储能电源市场分析与氮化镓方案技术应用

2023（春季）亚洲充电展于3月14日至3月16日在中国·深圳福田会展中心7号馆举办。亚洲充电展每一次举办都是一场充电行业的盛事，在这里，将展示当下全球范围内的充电行业的新产品、新技术，是行业热门赛道和行业发展的风向标。

本次展会共有数百家知名企业出席，同时会有多名业内知名大咖在会上发布的相关研究成果，目的是通过亚洲充电展这个平台推动国际间各公司的交流与合作，充电产业的相关人士进行相互间的友好交流，加快各个企业发展的脚步和充电技术的发展。

在本次亚洲充电展上，深圳市芯仙半导体有限公司，执行董事胡工，发表了主题为“储能电源市场分析与氮化镓方案技术应用”演讲。

SEMITRONIC（芯仙）是一家高端电源设计型方案公司。专注于适配器；PD快充电源；储能电源；工业电源的开发设计。提供芯片选型、硬件设计、软件开发的整体解决方案服务；具有多年的电源技术开发积累；致力为行业提供高安全、高性能、高质量的解决方案；与广大客户合作共赢。

可再生能源是全球能源转型的必经之路，随着全球电力系统的脱碳化进程中，到2050年，在加速转型和净零情景下，全球的风力和太阳能发电约占全球发电量的60%-70%。

当前新型储能发展产业迈入了“政策+市场”双轮驱动的新阶段，国家层面密集出台-系列与储能直接相关的政策，从不同的层面为储能的市场参与方式、成本疏导方式、项目安全管理要求指明了方向。

在“十四五”新型储能发展实施方案提到加大力度发展电源侧新型储能。主要提到五点，分别是友好型新能源电站建设、高比例可再生源基地外送、沙漠戈壁荒漠大型风电光伏基地开发消纳、促进大规模海上风电开发消纳、提升常规电源调节能力。

“十四五”能源领域科技创新规划，在储能技术领域大力发展能量型/容量型储能技术装备及系统集成技术、功率型和备用型储能技术装备与技术集成系统、储能电池共性关键技术、大型变速抽水蓄能及海水抽水蓄能关键技术、分布式储能与分布式电源协同聚合技术。

截至2021年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4GW，同比增长9%。其中，抽水蓄能的累计装机占比首次低于90%，比去年同期下降4.1个百分点；新型储能的累计装机规模紧随其后，为25.4GW，同比增长67.7%，其中，锂离子电池占据绝对主导地位，市场份额超过90%，美国、中国和欧洲占全球市场的80%。

欧洲电化学储能2021年新增容量超过3GWh，累计装机超过8GWh，新增装机主要由表前和户用贡献，其中户用连续多年保持40%以上增速。据SoarPowerEurope统计，2020年欧洲户用电池储能安装量突破14万套，容量达到1072MWh，较2019年增长44%。据IHSMarkit统计，2021年欧洲户用储能装机达到1717MWh，同比增长60.2%。其中德国，意大利、西班牙、奥地利、瑞士、英国分别新增装机占据了欧洲户用储能总装机95%以上的份额。

根据WoodMackenzie统计，2021年美国电化学储能新增装机达到3.58GW/10.5GWh，根据NRE预测，2050年美国储能总装机将超过200GW，虽然目前抽水蓄能占据了90%左右的市场，未来电化学储能是主要的增长动力，其中当前新增装机以2h和4h储能系统为主，未来逐渐向长时储能发展，以4h和6h储能系统为主，在预测储能装机容量时，提出基于适度的电池成本，2050年美国储能装机可以达到213GW，是当下装机容量的近十倍。

2021年中国新增新型储能项目接入位置/应用场景分布；中国新型储能累计投运规模预测；中国新型储能市场项目规模等级分布情况。

户用储能分析，储能是提高电力系统可靠性、促进新能源消纳的关键技术。储能是将不易储存的电能转化为机械能、化学能等形式储存起来，以便需要时使用的技术。储能系统可以动态吸收并储存来自发电侧或电网的电能，在需要时释放，从而改变电能生产，输送和使用同步完成的模式，使得实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，有效提高电能质量和用电效率，储能可用于电力系统的各个环节，包括发电侧，电网侧和用户侧。

户用储能系统通常与户用光伏系统组合安装，为家庭用户提供电能。白天，光伏所发的电能优先供本地负载使用，多余的能量存储到蓄电池，在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网；夜间，光伏系统无法发电时，蓄电池放电提供电能供本地负载使用。户用储能系统可以提高户用光伏自发自用程度，减少用户的电费支出，并在极端天气等情况下保障用户用电的稳定性。对于高电价、高峰谷价差或电网老旧地区的用户，购置户储系统具备较好的经济性，家庭用户有购置户储系统的动力。

自用储能装机规模通常在10kWh 级，通常在与兆瓦时级以上的发电侧/电网侧/工商业储能相比，单机规模小得多，不同于大型储能的多种技术路线选择(抽蓄、压缩空气、电化学、飞轮储能等)，户用储能通常采用装机规模灵活、产业链成熟，易于量产推广、安装运维简便的电化学储能路线。户用电化学储能系统通常由电池组电池管理系统(BMS)储能电源(PCS)和能量管理系统(EMS)构成，其中储能电池和储能电源是价值量较高的核心环节。

户用储能分析分析，户储与大型电力储能、工商业储能互为补充，赛道成长性和盈利性好。户用储能与户用光伏配合使用，属于分散布局、就近利用的储能形式，可以很好地适应分散的电力需求和资源分布，将和大型储能系统并行发展、互为补充，成为以可再生能源为主体的新型电力系统的重要组成部分，发展空间广阔，且赛道盈利性好。

户储产业方兴未艾，欧洲、美国是主要市场。全球储能市场高速增长，用户侧储能是重要驱动力之一。

户用储能赛道迎来高速增长。2021年以来，在高电价和能源安全需求驱动下，全球户用储能需求迎来爆发，高工产研估计，2021年全球户用储能新增装机6.4GWh，2022年新增装机将达到15GWh。欧洲和美国是全球户用储能装机主力各占据约全球1/4的市场。

欧美户储市场高度景气，未来具有广阔的成长空间。

从相关政策、市场特点、用户动力、市场空间四个方面分析了欧美市场。

户储市场规模分析。

户储变流器赛道，国内外主要参与者多为光伏逆变器企业。储能变流器技术、产线和供应链与光伏逆变器共通，且销售渠道高度重合，因此储能变流器主要参与者多为光伏逆变器厂商。储能变流器赛道起步较光伏逆变器稍晚，储能变流器业务对相关公司的营收贡献比例通常并不高，低于光伏逆变器占比；但储能变流器毛利率通常高于光伏逆变器，有望成为其后续业绩增长的强驱动力。

商业模式：储能变流器主要作为终端产品销售，部分大型厂商推出配套电池产品，实现向下一体化。在终端分体安装的场景下，储能变流器（单储能或光储混合）是面向终端客户的产品，存在品牌溢价和客户认知。户储变流器赛道主要参与者大多已有户用光伏逆变器海外渠道与品牌认知积累，凭借技术、渠道、品牌，以及对海外不同地区电网的理解，打造自身竞争力。在推广储能变流器产品的同时，部分厂商寻求向下一体化，提供户储一体机或与自身变流器适配的储能电池系统，为客户提供完整的户储解决方案。

阳光电源、华为、古瑞瓦特、德业股份、国德伟、锦浪科技、SMA、Fronius、Enphase、SoarEdge多家企业产品布局。

微型逆变器分析。

光伏发电系统的风险：运维触电风险、火灾风险和施救风险。集中式或组串式逆变器系统直流电压可达600-1500V而微型逆变器采用并联方式接入电网，直流电压一般不超过80V，彻底解决由高压拉弧引起的火灾。

组件级产品主要有微型逆变器、关断器和优化器：组串式+关断器/优化器方案仅解决了触电和施救问题，未彻底消除火灾隐患，微型逆变器凭借低压接入特性，彻底消除了触电、火灾和施救风险。

全球逆变器出货量迅速增长：2020年全球逆变器出货量为185GW，同比增幅43%，逆变器市场规模已达71.9亿美元。微型逆变器出货量为2.28GW，占比1.2%，市场规模已达7.41亿美元，占比10.3%。

北美和欧洲是两个微型逆变器最主要的市场：2016-2020年期间，北美和欧洲市场微型递变器出货量合计占比均超过80%，拉美地区微型逆变器的出货量迅速提升，2020年上比8%。

分布式市场发展、微逆渗透率提高，二者共同决定了微逆的市场空间。近年来全球分布式光伏新增装机量和微型逆变器渗透率均有提升，2020年微逆渗透率达5.01%。

未来仍将呈现集中式和分布式共同发展的市场格局：随着分布式光伏发电优势逐渐发挥，中国、巴西、印度等分布式市场将快速增长，欧美分布式市场保持稳定增长。

中国分布式新增装机占比突破50%：近年来中国分布式新增装机占比提升迅速，2021年达到55%，光伏发电集中式与分布式并举的发展趋势明显。

中国分布式装机占比将进一步提升：随着整县推进、公共绿色建筑发展、乡村振兴、分时电价机制、相关地方政策、国有企业进入市场等利好政策措施发布，我们预计2025年我国分布式新增装机量将达到75GW。

中国新增光伏装机量最高，远超其他地区，美国、欧洲次之。以巴西为主的拉美地区新增光伏保持高增速。日本新增分布式占比保持40%以上，印度分布式占比较低。

澳大利亚分布式占比超过70%、欧洲保持50%新增分布式占比：澳大利亚太阳能资源优质，分布式占比最高。欧洲市场相对成熟，各国政策利好，预计未来分布式保持稳定增长。

世界各国纷纷提升安规要求：美国NEC安规标准每三年更新一次，要求实现“组件级关断”，澳洲提高关断要求，欧盟立法设定关断后最高电压。

安规提升结合BIPV发展共同助力国产组件级产品：最新推出的绿色建筑政策也将助力光伏建筑一体化(BIPV)的发展。分布式光伏安全征求意见稿结果发布后国内组件级产品将迎来爆发式增长。

欧洲加速新能源替代，旨在摆脱俄罗斯进口限制：欧盟屡次提升计划光伏装机量，德国计划提前15年实现100%可再生能源发电。英国计划大幅提升光伏装机量，西班牙、法国光伏产业受益于援助计划。

国产组件产品海外爆单：2022年一季度组件级产品海外市场爆单。欧洲电价上涨300%，刺激光伏需求量剧增，户用侧光伏+储能系统安装意愿强烈，市场前景广阔。

预计2025年全球光伏新增装机将达507GW，分布式占比50%，2020-2025年全球光伏新增装机量CAGR为29.73%。全球分布式光伏市场稳中有升，将持续带动微型逆变器市场的发展。

预计2025年微型逆变器市场规模将达325亿元，2020-2025年CAGR为47.22%，出货量将达38GW。随着技术成熟、成本下降，以及安全规范逐渐严格，微型逆变器市场规模将进一步提升。

预计2025年美国微逆市场规模占全球41.53%，市场规模达134亿元：欧洲微逆市场成熟，分布式占比和微逆渗透率均高于全球平均水平，加之战争扰动下欧洲能源危机意识加强，微逆市场规模有望大幅提升。

巴西分布式增长速度最快：巴西最新颁布的净计量法案将极大促进分布式光伏的发展。中国分布式新增装机量最大，随着国内安规进一步提升，将成为微逆最大的潜在市场。

国内各类型产品功率密度普遍高于国外；功率密度是反映逆变器设计能力的核心技术指标，高功率密度意味着更高效的电能变换、更低的原材料成本和更便捷的安装。

国产微逆产品齐全，功率范围窗，为客户提供更多选择：美国小功率屋顶光伏项目中户用占比较大。目前以一拖一一拖二产品为主，国产一拖六产品领先全球。可比产品型号中，禾迈一拖四微逆在全功率范围内且有较优的效率水平。

芯仙半导体提供整体储能系统解决方案，包括变流器、双向逆变、电池管理系统（BMS）、光伏控制器(MPPT)、主控（DC主控面板）。

芯仙旗下全氮化镓双向逆变电源，最高效率不低于95%，采用英诺赛科氮化镓功率MOS。

低压侧特写，采用12颗英诺赛科100V/3.2mΩ氮化镓功率MOS。

高压侧特写，采用6颗英诺赛科650V /30mΩ氮化镓功率MOS。

变流器、双向逆变主拓扑结构图，图腾柱无桥PFC-支持整流和逆变、GaN快管、UPS旁路、边充边放。

储能电源、双向逆变主拓扑结构，全谐振软开关双全桥C拓扑+SR同步整流。

储能电源、双向逆变特点介绍

1、AC/DC或DC/AC双向能量流动，一机两用；整流模式时市电给电池充电，逆变模式时电池给交流负载供电。

2、基于GaN的先进拓扑和DSP全数字控制技术，整流模式和逆变模式的峰值效率均高达96%，功率密度高，重量轻。

3、整流模式和逆变模式均支持多机并联，提升系统功率。

4、AC输出支持孤岛离网模式、并网发电模式、UPS模式。

5、基于GaN的图腾柱无桥PFC拓扑和全谐振软开关全桥C拓扑。

6、逆变输出标准正弦波，失真度低。

7、动态响应好，动态负载时输出快速稳定。

8、主动均流，最大支持16个模块均流，均流精度高。

9、稳态电压、频率不受负载变化影响。

芯仙和友商的储能电源、双向逆变对比。芯仙的方案具有采用高压侧A GaN设计，高频高效率高功率密度，矩阵变压器设计，交流损耗低，易于散热等优势。

电池管理系统(BMS)架构框图。

电池管理系统BMS主要是对电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC/SOH/SOP估算、短路保护、漏电监测、显示报警，充放电模式选择等，并通过CAN或RS485总线的方式与控制器、逆变器或充电机进行信息交互，保障高效、可靠、安全运行。芯仙电源管理系统特点介绍。

芯仙光伏控制器(MPPT)架构框图及概述.

光伏控制器(MPPT)能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。

最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)系统是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中，可有效地解决常规电网不能覆盖的偏远地区及旅游地区的生活和工业用电，不产生环境污染。

光伏控制器(MPPT)特点

1、基于全局扫描和准梯度式扰动观测法的光伏组件MPPT算法；通过准梯度式扰动观测法实现光伏组件的最大功率输出。

2、针对环境突变情况采取定功率差切换扫描的控制策略实现在任意工况下实现光伏组件的最大功率输出；具有较好的动态性能和稳态性能。

3、双波峰或多波峰追踪技术，当电池板有阴影遮挡或是部分电池板有损坏时，将出现多个波峰，控制器仍能准确追踪到最大点功率。

4、采用FB-PS-PWM ZVS软开关技术和稳定性好、可靠性高的改进型CVT控制策略，有效解决FB-PS-PWM ZVS技术存在的滞后桥臂实现软开关较为困难、副边整流尖峰干扰和CVT控制策略，通过采用可饱和电感和增加辅助谐振网络解决滞后桥臂实现软开关较为困难的问题。

5、四开关升降压拓扑结构， FB-PS-PWM ZVS软开关技术；有效解决传导与辐射问题；温升低效率高。

6、具有过压、过流、过温、反接、短路等保护功能；安全性高。

7、追踪效率：≥ 99%；峰值转换效率：≥ 96%。

主控(DC主控面板)架构框图及概述

DC主控主要负责储能系统的工作管理与调度，使系统安全可靠的运行；管理面板各路DC输入输出；管理系统运行日志与云端服务器及移动设备App交付数据；实现可视化人机交互与数据传输；实现远程OTA升级,管理系统软硬件版本；通过与云端数据库的交互，实现端到端的品质追踪，分析用户使用场景，提高更好的用户使用体验，是整个系统的大脑。