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光伏行业专题报告逆变器需求强IGBT供给宽松后出货增长或超预期

2024-10-16财经

【一、产业概况】

1、产品的分类

交直流系统靠逆变器连接,电站收益和电能质量会受其影响。光伏组件发的是直流电,可电网和主要负荷用的都是交流电,所以逆变器是个很关键的设备,它能把组件输出的直流电转变成交流电,还能控制组件让功率最大程度输出。逆变器靠不靠谱直接关系到电站赚钱多少,它的输出特性也影响电能质量。按照设备容量、变换拓扑、控制逻辑这些方面的不同,逆变器能分成集中式、组串式、微型逆变器等类型。要是根据逆变器功率的流向来分呢,又能分为并网逆变器(就只有逆变功能)、储能变流器(有逆变和整流功能)等。

2、原理已经很成熟了,技术和工艺也在不断地迭代优化。

2.1 技术工艺一直在优化,这对研发能力的要求比较高。

基本原理已经很成熟了。逆变器整体是由直流输入滤波电路、升压电路、MPPT电路、逆变电路、输出滤波电路等组成的。DC/AC交直流变换的基本控制原理非常成熟,其拓扑结构也有很多衍生类型。

逆变器得持续优化,因为场景多样,还有持续降本的要求。光伏产业要一直降本增效,下游应用场景又很多(分布式光伏发展得还特别快),主产业链技术也不断变化,这就要求厂商根据组件参数、集成方式、控制保护规则等来配套升级。具体来说体现在两个方面,一是控制方面:像电力变换调制控制策略、MPPT策略、保护方案等;二是硬件方面:像结构/拓扑设计、器件兼容性等。总体来讲,光伏逆变器依旧是快速迭代的技术密集型环节,企业得有比较强的研发能力才行,上市公司研发费用率大概在5 - 6%左右,和其他产业环节比起来也处于中高水平。

2.2 研发重点在于降低成本、提高效率以及适配场景。

降本提效反映了行业的需求以及企业之间的差异。在过去的十几年里,逆变器的价格大幅降低,拿集中式来说,现在已经降到了大概0.2元/W左右,这对发电侧实现平价起到了很重要的作用。不过,当前行业离光储平价还有差距,所以降本提效的需求依然很强烈。并且从企业的微观角度来看,产品售价之间的差距在慢慢变小,成本控制能力对盈利空间的影响也相当明显。

2)场景多种多样,逆变器得因地制宜。光伏主要的应用场景有集中式、工商业、户用这几类,不同场景在光照、环境条件方面有很大差别,所以逆变器要因地制宜。

3)组件电池技术要是有变化,逆变器就得做适配。一般的组件版型有54片(69)、60片(69)、72片(612)的,电池片是串联起来的,输出电压大概就是片数乘单片电压,输出电流差不多就是单片电流。电池输出电流呢,简单来讲,和电池面积、转换效率是正相关的关系。过去这几年,电池从G1、M6慢慢变成M10、M12了,电池效率一直在提高,电池电流也不断增大:大尺寸电池电流更大,像210、182的电池面积分别是441平方厘米、331平方厘米,跟166比起来,分别提升了61%、21%,工作电流也增大了。高效电池电流更大,perc电池在过去三年效率提高了超过1.3个百分点,TOPCon、HPBC、HJT这些高效电池方案跟perc比起来,效率能提高1 - 2个百分点(相当于5 - 6%)。

功率更高的话,各类逆变器的应用场景就会有交叉。早些时候,组串式逆变器功率大多是几十千瓦,集中式逆变器大概在数百千瓦。随着IGBT等基础元器件的技术改进以及逆变器设计方案的更替,逆变器额定功率朝着更高功率发展:2021年,集中式逆变器的主流额定功率达到了3.125MW,组串式逆变器达到250kW,2021年阳光电源、特变电工等先后推出了300kW以上的产品,组串式逆变器的功率范围朝着集中式的靠近了。同时,微型逆变器功率也有进一步向小单相组串式接近的趋势,一拖四、一拖八的产品,其应用场景已经开始和组串式有交叉了。大功率逆变器能降低设备成本,这主要表现在结构件成本的分摊变薄,另外还能减少单个站点的逆变器数量,优化交流侧的波形质量。对于组串式逆变器来说尤其如此,200 - 300kW的大功率多路MPPT逆变器,有配套大型电站的可能性。并且,逆变器集成度提高了,功率密度也大幅优化了,设备安装的人工成本也降低了。

3、运营为重,资产要轻。

3.1 资产比较轻,扩张起来很灵活。

逆变器的生产呢,就是把采购来的物料,像电子元器件(芯片、电容、电感之类的)还有结构件(散热器、箱体之类的),用自动化生产线进行集成装配。这里面最关键的是拓扑结构设计和软件算法,不需要大型的制造设备。跟硅片、电池这些环节比起来,逆变器生产线的兼容度更好。产品更新换代的时候,大多不用大规模更换生产线,这对先入行的企业更有利。

3.2 注重渠道和品牌的建设,运营成本比较高。

逆变器下游直接对接集成商或者业主之类的终端市场,这就对企业的销售渠道、品牌打造、服务能力有了更高要求。固定资产方面所需投资额不大,不过日常运营时销售、管理费用的支出会更高,特别是在市场扩张期间,企业的融资能力也得达到一定要求。

3.3 供应链管理能力的重要性被放大了。

逆变器的材料构成比较分散,大多不是专供的。2020年下半年起,半导体材料供应受限,电车、光伏这些下游需求又大增,芯片短缺的情况就一直持续到现在。虽说头部企业在芯片供应上有优先权,但扩张的节奏也多多少少受到了影响。总体来说,散热器、结构件、LC器件等大部分材料基本都国产化了,供应充足,不过IGBT、IC半导体得靠进口,个别环节可能会出现瓶颈。市场增长快的时候,供需平衡容易波动,这就对企业的供应链管理能力有了更高要求。

【二、光伏需求景气,IGBT 宽松后出货有希望加速】

1、光伏一直在高速增长,推动力和需求结构都在发生变化。

1.1 装机的推动因素从环保转变成经济性了,能源安全又进一步起到了催化作用。

在过去的很长时间里,推动光伏发展更多是出于可持续发展的环保考虑,通过补贴、减税这些手段来推动,发展进程比较缓慢平稳。靠着政策规划的支持,在十几年间,光伏制造在降低成本和提高效率方面有了很大的进步,其度电成本下降依次经历了工商业用户侧平价、居民用户侧平价、发电侧平价(以国内为例)。从2018年开始,国内有些地区的光伏项目中标价格已经降到了煤电标杆电价以下,现在光伏在全球范围内已经开始进入发电侧平价阶段了。

光储成本降了,传统能源价格涨了,这就使得光储的经济性优势更明显了。光伏产业在电池片等方面还有很多技术进步、迭代的机会呢。随着技术不断进步,它每度电的成本很可能还会大幅下降。而从传统能源这边看,因为能源的供需情况、发电限制,还有碳排放成本增加这些因素,总体上用能成本是在上升的。预计在接下来的3 - 5年里,光伏在现在发电侧平价的基础上,很可能进一步达成光伏加储能平价。经济性优势对光伏发展的推动作用比环保性更强,这样一来,光伏取代传统能源的速度就会更快了。

1.2 要是供应链的瓶颈被破解了,装机的高增长就会持续下去。

供应链的瓶颈正在逐步得到缓解与破解。光伏产业在过去几年发展迅猛,上游供应链常常成为阶段性的制约因素。前几年,单晶硅片、玻璃、热场先后出现瓶颈,到了2021年,硅料的瓶颈开始突显出来。硅料这个环节是没法替代的,而且投产周期很长,所以硅料的缺口成了整个行业难以解决的缺口。这一方面是供应受限,另一方面,价格涨得太离谱也对需求产生了不好的影响。在光伏产业快速发展的时候,一批头部企业发展壮大并且实现了证券化,它们一直保持着高额的资产支出,也吸引了更多新进入的企业或者相关产业的参与者。预计到下半年,随着硅料环节新产能的投入使用和产能逐步提升,再加上硅片薄片化进程的推进,这个硬瓶颈会慢慢得到缓解和破解。在这个过程中,制造业的盈利状况会恢复正常,终端交付量的增长很可能会明显加快。

从国内市场的情况来看,虽说最近国内像电站之类的市场对组件价格的接受程度变低了一些,不过呢,这种影响持续的时间和强度大体上不会太大。以前大多数时候,地面电站在国内需求里是占大头的。2021年的时候,提出要快点推进以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风光基地的规划和建设。11月的时候,第一批风光大基地的清单里就包含了大概97GW的风光项目;12月就开始第二批申报了。到第一季度末的时候,已经有85GW的项目开始建设了,以后还会更快地推动450GW大型风光基地项目的落实。另外,央行还推出了碳减排支持工具,重点用低成本的资金来支持风光项目建设。虽然现在组件价格还是比较高,但是随着硅料供应变多,大基地项目在「十四五」期间会是国内光伏装机很重要的一部分。那种自发自用、余电上网模式的分布式市场,相对来讲对价格的接受能力更强一些。2021年国内推行整县模式,分布式市场呈现出结构性的高速增长,装机量达到了29GW,占比第一次超过了50%。在电价整体往上升的趋势下,分布式光伏还是会保持快速增长的态势。

海外这边呢,传统能源价格一个劲儿地往上涨,在这种情况下,光伏在大多数地区都算是最便宜的能源了,而且海外的电价更遵循市场规律,对成本的接受度也更高。欧洲市场一下子就火爆起来了。3月8号的时候,欧委会弄出了个REPower EU方案,主要就是想保障欧盟的能源安全。2021年7月的时候,欧洲委员会公布过一个Fit for 55一揽子气候计划,SolarPowerEurope甚至乐观地觉得,到2030年欧盟的光伏累计装机规模有希望能达到1000GW。REPower EU方案是俄乌危机之后提出来的,是根据欧洲的地缘政治和能源危机做出的一种方向性、长期性的调整与选择。另外呢,欧洲一直都是清洁能源发展的推动者,这几年油气价格涨得离谱,还特别依赖进口,这就让欧洲更铁了心要靠发展清洁能源来摆脱依赖。从长远来看,每次能源危机都会给能源行业还有高耗能产业带来深远的影响。现在全球面临能源危机,这也许会引发新的清洁能源投资热,还会让全球更快地接受和使用光伏之类的清洁能源。

主要的海外市场都有希望一直增长下去。就今年上半年的情况来看,主要是欧洲和印度的贡献变大了,下半年美国市场也许会猛增,同时巴西分布式市场到年底说不定也会出现抢装的情况:印度:1 - 2月的时候,印度趁着BCD关税窗口期抢购备货,这就产生了主要需求,估算前两个月从国内进口的电池组件容量在7 - 8GW。考虑到印度本土光伏制造能力和庞大装机规划之间有矛盾,它的贸易政策也有调整放宽的可能。欧洲:2021年开始,欧洲能源价格就大幅上涨,今年3月俄乌冲突又让能源安全问题变得更严重了,欧洲对光伏、储能的需求一下子就爆发了。拿德国来说,3月装机731MW,环比和同比分别增长73%和34%,创下过去5年单月装机量的新高。从海关数据来看,像荷兰、西班牙、德国这些主要的出口国家,出口量总体也在往上走。美国:美国对东南亚组件实行2年期的关税豁免,阶段性的关税障碍没有了之后,美国市场会带来新的需求增长,再加上因为「反规避」导致很多项目大面积延后,下半年美国市场可能就爆发了。南美:除了2020年受疫情影响,拉美光伏装机一直保持比较快的增速,2021年达到9GW,在全球的份额从2016年的大概2%增长到了去年的大概6%。2023年巴西要调整分布式光伏净计量相关政策,这或许会让2022年的巴西分布式(<5MW)市场出现抢装的情况。(报告来源:未来智库)

2、短期来看,逆变器有望实现量利齐增。

2.1 有提价的条件。

1)涨价的前提是供应紧张。在欧洲市场,装机需求一下子猛增,可逆变器因为普遍缺芯片,供给量很有限,安装往往得花好几个月以上,供需关系是提价的条件。2)能源价格涨得很高,有了涨价的空间。电价大幅上升,让光伏电站的投资收益变多了,这也表示投资方对组件、逆变器的价格会更能接受。3)从终端成本来看,逆变器占比不到10%,在终端成本里占比低,价格传导相对容易做到。因为逆变器价格调整对项目收益的影响比较小,所以价格更容易传导。4)跟海外产品比起来,价格还是低的,而且渠道和品牌的积累一直在加深。

从年初到现在,已经有做逆变器的企业提高海外报价了。考虑到交付需要时间,提价带来的收益也许从第二季度开始才会慢慢显现出来。逆变器的报价模式和组件、电池这些不一样,不是一周报一次价,它的调价周期更长。在设定价格的时候,企业会把未来一段时间的供需情况以及材料变化都考虑进去,所以在刚开始调价的时候,是盈利比较多的时候。

2.2 芯片问题缓和之后,成本和费用有下降的可能。

IGBT之类的芯片在逆变器成本里大概占10%。缺芯使得IGBT器件价格涨了不少,逆变器成本也就跟着增加了。要是到了年末,IGBT紧张的情况慢慢缓和了,那逆变器直接材料成本就会有小幅度下降的可能。全球都缺芯,这就限制了逆变器的有效供应。2021 - 2022年的时候,那些主流的逆变器企业开始用国产器件了,这其实是变相加快了晶体管的国产替代进程。逆变器企业这么做,直接的想法就是保证供应稳定。从长远来看,半导体器件的国产替代能让逆变器企业在成本控制上更有能力。另外,除了涨价带来的直接影响之外,现货采购和增加IGBT库存也会影响公司的经营效率,会增加费用开支。等芯片供应不那么紧张了,这部分费用就会直接让业绩变得更好。

【三、缺芯缓和后,格局可能进一步优化】

逆变器环节主要经历了这么几个发展阶段:2009年以前是海外主导,2009年前后国产的大量出现,2013年前后靠降价来重新洗牌,2016年前后组串开始进入,2018年有政策调整,2019年以来就是出海去替代。经过这些阶段后,逆变器企业从差不多500家减少到现在就十几家了。能留存到现在的企业,大多有着很强的研发能力、丰富的市场经验,或者是在细分市场有自己的差异化特色。

海外主导:2003年的时候,阳光就推出了国内首台拥有完全自主知识产权的并网逆变器。不过在早期,像SMA这样的海外企业那可是占着绝对优势的。2009年的时候,SMA在全球的市场份额达到了37%,Frounis、KACO等排名前五的企业占了60%的市场份额。

在2009年前后,国内企业纷纷涌入光伏逆变器领域。当时盈利很高,大量做电力电子设备制造的企业都转做光伏逆变器了。不过,这些企业做出来的产品质量有好有坏,而且大部分企业都没有持续研发的能力。

降价洗牌:2012年和2013年的时候,价格大幅调整,企业经历了第一轮洗牌,好多外资品牌慢慢就从国内市场撤出去了。

组串入局这件事是这样的:2014年的时候,华为进入了光伏逆变市场,主打的是组串式。华为本来就有品牌和渠道方面的优势,这就使得公司的市场份额快速上升。到了2015年,华为就超过了SMA,一下子成了全球第一,同时也让组串式的应用场景越来越多。2016年前后呢,国内的分布式市场发展起来了,这就给古瑞瓦特、固德威、锦浪这些做组串式的企业提供了成长的机会。在这个时期,逆变器市场的主要份额就变成国内企业占大头了。

政策有调整:2018年政策调整之后,从2019年起光伏慢慢走向平价。国内的逆变器技术和品牌认可度一直在提高,性价比也更占优势了,于是进一步朝着海外市场拓展。到了2020年的时候,全球前10大逆变器企业里,有6家都是国内企业,海外逆变器供应商的份额就缩减了。

出海替代这事儿是这样的,十年前逆变器企业差不多有500家,到现在主流的就剩下十几家了。能留存到现在的企业,大多都有很强的研发能力、丰富的市场经验,或者是在细分市场做出了不一样的东西(有差异化)。

芯片供给不那么紧张之后,逆变器这一块可能会竞争得更厉害,有优势的企业说不定能让自己的份额再扩大一些呢。

1)出口替代还有些空间。国产逆变器性能差不多的时候,成本降了很多,截至目前性价比优势依然很明显,这就为替代外资品牌打下了产品基础。渠道在不断完善,品牌认可度也在逐渐提高,这些都促使国产品牌进一步去抢占海外市场份额。

2)缺芯的情况缓和之后,竞争就又回到技术、市场、品牌这些方面了,头部企业的根基更扎实。从2021年起,能不能拿到芯片在很大程度上影响着企业阶段性的表现。「缺芯」在短期内让供应链管理能力在企业竞争对比中的重要性被放大了,头部企业大多是芯片厂商的战略供应客户,可也还是受到了限制。随着材料供应变充足(像是国产器件替代、海外供应恢复这些情况),企业竞争的要素会再次回归到产品、渠道、品牌上。相对来讲,传统的头部企业底蕴更深厚,它们的份额也可能进一步扩大。

3)从盈利状况来说,并网逆变器的毛利率大概在20 - 30%之间,比较稳定,不会让大批新企业一股脑儿地涌进来。

1.1 各个侧的储能都有着不错的发展机会。

海外家庭储能的需求很旺盛。

和分布式光伏差不多,用户侧储能主要是被经济性和能源自主这两个因素推动的。

在经济性上,光伏加储能计算出的平准化度电成本(LCOE)与售电价格相比有优势,除此之外,如果市场机制允许,利用峰谷电价来充放电也能有收益。欧洲、美国、澳洲这些电价比较高的地方,是当前用户侧储能的主要市场。最近能源价格上涨,让家庭储能的经济性更明显了,这也进一步刺激了需求。

分布式光伏加上储能之后,就有了一定的离网自供能力,这样用能就更安全了。俄乌冲突之后,欧洲对屋顶光伏加上户用储能这种独立供能方案的需求一下子多了起来。还有,在一些电网不太强的地方,用户侧的储能也起到了备用电源的作用。

从大电网的角度来说,用户侧的储能具备了电力需求响应能力。市场化的电价能促使储能发挥功效,改变负荷曲线(用电紧张的时候电价高,用户侧储能就放电;供电充足的时候电价低,用户侧就充电),让大电网的安全裕度得以提升。现在户用储能兼顾了投资业主(考虑经济性、用能安全)和电网运营(考虑系统稳定)等多方面的需求,欧洲市场爆发也许是整个户用储能市场蓬勃发展的开端。

2)上游价格降下来之后,电站也能有增加配置储能的空间了。

要是不额外加储能,电网对风光的消纳极限大概在15%左右。风光渗透率从20%往上增加的时候,系统净负荷波动的幅度和剧烈程度就会突然变大。电网稳定性影响消纳能力变弱,这是新能源消纳的一个潜在限制因素,所以大规模配置储能就成了让新能源发电渗透率继续提高的必然选择。今年上半年,光伏产业链的价格处于高位。年中开始,硅料的供给增加了,2023年产业链的价格有希望回落。按照现在的硅耗来算,硅料每吨价格每降低1万,终端价格大概能下降2.5 - 3分/W,这样电池、组件和电站环节的盈利回报就有了修复的空间。再考虑到明后年主产业链各个环节的供给比较宽松,硅料降价产生的一部分收益空间可能会用来配置储能。

1.2 PCS这个格局还没定下来呢,并网逆变器企业更占优势。

空间大,跟传统电力电子设备比起来盈利更好,技术方面硬性的壁垒也不高,现在有好多企业参与进来了。而且当下储能行业还在规模化的初期阶段,储能变流器在价值量和盈利情况上总体要比并网逆变器好,毛利率大概在30 - 50%之间(比并网逆变器高大概10个百分点,比其他电源设备高大概10 - 15个百分点)。虽说储能PCS比起并网逆变器来说软硬件都更复杂,但是在初期,特别是国内市场,对产品品质的要求还比较宽松,新进来的企业比较多。

储能变流器要更复杂些。1)控制方案复杂些:除了整流之外,得从电网或者发电侧取电来给储能电池充电,这就要求储能变流器能适时起到AC/DC或者DC/DC的作用(注:大部分储能变流器是并网型的,而且有共交流母线或者共直流母线的设计方案)。2)从硬件方面看,储能变流器需要的元器件数量比光伏并网逆变器多。目前海外储能市场盈利状况比国内好,在海外PCS市场占比较高的企业业绩弹性更大。长远来看,储能变流器产品和并网逆变器挺相近的,应用场景也有不少重合的地方,并网逆变器企业的技术、市场资源是可以共享的,优势能延续,在储能领域的份额优势也在慢慢形成。

2、微逆市场里,国内企业的潜在空间很大。

2.1 赛道有差异,利润的弹性很大。

微逆在发电效率与安全性方面存在优势。微型逆变器通常与几块组件相连,功率比较小(不到5kW)。和集中式、组串式逆变器相比,微逆在效率、安全性和可靠性上更具优势,主要用于小型工商业和家用光伏。发电效率方面:微逆能实现组件级的最大功率点跟踪(MPPT)。与组串式相比,组件级的MPPT技术能更好地避免因组件不匹配、局部有阴影等导致的失配损失。而且微型逆变器的启动电压低(大概20V),弱光效应更佳。可靠性方面:微逆独立运行,单个微型逆变器出故障时,只会影响几个组件单元,系统还能继续运行。安全性方面:采用并联电路设计以及单组件DC/AC转换,直流电压(大概60V,不高于组件最高输出直流电压),这就消除了运行时直流高压的风险,并且具备组件级的关断能力。价格高,盈利空间更大。微逆的ToC属性很明显,消费群体对价格不是很敏感,估算2021年Enphase单W均价2.4元,比组串式(以SolarEdge为例)明显要高。(报告来源:未来智库)

2.2 市场主要在海外,应用范围在扩大。

海外家用(户用)发展得更早,对价格的接受程度比较高,而且对安全性有要求,所以现在微逆市场主要是海外的。WoodMac的数据显示,2020年全球微逆的出货量大概是2.28GW,其中美国市场占了70%,欧洲占16%。短期内,美国因为受到反规避调查的影响,有项目被延后了,不过要是下半年政策调整的速度慢下来,积压的项目可能一下子就爆发了,还有欧洲市场一直都很景气,这对微逆有拉动的作用。

微逆和集中式、组串式逆变器的差别很显著。前一阵子,微逆比较小众,市场规模不大,商业模式也大不相同。大多数逆变器企业,特别是国内的供应商,更多是在集中式、组串式方面下功夫。从格局来看,现在Enphase占据着绝对的优势,有70%的市场份额,在产品质量、客户认可程度、配套服务能力方面都有一定的优势。当前微逆是一个高价值量的市场,有扩大规模的可能,也逐渐有有竞争力的国产企业冒出来了。如今禾迈、昱能、德业等构建了比较完整的微逆产品体系,国内企业的优势依旧在性价比上,过了品牌和产品的认知阶段后,在微逆领域国产企业可替代的潜在空间反而更大(目前逆变器整体市场中国产份额达到60 - 70%,微逆是相对空白的领域)。

3、代工的需求或许会增加。

逆变器的关键在于技术迭代能力和渠道品牌的构建。那些供应链管理、质量控制体系比较完善的企业,可以把部分或者全部的制造环节外包出去生产。委托加工这种模式能很快有产出,让逆变器企业的产能弹性空间变大,也能在一定程度上减少资本开支。等到芯片等供应瓶颈不那么紧张了,代工的需求可能就会增加。光伏行业发展得很快,像储能这类逆变器的分支赛道增长得更快。芯片供应缓和之后,代工是快速出产品、抢占市场份额的一个可行办法。

(这篇文章只是用来参考的,不代表我们的任何投资建议。要是想要使用相关的信息,就去看报告的原文吧。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站