統(tǒng)相比，交流耦合安裝大系統(tǒng)更容易，復(fù)雜度更低，因此成本更低。

交流耦合適合系統(tǒng)改造，白天使用交流負(fù)載效率更高。可將已有的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)改造為儲能系統(tǒng)，投入成本低。電網(wǎng)停電時可以給用戶提供安全的電力保障。可兼容不同廠家的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。

先進(jìn)的交流耦合系統(tǒng)通常用于更大規(guī)模的離網(wǎng)系統(tǒng)，并使用組串式太陽能逆變器與先進(jìn)的多模式逆變器或逆變器/充電器相結(jié)合來管理電池和電網(wǎng)/發(fā)電機(jī)。

盡管設(shè)置相對簡單且功能強(qiáng)大，但與直流耦合系統(tǒng) (98%) 相比，它們在為電池充電時的效率略低 (90-94%)。然而，這些系統(tǒng)在白天為高交流負(fù)載供電時效率更高，可達(dá)到97%以上，有些系統(tǒng)還可以通過多個太陽能逆變器進(jìn)行擴(kuò)展以形成微電網(wǎng)。

交流耦合充電效率更低，對小系統(tǒng)來說價格較貴。在交流耦合中進(jìn)入電池的能量必須轉(zhuǎn)換兩次，當(dāng)用戶開始使用該能量時，必須再次對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而為系統(tǒng)增加更多損耗。因此，當(dāng)使用電池系統(tǒng)時，交流耦合效率降至85-90%。對小系統(tǒng)來說交流耦合逆變器價格較貴。

離網(wǎng)型家庭光伏+儲能系統(tǒng)一般由光伏組件、鋰電池、離網(wǎng)儲能逆變器、負(fù)載和柴油發(fā)電機(jī)組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)光伏經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換直接給電池充電，也可以實現(xiàn)雙向的DC-AC轉(zhuǎn)換用于電池的充電和放電。

白天光伏發(fā)電首先供給負(fù)載，其次給電池充電；晚上電池放電供給負(fù)載，電池不足時，由柴發(fā)供給負(fù)載。可滿足無電網(wǎng)地區(qū)的日常用電需求。可與柴油發(fā)電機(jī)結(jié)合，使柴油發(fā)電機(jī)供給負(fù)載或者給電池充電。大部分離網(wǎng)儲能逆變器無并網(wǎng)認(rèn)證，即使系統(tǒng)有電網(wǎng)，也無法并網(wǎng)。

離網(wǎng)逆變器

離網(wǎng)型家庭光伏+儲能系統(tǒng)

2. 儲能逆變器的適用場景

儲能逆變器有三大作用，包括調(diào)峰、備用電源和獨(dú)立電源。

分區(qū)域來看，調(diào)峰是歐洲的需求，以德國為例，2019年德國電價已達(dá)2.3元/度，位居世界第一。近年來德國電價持續(xù)上漲， 2021年德國居民電價已達(dá)到34歐分/度，而光伏/光伏配儲LCOE僅為9.3/14.1歐分每度，較居民電價低73%/59%，居民電價與光伏配儲度電成本之間的差值還將持續(xù)拉大。

戶用光伏配儲系統(tǒng)可以降低用電成本，因此在高電價地區(qū)用戶有較強(qiáng)動力安裝戶儲。

2019年各國居民電價

德國度電價格水平（歐分/度）

調(diào)峰市場中，用戶多選擇混合逆變器和交流耦合電池系統(tǒng)，成本效益更高，且更易于制造。帶有重型變壓器的離網(wǎng)電池逆變器充電器更昂貴，混合逆變器和交流耦合電池系統(tǒng)使用帶有開關(guān)晶體管的無變壓器逆變器。這些緊湊的輕型逆變器具有較低的浪涌和峰值功率輸出額定值，但成本效益更高，更便宜且更易于制造。

備用電源是美國、日本需要的，獨(dú)立電源是剛需市場需求，包括南非等地區(qū)。根據(jù) EIA ，2020 年美國平均停電時間超過 8 小時，主要受美國居民居住分散、部分電網(wǎng)老化以及自然災(zāi)害的影響。

而戶用光伏配儲系統(tǒng)的應(yīng)用可以降低對于電網(wǎng)的依賴，增加用戶側(cè)的供電可靠性。美國光伏儲能系統(tǒng)較大，配備的電池較多，因為需要存儲電量應(yīng)對自然災(zāi)害。

獨(dú)立電源是剛需市場需求，南非、巴基斯坦、黎巴嫩、菲律賓、越南等國家在全球供應(yīng)鏈緊張的情況下，國家的基礎(chǔ)設(shè)施不足以支撐民眾用電，因此用戶要配備戶用光伏儲能系統(tǒng)。

美國人均停電時長（小時）

2022年6月南非開始六級限電，多地每天停電6小時

混合逆變器作備用電源有一定局限性。與專用離網(wǎng)電池逆變器相比，混逆存在一些局限性，主要是在停電時有限的浪涌或峰值功率輸出。此外，一些混合逆變器沒有備用電源能力或備用電源有限，因此在停電時只能備份照明和基本電源電路等小型或必要的負(fù)載，且許多系統(tǒng)在停電期間會有 3-5 秒的延遲。

而離網(wǎng)逆變器提供非常高的浪涌和峰值功率輸出，并且可以處理高電感負(fù)載。如果用戶計劃為水泵、壓縮機(jī)、洗衣機(jī)和電動工具等高浪涌設(shè)備供電，逆變器必須能夠處理高感應(yīng)浪涌負(fù)載。

混合逆變器輸出功率對比

二、直流耦合的混合逆變器

目前行業(yè)內(nèi)的光伏儲能系統(tǒng)較多采用直流耦合的方式實現(xiàn)光儲一體化設(shè)計，尤其是新增系統(tǒng)中，混合逆變器安裝簡便成本較低。

在新增系統(tǒng)時，使用光儲混合逆變器可減少設(shè)備成本和安裝成本，因為一個逆變器可實現(xiàn)控制逆變一體化。直流耦合系統(tǒng)中的控制器、切換開關(guān)比交流耦合系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器、配電柜價格更低，因此直流耦合方案比交流耦合方案的成本更低。

直流耦合系統(tǒng)中控制器、蓄電池和逆變器是串行的，連接比較緊密，靈活性較差，對新裝的系統(tǒng)來說，光伏、蓄電池、逆變器都根據(jù)用戶的負(fù)載功率和用電量來設(shè)計，因此更適合直流耦合的混逆。

直流耦合的混合逆變器產(chǎn)品是主流趨勢，國內(nèi)主要廠商均有布局。

除昱能外國內(nèi)主要逆變器廠商均布局了混合逆變器，其中上能電氣、固德威、錦浪也布局了交流耦合逆變器，產(chǎn)品形態(tài)完善。德業(yè)的混合逆變器在直流耦合的基礎(chǔ)上支持交流耦合，為用戶存量改造的需求提供了安裝的便捷性。

陽光電源、華為、上能電氣、固德威布局儲能電池，未來電池逆變器一體化可能成為趨勢。

國內(nèi)主要逆變器廠商布局

三相高壓產(chǎn)品為各公司發(fā)力點(diǎn)，德業(yè)專注于低壓產(chǎn)品市場。目前大部分混逆產(chǎn)品在10KW以內(nèi)，6KW以下的產(chǎn)品多為單相低壓產(chǎn)品，5-10KW產(chǎn)品多為三相高壓產(chǎn)品。德業(yè)開發(fā)多款大功率低壓產(chǎn)品，今年推出的低壓15KW產(chǎn)品已開始銷售。

國內(nèi)逆變器廠商混合逆變器產(chǎn)品

國內(nèi)逆變器廠商新產(chǎn)品最大轉(zhuǎn)換效率均達(dá)到98%左右，并離網(wǎng)切換時間普遍低于20ms。錦浪、陽光電源、華為產(chǎn)品最大轉(zhuǎn)換效率均達(dá)到了98.4%，固德威最大轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了98.2%。禾邁、德業(yè)最大轉(zhuǎn)換效率略低于98%，但德業(yè)并離網(wǎng)切換時間僅為4ms，遠(yuǎn)低于同行的10-20ms。

各公司混合逆變器最大轉(zhuǎn)換效率比較

各公司混合逆變器切換時間對比（ms）

國內(nèi)逆變器廠商主要產(chǎn)品更多是針對歐洲、美國、澳洲三大市場。歐洲市場中，德國、奧地利、瑞士、瑞典、荷蘭等傳統(tǒng)光伏核心市場主要是三相市場，更青睞功率較大的產(chǎn)品，傳統(tǒng)有優(yōu)勢的廠商是陽光和固德威，錦浪加速追趕，憑借價格優(yōu)勢和推出15KW以上高功率產(chǎn)品受到用戶青睞。

意大利、西班牙等南歐國家主要需要單相低壓產(chǎn)品，固德威、錦浪和首航去年在意大利表現(xiàn)很好，各占約30%市場。而捷克、波蘭、羅馬尼亞、立陶宛等東歐國家主要需求為三相產(chǎn)品，但是價格接受度較低，因此首航以低價優(yōu)勢在此市場表現(xiàn)優(yōu)秀。今年二季度德業(yè)開始向美國出貨15KW新產(chǎn)品，美國儲能系統(tǒng)較大，偏好更高功率的產(chǎn)品。

國內(nèi)逆變器廠商混合逆變器產(chǎn)品針對市場

電池逆變器分體式更受安裝商歡迎，但電池逆變器一體機(jī)是未來發(fā)展趨勢。光儲混合逆變器又分為單獨(dú)售賣混合逆變器和將逆變器和電池一起售賣的電池儲能系統(tǒng)（BESS）。

目前在經(jīng)銷商掌握渠道的情況下，各家直接客戶比較集中，電芯、逆變器分體的產(chǎn)品更受歡迎，尤其是德國以外的地區(qū)，主要是安裝便捷易擴(kuò)容，且便于降低采購成本，電池或逆變器有一家供不上可以找二供，交付更有保障。德國、美國、日本趨勢則是一體機(jī)。

一體機(jī)可以省掉很多售后的麻煩，且有認(rèn)證的因素，如美國的消防系統(tǒng)認(rèn)證需要跟逆變器掛鉤。目前技術(shù)趨勢在往一體機(jī)走，但從市場銷售上分體式在安裝商那里接受程度更高一點(diǎn)。

國內(nèi)大部分廠商開始布局電池逆變器一體機(jī)。

首航新能、古瑞瓦特、科華等廠家都選擇了這種模式，首航新能2021年儲能電池銷量達(dá)3.51萬pcs，較20年增長了25倍；古瑞瓦特2021年儲能電池銷量為5.3萬套，較20年增長了5倍。

艾羅儲能逆變器品質(zhì)優(yōu)秀，拉動電池銷量持續(xù)增長，2021年艾羅電池出貨196.99MWh，營收3.83億元，超過儲能逆變器營收一倍。客戶對做電池的逆變器廠家認(rèn)可度高，因為和逆變器廠家合作關(guān)系好，對產(chǎn)品有信任度。

首航新能儲能電池營收占比快速提升

艾羅2021年儲能電池營收占比達(dá)46%

直流耦合系統(tǒng)中，高壓電池系統(tǒng)效率更高，但在高壓電池短缺情況下成本更高。與48V 電池系統(tǒng)相比，高壓電池的工作電壓范圍為 200-500V DC，有更低的電纜損耗和更高的效率，因為太陽能電池板通常在 300-600V 下運(yùn)行，與電池電壓相似，可以使用損耗非常低的高效 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

高壓電池系統(tǒng)比低壓系統(tǒng)電池價格更高，而逆變器價格更低。目前高壓電池需求旺盛，供給不足，因此高壓電池難以購買，在高壓電池短缺情況下，使用低壓電池系統(tǒng)成本更低。

直流耦合在太陽能電池陣列和逆變器之間

DC直接耦合到兼容的混合逆變器

國內(nèi)主要廠商的混合逆變器在停電時的備用功率輸出未受到限制，因此適用于離網(wǎng)系統(tǒng)。部分產(chǎn)品備用電源功率較正常功率段稍低，但固德威、錦浪、陽光電源、禾邁新產(chǎn)品備用電源功率均與正常值相同，即離網(wǎng)運(yùn)行時功率未受到更多限制，因此國內(nèi)逆變器廠商的儲能逆變器適用于離網(wǎng)系統(tǒng)。

國內(nèi)逆變器廠商混合逆變器產(chǎn)品備用電源功率對比

三、交流耦合逆變器

直流耦合系統(tǒng)不適合改裝現(xiàn)有并網(wǎng)系統(tǒng)。

直流耦合的方式主要存在以下問題：

一是采用直流耦合的系統(tǒng)在對現(xiàn)有并網(wǎng)系統(tǒng)改裝時存在接線復(fù)雜、模塊設(shè)計冗余的問題；二是并離網(wǎng)切換的延時較長，用戶用電體驗較差；三是智能控制功能不夠全面、控制的響應(yīng)不夠及時，較難實現(xiàn)全屋供電的微網(wǎng)應(yīng)用。因此部分企業(yè)選用了交流耦合技術(shù)路線，如昱能。

交流耦合系統(tǒng)使產(chǎn)品安裝更為簡便。昱能通過采用交流側(cè)和光伏系統(tǒng)耦合的方式實現(xiàn)能量雙向流動，省去了光伏直流總線的接入，使得產(chǎn)品安裝更為簡便；

通過軟件實時控制與硬件設(shè)計改進(jìn)相結(jié)合的方式實現(xiàn)并離網(wǎng)的毫秒級切換；通過對儲能逆變器的輸出控制以及供電和配電系統(tǒng)的創(chuàng)新結(jié)合設(shè)計，實現(xiàn)了自動控制箱控制下全屋供電的微網(wǎng)應(yīng)用。

交流耦合產(chǎn)品最大轉(zhuǎn)換效率略低于混合逆變器。錦浪、固德威也布局了交流耦合產(chǎn)品，主要針對存量改造市場。交流耦合產(chǎn)品最大轉(zhuǎn)換效率為94-97%，與混合逆變器相比略低，主要是因為組件發(fā)電后要經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換才能存儲到電池中，降低了轉(zhuǎn)換效率。

國內(nèi)逆變器廠商交流耦合產(chǎn)品對比

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