微型逆變器幫助屋頂型太陽能達標

2019.06.27 by
陳世芳
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陳世芳,麥斯管理顧問公司創辦人、佑勝光電監察人、天使投資人。2004年9月起進入創投行業,目前經營自己的管理顧問事業,幫忙新創公司打雜。專業能力包括但不限於企業發展、技術前瞻與預測、產業分析、募資。

Andre Nery via shutterstock
經濟部能源局對屋頂型太陽光電寄予厚望,正計畫提高其占總太陽光電的比例,然而無論在都市或鄉村,都有受到遮蔽而降低發電效率的難題,現在微型逆變器正好解決這個問題。

經濟部能源局預估屋頂型太陽光電將在今年超過3GW,提早5年達成政策目標 [1],目前正在研討,2025年全國太陽光電總容量20GW不變的目標之下,提高屋頂型太陽光電的比例。根據能源局的統計,2018年太陽光電安裝容量達1.055GW,其中屋頂型太陽能是829MW,佔比高達78%,本來呼聲最高的地面型太陽能僅有226MW。

能源局預估2019年台灣太陽光電新增容量約1.5GW,如果我們用80%屋頂型估計,約占1.2GW。過去因為建築法規容積率限制與違章建築的議題,讓能源局保守預估屋頂型太陽能的容量。2018年,經濟部與內政部攜手合作,修正「設置再生能源設施免請領雜項執照標準」,增訂在不影響公共安全及妨礙違章建築處理之前提下,得設置太陽光電發電設備之態樣 [2]。都市的屋頂容易受到建築物的遮蔽,鄉村的屋頂也可能受到旁邊樹木的遮蔽,導致太陽能發電量減少,「微型逆變器」 的發明,正好解決這個問題。

解決發電量問題,微型逆變器能助屋頂型太陽能達標?

當然,事情不可能這麼順利,事實上微型逆變器在全球的市占率目前非常小,是一個很少人注意到的題目。目前市場上的主流產品是串列型逆變器(String Inverter)與集中型逆變器(Central Inverter)。集中型逆變器應用在地面型電站,其他非地面型電站主要使用串列型逆變器。市場調查機構IHS統計美國的太陽光電逆變器,發現串列型逆變器(單相/三相低功率)與集中型逆變器(三相高功率)的成長速度趨緩,成長速度最快的是微型逆變器,預估2019年市場規模達美金1.5億元,市占率約13% [3]。 (註:圖片的數字誤植,1,000M的正確數字應該為US$100M。)

圖一:IHS統計的美國太陽光電逆變器市場趨勢
IHS Markit

微型逆變器之所以能夠在美國市場快速成長,主要是因為具備以下的優點:

(1)優化每片模組,避免遮陰損失,發電量最大;
(2)不需DC零組件,安裝簡易輕鬆降低設計施工時間成本;
(3)單片監控,發電狀況一清二楚。

傳統的集中型與串列型逆變器,因為是數個模組串聯,當其中一個模組的電流下降(發電效率下降,可能是模組故障或是遇到遮蔭),則該串所有的面板電流也會跟著下降(因為直流串聯的電流是固定的,圖二左側三個模組的電流I值必須相同)。微型逆變器的原理則是讓每個模組併聯,所以個別的模組電流下降不會影響到旁邊的模組,每個模組上安裝一個微型逆變器,可以讓該模組的發電效率達到最大值。

圖二:傳統(String&Central)逆變器與微型逆變器的優化比較
昶昱能源(EnluxSolar)

微型逆變器因為體積小、重量輕,很容易安裝在太陽光電系統的支架上,主要動作是鎖螺絲與接電力線而已,所以獲得廣大的光電安裝業者喜歡,如圖三所示。

圖三:容易安裝的微型逆變器
昶昱能源(EnluxSolar)

這樣的論述,讀者可能沒什麼感覺,所以我分享一個ABB串列型逆變器的影片,告訴大家安裝串列型逆變器是非常專業的工作,一定要取得專業證照,一般民眾請勿輕易嘗試。我的意思並不是說安裝微型逆變器就可以比較隨便,而是說明對於專業人士來說,安裝微型逆變器的難度,遠遠小於安裝串列型逆變器,更別說是最複雜的集中型逆變器了。

ABB Solar Inverters:PVS-100/120 assembly video

高投資高報酬,微型逆變器市佔連年攀升

微型逆變器單位成本與一般中型三相串列型逆變器相比之下高出不少,約與小型單相串列型逆變器相當,但是發電量可以提高10到20%,直接提升了整體太陽光電的發電收益。同時,微型逆變器的功率比較小,約在300至700W之間,又選用高規格的電子零件,使用壽命約在20到25年。串列型逆變器的壽命約在5到8年。換算下來,微型逆變器的壽命大概是串列型逆變器的2.5到5倍的時間。如果我們把串列型逆變器的價格乘以2.5到5倍,其區間落在NT$7,350至21,000/KW之間,如果再考慮串列型逆變器少發電10到20%,微型逆變器並不是太貴。上面的現象如果用專業一點的論述,就是資本支出(CAPEX)與總體擁有成本(Total Cost of Ownership, TCO)的差別,簡言之,微型逆變器的資本支出比較高,但是總體擁有成本比較低,所以逐漸取得市場占有率。

當然,如果傳統逆變器在架構上取得創新,降低總體擁有成本,依然有競爭力。我們在產業前瞻分析會看到高單價高毛利率的產品市占率反而逐年增加的現象,通常就是因為其TCO比較低的緣故。CAPEX很容易讓我們誤判情勢,盡量少用這個指標。最近鬧得沸沸揚揚的離岸風電,具備高CAPEX的特性,但如果我們去分析其TCO(LCOE/LACE/SCOE)等,就會發現成本是非常低的,所以市占率逐年提高,快速成長。從以上分析可發現,系統容量20KW以下的小型家用屋頂市場,微型逆變器的成本優勢更勝於單相串列型逆變器。在中型的案場中,由於效能的提升,可做到單位裝置容量的效益最大化。

美商Enphase Energy是全世界微型逆變器的領導公司,經過多年的努力,深耕市場,累積競爭優勢,股價在2018年逆勢成長80%,異軍突起。我們可以看到太陽光電股票在2018年整體落後於S&P 500與Russell 2000,這是非常不好的一年。Enphase Energy的股價還要逆勢成長80%,實屬不易。

圖四:2018年太陽光電股價績效
NREL [4]

微型逆變器的領導公司Enphase功率最大的逆變器是460W(IQ7X, 96 cell),昶昱能源公司看到市場上對於降低CAPEX的期待,推出了EL-650微型逆變器,可連接兩片光電面板,獨立優化監控。這兩家公司各自代表不同的競爭策略,Enphase採用系統單晶片(SOC)的策略,一機對一板;昶昱能源則採用一機對多板的策略。究竟哪一個策略比較容易獲得市場的認同,值得我們觀察與期待。

我們看到微型逆變器取代單相串列型逆變器的趨勢(20KW以下的系統),如果參考美國市場規模,兩者相加每年約有新台幣150億元的市場。能源局改變政策,提高屋頂型太陽光電的容量目標,我們預期台灣的市場規模也會跟著成長。 微型逆變器因為增加發電量、容易安裝、容易監控、長壽命、低總體擁有成本,逐漸取得市場占有率。Enphase在2018年股價逆勢成長80%,實屬不易。有趣的是台灣公司昶昱能源科技用一機對二板的策略開發EL-650,要和Enphase的IQ7X SOC策略競爭,未來的市場變化,值得我們觀察與期待。

參考資料:
[1] Daisy Chuang, “屋頂型太陽能發展超乎預期,能源局擬調高配比,” Technews, 10 01 2019. [線上]. Available: https://technews.tw/2019/01/10/last-year-installed-2-4gw-roofsolar/. [存取日期: 22 02 2019].

[2] 內政部, “合法建物屋頂存有違章建築設置太陽光電申設說明,” 內政部, 2018.

[3] IHS Inc., “PV Inverter Market Tracker-Q4 2018,” IHS, Inc., 2019.

[4] David Feldman, Anna Ebers 且 Robert Margolis, “Q3/Q42018 Solar Industry Update(NREL/PR-6A20-73234),” NREL, 2019.

[5] CHRISTIAN ROSELUND, “US will see more than 8 GW of solar come online this year,” PV MAGAZINE, 14 01 2019. [線上]. Available: https://www.pv-magazine.com/2019/01/14/us-will-see-more-than-8-gw-of-solar-come-online-this-year/. [存取日期: 23 02 2019].

[6] ABB, “ABB Solar Inverters: PVS-100/120 assembly video,” ABB, 04 07 2018. [線上]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=RS6we3OPb5M. [存取日期: 23 02 2019].

[7] 昶昱能源, “昶昱能源新機種,即將發布!,” 昶昱能源, 29 01 2019. [線上]. Available: https://www.enluxsolar.com/HotNews/Article?hotId=6ee65f9a-bd86-4a5f-a3a2-00f9833651c9. [存取日期: 23 02 2019].

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