储能变流器是电化学储能系统重要组成部分,储能变流器负责储能电池组的充放电过程,进行直流和交流的转化。储能逆变器集成发电侧并网发电、储能电站的功能,通过波谷储存电能,波峰输出电能,克服天气变化发电不稳定的缺点,在提升电网能源利用效率、降低发电成本方面发挥着重要的作用。
储能变流器应用领域极为广泛,涵盖新能源电站、微电网、智能电网、交通运输、船舶、风电、太阳能等多个行业。储能变流器可划分为户用储能变流器、工商业储能变流器和电站储能变流器三大类。
储能变流器的主要零部件与并网逆变器相同,包括:电容器(提供短时间内高功率能量的输出和吸收)、功率单元(由 IGBT 及驱动电路组成,主拓扑中的开关执行)、控制单元(PCS的大脑,对系统状态进行采集及控制、控制算法、通信协议等)、散热系统以及其他辅助单元(滤波电路,保护电路)。以首航新能的储能逆变器产品成本拆解为例,电子物料、半导体器件、机构件、磁性材料、阻容器件、PCB 板成本占比靠前。
储能变流器 PCS 的工作模式分为并网模式、离网模式和混合模式。其中,并网模式是目前的主流,储能逆变器连接在一个大容量公用电网中,与存在的电网频率同步。该模式常用于削峰填谷、电力负载平衡和调节电能质量。
离网模式下,储能系统必须可以充当网路电源,给局部电网提供电压和频率控制。混合模式是指储能系统能够在并网模式和离网模式之间进行切换。储能系统在正常工作状态下作为并网系统运行,如果微网与公共电网脱离,储能系统将工作在离网模式为微网提供主电源。
(2)储能逆变器市场空间广阔,参与者众多、竞争充分
储能逆变器中长期市场空间广阔。随着太阳能、风能等新能源发电的快速发展,新能源并网对储能系统的需求不断增加,从而推动了储能逆变器市场的发展。同时,储能逆变器技术进步和储能电池等储能系统成本的不断下降,使得储能系统的经济性逐渐提高,进一步推动了储能逆变器市场的发展。根据智研咨询的不完全统计,2019-2023 年,中国储能变流器市场规模由 7.47 亿元增加至 79.28 亿元,年复合增长率高达 60%,储能变流器市场规模持续扩大。到2025 年,中国储能变流器市场规模有望达 75 亿-150 亿元的区间,行业发展空间广阔。
储能逆变器行业参与者众多,目前市场尚未形成垄断竞争格局。储能逆变器呈现竞争主体多元化,国内外品牌共存的特点。其中,海外市场主要包括 ABB、西门子、施耐德、SMA SolarTechnology AG、SolarEdge Technologies、安川电机株式会社等。国内市场主要竞争厂商有华为、固德威、上能电气、科华数据、许继电气、盛弘股份、古瑞瓦特、阳光电源、锦浪科技及德业股份等。
国际企业凭借技术积累和品牌优势占据高端市场,如美国市场由 ABB、特斯拉等主导。与之同时,华为、阳光电源等中国企业通过技术创新和成本控制,在国内市场占据主导地位,并逐步拓展海外市场。在另一方面,细分领域竞争呈专业化特点,如特斯拉专注于家庭储能,宁德时代聚焦大型储能项目,进而形成差异化布局。
国内 A 股市场储能逆变器相关上市公司及业务进展
阳光电源公司是全球领先的光伏逆变器制造企业,主要产品有光伏逆变器、风电变流器、储能系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏系统、智慧能源运维服务等。公司是全球一流的储能系统解决方案供应商。据中关村储能产业技术联盟(CNESA) 2023 年度储能系统全球出货排名,阳光电源储能系统全球出货量 10.5GWh,连续第八年位居中企第一。
固德威公司主营业务产品包括光伏并网逆变器、光伏储能逆变器、储能电池和户用系统等。2024 年上半年,公司逆变器销量约为 27.85 万台,其中并网逆变器销量约为 25.59 万台,占比约91.89%;储能逆变器销量约为 2.26 万台,占比约 8.11%。公司境外逆变器销量约为 15.52万台,占比约 55.71%;境内逆变器销量约为 12.33 万台,占比约 44.29%。公司储能电池销量约为 131.86MWH,国内户用分布式系统销量约为 404.43MW。
上能电气公司主要产品包括光伏逆变器(PV Inverter)、储能双向变流器(PCS)以及有源滤波器(APF)、低压无功补偿器(SVG)等产品,并提供光伏发电系统和储能系统的集成业务。公司目前储能产品包括集中式储能变流器、组串式储能变流器及储能集成系统,具有 125~8000kW 全功率段范围产品。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)的统计,公司在 2021~2022 连续两年国内市场储能 PCS 出货量排名中位列第一。根据 EESA 储能领跑者联盟统计,2023 年度,公司在中国企业国内储能第三方大功率 PCS215kW 以上出货量排名第一。
科华数据公司包含“数据中心”“智慧电源”“新能源”三大业务。公司新能源核心产品涵盖 3kW-9MW光伏逆变器、3kW-6.9MW 储能变流器、1500V S 液冷储能系统、工商业储能系统、户用光储系统、EMS 智慧管理平台等。根据 CNESA 数据显示,公司 2023 年全国储能 PCS 出货量排名第一,行业龙头地位凸显,被 BNEF 评为 2024 年度全球一级储能厂商、2024 全球十大逆光伏变器生产商。
许继电气公司产品主要分为智能变配电系统、直流输电系统、智能电表、智能中压供用电设备、新能源及系统集成、充换电设备及其它制造服务六类。公司自主研制的储能变流器产品包含从50kW~6900kW 各个功率等级,产品技术有 1000V~1500V 电压等级,包括集中式、簇控式和集散式多种技术路线的 PCS 产品,以及可以通过 10kV 和 35kV 直接并网的高压直挂储能产品,能给用户提供更多技术和产品选择,是国内技术路线最全的储能变流器供应商之一。许继电气已经具备年生产变流器 20GW 的能力,累计参与储能电站建设 300+座,先后在数个中国首次、世界之最工程中成功应用。
盛弘股份公司的新能源电能转换设备,涵盖了一系列创新技术产品,包括但不限于模块化储能变流器、直流变换器、逆变升压一体舱以及预制柜式及箱式半集成储能系统等设备。2024 年上半年,公司新能源电能变换设备实现销售收入 464,897,864.18 元,同比增长 19.59%。
锦浪科技公司主要从事组串式逆变器研发、生产、销售和服务,主要产品为组串式逆变器,为公司最大的业务领域。公司组串式逆变器可分为并网组串式逆变器和储能组串式逆变器。2024 年上半年,公司储能逆变器实现营业总收入 1.92 亿元,同比下滑 38.48%。
德业股份公司所属行业为电气机械和器材制造业,主要业务涉及光伏行业及包括除湿机等在内的家电行业。公司光伏逆变器业务,全面覆盖储能、组串、微型逆变器产品矩阵。公司储能逆变器在直流电转换交流电的基础上增加储能电站的功能,功率覆盖 3KW-100KW,具有并离网切换,电网削峰,安全稳定,节约用电成本,提高电网利用率等特点,主要应用于户用及小型工商业场景。2024 年上半年,公司共销售 71.17 万台逆变器,其中储能逆变器 21.41 万台,微型并网逆变器 24.27 万台,组串式逆变器 25.49 万台。
总体来看,储能逆变器市场竞争非常激烈,拥有品牌优势、技术优势、高产品渗透率的头部企业领先,而新兴企业则需不断创新、提升竞争力获取更多的市场份额。2023 年,国内市场的储能变流器(PCS)出货量排名前十的企业依次为科华数能、上能电气、索英电气、盛弘股份、汇川技术、许继、株洲中车时代电气、南瑞继保、英博电气和禾望电气。而在海外市场,排名前十的企业依次为阳光电源、科华数能、南瑞继保、盛弘股份、首航新能源、科士达、华自科技、上能电气、株洲中车和智光储能。
(3)储能逆变器向高效化、智能化、模块化方向发展
储能变流器将向高效化、智能化、模块化方向发展。储能逆变器的高效化主要指通过技术创新和系统优化,最大程度减少能量在转换、传输和管理过程中的损耗,从而提高整个储能系统的能量利用率。具体措施包括采用更高效的电路拓扑,如多电平拓扑(T 型、H5、H6、三电平 NPC、ANPC 等)、软开关技术(如 LLC 谐振变换器)等,减少开关损耗和导通损耗。
应用更高性能功率器件,如使用 SiC MOSFETs 和 GaN HEMTs 代替传统的 Si IGBTs/MOSFETs。这些器件具有开关速度快、导通电阻小、耐高温、开关损耗低等显著优势,尤其在开关频率较高时优势更明显,能大幅提升转换效率。其他技术优化措施包括降低待机功耗和辅助损耗、优化最大功率点跟踪效率、提高电池充放电管理效率、提升系统级集成与匹配效率等。储能逆变器的智能化是让储能系统从“被动响应”转向“主动决策”,通过算法与硬件的深度协同,实现能源效率、安全性与经济性的提高。
智能化主要集中在六个方面,如能量管理的智能优化、运行模式的自适应切换、安全防护的主动预警、多设备协同控制、运维管理的智能化以及特殊功能创新。
第一,储能逆变器实行动态充放电策略,通过分析历史用电数据、光伏发电规律及动态电价(如分时电价),生成最优充放电计划,支持削峰填谷、需量控制、调频辅助服务等多种策略,自动切换模式以适配电网需求或用户经济性目标。
第二,电网故障时,储能系统可在 5ms 内切换至离网模式,保障关键负载不间断供电,当检测到电网频率波动明显时,迅速自主建立电压与频率支撑,替代传统同步调相机功能,增强电网稳定性。
第三,实时监测电池温度、电压极差、电芯一致性等参数,预警热失控风险,结合消防系统联动,杜绝安全隐患。
第四,通过云平台实时监测设备状态,支持远程诊断、软件升级及策略下发。
第五,在混合微电网中,整合光伏、储能、充电桩数据,实现纵向电压补偿、功率动态分配等。
第六,在一些特殊场景的应用,如防爆设计、宽温域运行等。模块化是将 PCS 分解成若干个功能独立但又相互协作的模块,如功率模块、直流模块、控制模块、通信模块、冷却模块、测量模块等,每个模块负责特定的功能。储能逆变器的模块化后便于生产和维护,能够根据具体应用场合灵活组合,满足不同的功率要求和系统需求。模块化设计提高系统的灵活性和可扩展性,简化安装过程,降低维护成本。目前,主流储能逆变器厂商均开发模块化产品,满足市场差异化需求。