1.3 逆变器的发展现状

逆变器的发展始终与电力电子、功率器件以及控制技术的发展紧密结合在一起，器件的发展带动着逆变器的发展，控制技术的发展使逆变器的技术指标和各项性能不断提高。逆变器出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，以及到现在为止的单片机和数字信号处理器（DSP）时代。

1. 逆变器技术发展历程

1）20世纪50～60年代，晶闸管（SCR）的诞生为正弦波逆变器的发展创造了有利条件，KACO公司于1953年制造出第一个半导体闸流管逆变器。

2）20世纪70年代，GTO（门极关断晶闸管）的问世使得逆变技术得到发展和应用。

3）20世纪80年代，功率场效应晶体管（MOS）、绝缘栅双极晶体管、MOS控制晶闸管（MCT）及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础。

4）20世纪90年代，矢量控制技术、多电平变换技术、重复技术、模糊逻辑控制技术等在逆变器领域得到了很好的应用。

5）21世纪初，逆变技术随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的进步不断改进，逆变技术正向着频率更高、体积更小的方向发展。在功率方面，出现了两个发展方向：一个是向着大功率逆变器方向发展，另一个是向着微型逆变器方向发展。

2. 光伏逆变器的发展状况

光伏组件产生的电能为准直流电，必须通过将直流变换成交流的设备——逆变器，才能实现将太阳能光伏产生的电能接入公共电网和供给负载。根据所发电力是否馈入电网，光伏逆变器分为并网逆变器和离网逆变器。一般并网系统的逆变器功率与光伏系统的功率一致，而离网系统的逆变器功率由负载决定。对于利用太阳能进行大规模发电来说，必须并网才能实现电能的远距离传输，并网逆变器的重要性也就不言而喻。目前，并网光伏系统占光伏总安装量的比例越来越大，而并网逆变器的技术指标也代表了光伏逆变器的技术水平。逆变器的功率正朝着功率越来越高和微型化两个方向发展效率则向着更高方向发展。

光伏逆变器总趋势是朝着高频化、小型化发展。为了得到更高的效率，采用无变压器拓扑的趋势已逐渐成为主流。对于一些必须采用变压器或阵列接地等标准的国家而言，需要对标准进行修改，以满足无变压器逆变器市场发展的需要。未来最具发展前景的是微型逆变器。在日照不均、光伏组件多样化、安装条件复杂等情况下，微型逆变器具有广阔市场空间，可以实现模块化、分布式模式发电。

对于光伏逆变器来讲，提高电源的转换效率是一个永恒的主题，但是当系统的效率越来越高，几乎接近100%时，效率的进一步改善会伴随着性价比的降低，因此，如何保持一个很高的效率，又能维持很好的价格竞争力将是当前的重要课题。与努力改善逆变器的效率相比，如何提高整个逆变系统的效率，正逐渐成为光伏系统的另一个重要课题。在一个光伏阵列中，当局部2%～3%的面积的阴影出现时，系统输出电力甚至会出现20%左右的功率下降。为了更好地适应天气等变化的状况，针对单一或部分光伏组件，采用一对一的MPPT或多个MPPT控制功能是十分有效的解决方法。

当逆变系统处于并网运行时，系统对地漏电会造成严重的安全问题；同时，为了提高系统的效率，光伏阵列大多会被串联成很高的直流输出电压使用，因此，当电极间有异常状况发生时，很容易产生直流电弧，由于直流电压很高，导致灭弧困难，在这种情况下极容易造成火灾。随着光伏逆变系统的广泛采用，系统安全性的问题也将是逆变技术需要研究的重要内容。

此外，电力系统正在进入智能电网技术的快速发展和普及阶段。大量的太阳能等新能源电力系统的并网，给智能电网系统的稳定性提出了新的技术挑战。设计出能够更加快速、准确、智能化地兼容智能电网的逆变系统，将成为今后光伏逆变系统的必要条件。

总体来说，逆变技术随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展而发展。随着时间的推移，逆变技术正向着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。

3. 光伏逆变器的市场竞争激烈

由于目前光伏逆变器市场发展迅速，竞争也异常激烈。最早起家的德国SMA公司虽然目前仍然是世界排名第一的光伏逆变器厂商，但其市场份额却在不断缩小，已经从几年前的40%缩小到现在的30%左右。国内最大的光伏逆变器厂商合肥阳光电源成立于1997年，其国内市场份额在2008年曾一度高达70%，但现在其国内市场份额不到40%。尽管如此，我国的光伏市场规模仍然很小，我国的光伏逆变器厂商的发展空间十分广阔。2011年，我国国内光伏逆变器市场份额前十的厂商，总共占据了80%的市场份额，这其中只有一家是外国厂商。光伏逆变器生产由于不需要复杂、庞大、昂贵的装配生产设备，固定资产投资小，上游元器件供给充足，品质高的逆变器的供应商又少，因此整机毛利率在35%～40%。随着我国光伏发电规模的快速加大，预计毛利率会有所下降，但这更有利于电力平价上网，尽快打开光伏发电市场。

光伏逆变器产品在技术方面，国外仍然处于领先地位。但是这种现象必然会随着我国产品技术的进一步提高而有所改变。目前国内生产逆变器的厂商主要有合肥阳光电源有限公司（专业生产离网/并网光伏及风力发电逆变器）、北京索英电气技术有限公司（回馈电源及逆变器）、北京科诺伟业科技有限公司（系统集成及逆变器）、广东志诚冠军集团有限公司（UPS为主）、北京日佳电源有限公司（小功率为主）、南京冠亚电源设备有限公司（控制逆变为主）等企业。表1-1是国内外逆变器的技术对比情况。

4. 全球逆变器市场发展趋势

据GTM Research发布的2017全球光伏逆变器榜单中，全球前十大逆变器企业分别为：华为（26.4%）、阳光电源（16.7%）、SMA（8.7%）、ABB（5.6%）、上能（4.6%）、特变电工（3.9%）、PowerElectronics（2.9%）、三菱电机（2.8%）、施耐德（2.6%）、SolarEdge（2.5%）。

2017年全球逆变器市场规模为98.563GW，同比增长23%。根据统计，2017年有20家企业光伏逆变器出货量超过1GW，这20家企业的总出货量占据了全球93%的市场份额，是自2010年以来的最高水平。

2015-2017三年里，全球前四大光伏逆变器企业排行保持不变，而华为自2015年以来已经连续三年位居全球第一。

2017年全球三相组串逆变器出货量为46.233GW，同比增长49%。2017年集中式逆变器出货量为42.382GW，组串式逆变器出货量为4GW。

组串式逆变器由于多路MPPT优势带来的发电量高、适应复杂环境、可靠性高、维护成本低等，使其在大型光伏电站中占有优势。