微型逆变器帮助屋顶型太阳能达标

经济部能源局预估屋顶型太阳光电将在今年超过3GW,提早5年完成政策目标 “1”,目前正在研讨,2025年全国太阳光电总容量20GW不变的目标之下,提高屋顶型太阳光电的比例。根据能源局的统计,2018年太阳光电安装容量达1.055GW,其中屋顶型太阳能是829MW,占比高达78%,本来呼声最高的地面型太阳能仅有226MW。

能源局预估2019年台湾太阳光电添加容量约1.5GW,如果我们用80%屋顶型估计,约占1.2GW。过去因为建筑法规容积率限制与违章建筑的议题,让能源局保守预估屋顶型太阳能的容量。2018年,经济部与内政部携手合作,修正“设置再生能源设施免请领杂项执照标准”,增订在不影响公共安全及妨碍违章建筑处理之前提下,得设置太阳光电发电设备之态样“ 2”。都市的屋顶容易受到建筑物的屏蔽,乡村的屋顶也可能受到旁边树木的屏蔽,导致太阳能发电量减少,“微型逆变器” 的发明,正好解决这个问题。

解决发电量问题,微型逆变器能助屋顶型太阳能达标?

当然,事情不可能这么顺利,事实上微型逆变器在全球的市场占有率目前非常小,是一个很少人注意到的题目。目前市场上的主流产品是串行型逆变器(String Inverter)与集中型逆变器(Central Inverter)。集中型逆变器应用当地面型电站,其他非地面型电站主要使用串行型逆变器。市场调查机构IHS统计美国的太阳光电逆变器,发现串行型逆变器(单相/三相低功率)与集中型逆变器(三相高功率)的增长速度趋缓,增长速度最快的是微型逆变器,预估2019年市场规模达美金1.5亿元,市场占有率约13% “3”。 (注:图片的数字误植,1,000M的正确数字应该为US$100M。)

图一:IHS统计的美国太阳光电逆变器市场趋势

微型逆变器之所以能够在美国市场快速增长,主要是因为具备以下的优点:

(1)优化每片模块,避免遮阴损失,发电量最大;
(2)不需DC零部件,安装简易轻松降低设计施工时间成本;
(3)单片监控,发电状况一清二楚。

传统的集中型与串行型逆变器,因为是数个模块串联,当其中一个模块的电流下降(发电效率下降,可能是模块故障或是遇到遮荫),则该串所有的面板电流也会跟着下降(因为直流串联的电流是固定的,图二左侧三个模块的电流I值必须相同)。微型逆变器的原理则是让每个模块并联,所以个别的模块电流下降不会影响到旁边的模块,每个模块上安装一个微型逆变器,可以让该模块的发电效率达到最大值。

图二:传统(String&Central)逆变器与微型逆变器的优化比较

 

微型逆变器因为体积小、重量轻,很容易安装在太阳光电系统的支架上,主要动作是锁螺丝与接电力线而已,所以获得广大的光电安装企业喜欢,如图三所示。

图三:容易安装的微型逆变器

 

这样的论述,读者可能没什么感觉,所以我分享一个ABB串行型逆变器的视频,告诉大家安装串行型逆变器是非常专业的工作,一定要取得专业证照,一般人们请勿轻易尝试。我的意思并不是说安装微型逆变器就可以比较随便,而是说明对于专业人士来说,安装微型逆变器的难度,远远小于安装串行型逆变器,更别说是最复杂的集中型逆变器了。

ABB Solar Inverters:PVS-100/120 assembly video
高投资高报酬,微型逆变器市场占有连年攀升

微型逆变器单位成本与一般中型三相串行型逆变器相比之下高出不少,约与小型单相串行型逆变器相当,但是发电量可以提高10到20%,直接提升了整体太阳光电的发电收益。同时,微型逆变器的功率比较小,约在300至700W之间,又选用高配置的电子零件,使用寿命约在20到25年。串行型逆变器的寿命约在5到8年。换算下来,微型逆变器的寿命大概是串行型逆变器的2.5到5倍的时间。如果我们把串行型逆变器的价格乘以2.5到5倍,其区间落在NT$7,350至21,000/KW之间,如果再考虑串行型逆变器少发电10到20%,微型逆变器并不是太贵。上面的现象如果用专业一点的论述,就是资本支出(CAPEX)与总体拥有成本(Total Cost of Ownership, TCO)的差别,简言之,微型逆变器的资本支出比较高,但是总体拥有成本比较低,所以逐渐取得市场占有率。

当然,如果传统逆变器在架构上取得创新,降低总体拥有成本,依然有竞争力。我们在产业前瞻分析会看到高单价高毛利率的产品市场占有率反而逐年增加的现象,通常就是因为其TCO比较低的缘故。CAPEX很容易让我们误判情势,尽量少用这个指标。最近闹得沸沸扬扬的离岸风电,具备高CAPEX的特性,但如果我们去分析其TCO(LCOE/LACE/SCOE)等,就会发现成本是非常低的,所以市场占有率逐年提高,快速增长。从以上分析可发现,系统容量20KW以下的小型家用屋顶市场,微型逆变器的成本优势更胜于单相串行型逆变器。在中型的案场中,由于性能的提升,可做到单位设备容量的效益最大化。

美商Enphase Energy是全世界微型逆变器的领导公司,经过多年的努力,深耕市场,累积竞争优势,股价在2018年逆势增长80%,异军突起。我们可以看到太阳光电股票在2018年整体落后于S&P 500与Russell 2000,这是非常不好的一年。Enphase Energy的股价还要逆势增长80%,实属不易。

图四:2018年太阳光电股价绩效

 

微型逆变器的领导公司Enphase功率最大的逆变器是460W(IQ7X, 96 cell),昶昱能源公司看到市场上对于降低CAPEX的期待,推出了EL-650微型逆变器,可连接两片光电面板,独立优化监控。这两家公司各自代表不同的竞争策略,Enphase采用系统单芯片(SOC)的策略,一机对一板;昶昱能源则采用一机对多板的策略。究竟哪一个策略比较容易获得市场的认同,值得我们观察与期待。

我们看到微型逆变器取代单相串行型逆变器的趋势(20KW以下的系统),如果参考美国市场规模,两者相加每年约有新台币150亿元的市场。 能源局改变政策,提高屋顶型太阳光电的容量目标,我们预期台湾的市场规模也会跟着增长。 微型逆变器因为增加发电量、容易安装、容易监控、长寿命、低总体拥有成本,逐渐取得市场占有率。Enphase在2018年股价逆势增长80%,实属不易。有趣的是台湾公司昶昱能源科技用一机对二板的策略开发EL-650,要和Enphase的IQ7X SOC策略竞争,未来的市场变化,值得我们观察与期待。