การวิเคราะห์แนวโน้มทางเทคนิคและตลาดอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์เป็นศูนย์กลางการควบคุมระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ สามารถแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตโดยส่วนประกอบต่างๆ ให้เป็นกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อเชื่อมต่อเข้ากับระบบกริดหรือเพื่อโหลด อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยโมดูลแปลงพลังงาน โมดูลควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ โมดูลอีเอ็มไอ วงจรป้องกัน โมดูลตรวจสอบ โมดูลปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ และอื่นๆ อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับการพัฒนาเทคโนโลยีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และเทคโนโลยีการควบคุมที่ทันสมัย ​​กระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่ส่งมาจากส่วนประกอบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ต้องผ่านการประมวลผลโดยอินเวอร์เตอร์เพื่อส่งออก ดังนั้น อินเวอร์เตอร์จึงเป็นอุปกรณ์หลักในระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

อินเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิคส์สามารถแบ่งออกได้เป็นอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ อินเวอร์เตอร์แบบสตริง และอินเวอร์เตอร์แบบไมโคร ตามหลักการทำงาน เนื่องจากหลักการทำงานที่แตกต่างกันของอินเวอร์เตอร์แต่ละรุ่น สถานการณ์การใช้งานจึงแตกต่างกันด้วยเช่นกัน:

(1) อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จะรวมศูนย์ก่อนแล้วจึงกลับด้าน และเหมาะกับโรงไฟฟ้ารวมศูนย์ขนาดใหญ่ที่มีการส่องสว่างสม่ำเสมอเป็นหลัก อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จะเชื่อมต่อสายขนานหลายเส้นเข้ากับปลายด้านอินพุต DC ก่อน และหลังจากติดตามกำลังไฟฟ้าสูงสุดแล้ว อินเวอร์เตอร์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับจากส่วนกลาง ซึ่งโดยทั่วไปจะมีกำลังไฟฟ้ามากกว่า 500 กิโลวัตต์ต่อหน่วย ด้วยความสามารถในการผสานรวมที่สูงและความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูงของระบบอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ จึงมีต้นทุนต่ำ และส่วนใหญ่ใช้ในโรงงานขนาดใหญ่ที่มีแสงแดดสม่ำเสมอ โรงไฟฟ้าในทะเลทราย และโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์ขนาดใหญ่อื่นๆ

(2) อินเวอร์เตอร์สตริงจะทำการกลับเฟสก่อนแล้วจึงรวมเข้าด้วยกัน ซึ่งเหมาะกับสถานการณ์เช่นหลังคาบ้านขนาดเล็กและขนาดกลางและสถานีไฟฟ้าภาคพื้นดินขนาดเล็ก อินเวอร์เตอร์แบบสตริงใช้แนวคิดแบบโมดูลาร์ หลังจากการติดตามกำลังไฟฟ้าสูงสุดของแต่ละสตริงของแผงโซลาร์เซลล์ 1-4 แผงแล้ว พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตได้จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับก่อน จากนั้นจึงเพิ่มกำลังและเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า ดังนั้น อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์จึงมีขนาดเล็กกว่า แต่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายกว่า สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับโรงไฟฟ้าหลายประเภท เช่น โรงไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ โรงไฟฟ้าแบบกระจาย และโรงไฟฟ้าบนหลังคา ราคาจะสูงกว่าโรงไฟฟ้าแบบรวมศูนย์เล็กน้อย

(3) ไมโครอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับกริดโดยตรง ซึ่งเหมาะกับครัวเรือนและสถานการณ์กระจายขนาดเล็กเป็นหลัก ไมโครอินเวอร์เตอร์จะติดตามค่าพีคสูงสุดของโมดูลโฟโตโวลตาอิกแต่ละโมดูลอย่างอิสระ แล้วผสานเข้ากับระบบไฟฟ้ากระแสสลับผ่านอินเวอร์เตอร์ เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์สองตัวก่อนหน้า ไมโครอินเวอร์เตอร์นี้มีปริมาตรและกำลังไฟฟ้าน้อยที่สุด เหมาะสำหรับโรงไฟฟ้าแบบกระจายตัวในครัวเรือน และโรงไฟฟ้าขนาดเล็กแบบกระจายตัวสำหรับอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์บนหลังคา แต่มีราคาสูง และบำรุงรักษายากเมื่อเกิดข้อผิดพลาด

(3) ไมโครอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับกริดโดยตรง ซึ่งเหมาะกับครัวเรือนและสถานการณ์กระจายขนาดเล็กเป็นหลัก ไมโครอินเวอร์เตอร์จะติดตามค่าพีคสูงสุดของโมดูลโฟโตโวลตาอิกแต่ละโมดูลอย่างอิสระ แล้วผสานเข้ากับระบบไฟฟ้ากระแสสลับผ่านอินเวอร์เตอร์ เมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์สองตัวก่อนหน้า ไมโครอินเวอร์เตอร์นี้มีปริมาตรและกำลังไฟฟ้าน้อยที่สุด เหมาะสำหรับโรงไฟฟ้าแบบกระจายตัวในครัวเรือน และโรงไฟฟ้าขนาดเล็กแบบกระจายตัวสำหรับอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์บนหลังคา แต่มีราคาสูง และบำรุงรักษายากเมื่อเกิดข้อผิดพลาด

จากการได้รับประโยชน์จากการเพิ่มขึ้นของสัดส่วนการผลิตแบบกระจายและการเข้าสู่ตลาดโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เพิ่มมากขึ้น ทำให้ส่วนแบ่งการตลาดของอินเวอร์เตอร์แบบสตริงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตามสถิติของ GTM ส่วนแบ่งตลาดอินเวอร์เตอร์สตริงทั่วโลกในปี 2019 อยู่ที่ 52% เพิ่มขึ้น 11% เมื่อเทียบกับปี 2015 ตามสถิติของ CPIA ส่วนแบ่งตลาดอินเวอร์เตอร์สตริงภายในประเทศในปี 2020 อยู่ที่ 67% เพิ่มขึ้น 34.5% เมื่อเทียบกับปี 2016 เหตุผลเฉพาะมีดังนี้:

(1) โครงร่างสตริงเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจาย และการเพิ่มขึ้นของสัดส่วนจะส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของส่วนแบ่งของสตริงโดยตรง:

สถานีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบรวมศูนย์มีการลงทุนครั้งใหญ่ ระยะเวลาก่อสร้างยาวนาน และพื้นที่กว้างขวาง โดยส่วนใหญ่สร้างบนพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีการส่องสว่างสม่ำเสมอ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์สามารถใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์และมีเสถียรภาพในพื้นที่เปิดโล่งได้อย่างเต็มที่ ด้วยการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ โรงไฟฟ้าแห่งนี้เชื่อมต่อกับระบบส่งไฟฟ้าแรงสูงเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าจากระบบรวมศูนย์ระยะไกล และตกลงที่จะจัดสรรพลังงานให้แก่ผู้ใช้

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายมีการลงทุนต่ำ ก่อสร้างได้รวดเร็ว ใช้พื้นที่น้อย และการติดตั้งที่ยืดหยุ่น ซึ่งเป็นทิศทางหลักของการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ในอนาคต ระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย หมายถึง ระบบจ่ายไฟฟ้าที่ตั้งอยู่ใกล้กับสถานที่ใช้งานของผู้ใช้ นอกจากการใช้งานของผู้ใช้เองและบริเวณใกล้เคียงแล้ว พลังงานที่ผลิตได้ยังสามารถส่งพลังงานส่วนเกินไปยังเครือข่ายจำหน่ายไฟฟ้าในพื้นที่ได้อีกด้วย เนื่องจากลักษณะการกระจายตัวและความหนาแน่นพลังงานต่ำของแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ จึงมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติของการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย ด้วยเกณฑ์การลงทุนแบบรวมศูนย์ที่ต่ำ ผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีราคาค่าไฟฟ้าสูงในสวนสาธารณะ อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ภาคอุตสาหกรรม และภาคพาณิชย์ จึงมีความเต็มใจที่จะใช้ประโยชน์จากการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายมากขึ้น ซึ่งส่งเสริมให้ส่วนแบ่งการตลาดของอินเวอร์เตอร์แบบสตริงเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป

(2) ข้อดีของอินเวอร์เตอร์สตริงที่รองรับ MPPT และความสะดวกในการบำรุงรักษานั้นชัดเจน ด้วยกำลังไฟฟ้าแบบยูนิตเดียวที่เพิ่มขึ้น ความแตกต่างของราคาที่ค่อยๆ ลดลงและรวมศูนย์จะเร่งการเจาะตลาดโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่: อินเวอร์เตอร์แบบสตริงให้กำลังผลิตไฟฟ้าสูง ความน่าเชื่อถือสูง ความปลอดภัยสูง ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย ฯลฯ เมื่อโมดูลถูกบล็อกโดยเงาหรือเสียหาย แต่เนื่องจาก MPPT แบบหลายช่องสัญญาณ การผลิตไฟฟ้าจะได้รับผลกระทบเพียงสตริงไม่กี่สตริง ซึ่งช่วยลดความเสียหายได้ การสูญเสียจากความไม่ตรงกันของอาร์เรย์มีน้อยและมีประสิทธิภาพสูง จึงค่อยๆ นำไปใช้ในตลาดโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่

เหตุผลหลักที่อินเวอร์เตอร์แบบสตริงยังไม่สามารถทดแทนอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ในขนาดใหญ่ได้ก่อนหน้านี้ก็คือ ต้นทุนที่สูง และกำลังไฟฟ้าสูงสุดของอินเวอร์เตอร์หนึ่งเครื่องก็ถูกจำกัดด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้าและรูปแบบวงจรไฟฟ้า ด้วยการอัพเกรดซ้ำๆ การพัฒนาเทคโนโลยีโมดูลพลังงานแบบซ้อนทับอย่างต่อเนื่อง การปรับปรุงความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์แบบสตริงหนึ่งเครื่องอย่างต่อเนื่อง ราคาที่ลดลงอย่างรวดเร็ว และประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่โดดเด่น ทำให้โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จำนวนมากขึ้นเลือกใช้อินเวอร์เตอร์แบบสตริง จากสถิติของ PV-tech พบว่าในบรรดาโครงการจัดซื้ออินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ของรัฐวิสาหกิจ (SOE) ภายในประเทศที่ประกาศในปี 2020 อัตราการเสนอราคาของอินเวอร์เตอร์แบบสตริงได้เพิ่มสูงขึ้นเป็นประวัติการณ์ โดยคิดเป็น 74%

ความต้องการ “เพิ่ม + เปลี่ยน” เร่งให้เกิดการแพร่หลายของตลาดอินเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิคส์ อายุการใช้งานของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น IGBT ที่ใช้ในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์นั้น ต่างจากอายุการใช้งาน 25-30 ปี อายุการใช้งานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น IGBT ที่ใช้ในอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์นั้น โดยทั่วไปอยู่ที่ 10-15 ปี ดังนั้น อินเวอร์เตอร์จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนอย่างน้อยหนึ่งครั้งตลอดรอบการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ในปี พ.ศ. 2010 กำลังการผลิตติดตั้งใหม่ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกอยู่ที่ 17.5 กิกะวัตต์ เมื่อโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากขึ้นเข้าสู่ช่วงการเปลี่ยนถ่ายเทคโนโลยี ความต้องการทดแทนก็จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง