智能光伏十大趋势 光储融合，全面智能 加速光伏成为主力能源，让绿色电力惠及千行百业、千家万户 版权所有© 华为技术有限公司2023。 保留一切权利。 非经华为技术有限公司书面同意，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本手册内容的部分或全部，并 不得以任何形式传播。 商标声明 HUAWEI、华为、 是华为技术有限公司的商标或者注册商标。 在本手册中以及本手册描述的产品中，出现的其他商标、产品名称、服务名称以及公司名称，由其各 自的所有人拥有。 免责声明 本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、产品系 列、新技术等信息。 由于实践中存在很多不确定因素，可能导致实际结果 与预测信息有很大的差别。 因此，本文档信息仅供参考，不构成任何要约 或承诺。 华为可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。 华为数字能源技术有限公司 深圳市福田区华为数字能源 安托山基地 邮编: 518043 solar.huawei.com 2022年12月 前言 自2016年《巴黎协定》正式进入实施阶段以来，能源清洁化转型方兴未艾，尤 其是近两年，碳中和已成为全球共识，超过140个国家和地区提出承诺，将引 发新一轮的能源革命，加速能源清洁、低碳化转型。 落实“两个替代” （能源生 第二，要持续提升运营与运维效率 第三，要让高比例光伏实现稳定并网与消纳 处于高海拔的戈壁、荒漠，甚至近海区域，给运 了冲击。 诸如澳洲、英国等多个新能源占比较高的国 随着大型地面电站的规模越建越大，且一般多 维工作带来了较大困难；而分布式场景中，则面 临点多量散、安全要求高的挑战。 随着新能源占比的不断提升，给电网的稳定性带来 家和地区，都出现过由于新能源脱网导致的大规模 停电事故。 因此，如何在提升电网对于新能源消纳能 力的同时，保持电网的稳定性，是需要业界共同面对 的难题。 产清洁替代和能源消费电能替代）将成为实现碳中和的重要举措。 第四，安全发展是产业的基石 发电侧清洁替代： 进园区/家庭成为趋势，如何端到端地实现整个系统层面安全防护成为亟需关注的要点。 根据2022年英国独立气候智库Ember发布的报告显示，为实现全球温控 1.5℃的目标，到2030年，风能和太阳能发电量需保持每年20%的增长速 度。 2021年，全球风光发电量占比首次突破10%，未来仍然有很大的发展空 间。因此，全球主要区域都提出了未来清洁能源发展规划。今年5、6月，中国 和欧洲分别颁布了 《 “十四五” 可再生能源规划》 与 《Repower EU》 ，提出了更加 明确的新能源发展规划。 正如IRENA 2022对未来的预测，预计2030年光伏装机 将达到5200GW，2050年达到14000GW，成为绝对的主力能源。 消费侧电能替代： 根据IRENA预测，2050年电力在全球能源消费占比将超过50%，替代传统 化石能源，成为消费主力。以电代煤、以电代油、以电代气，电气化比重将大 幅提升。 另外，随着光伏发电走进千行百业、千家万户，向着光储充用全场景 融合发展，也加速了电力在消费侧的比重。未来，零碳工厂、零碳建筑、零碳 园区甚至零碳城市也将成为现实。 然而，在光伏产业高速发展的同时，依然存在很多的挑战要去解决， 最终让光伏成为最经济，最可靠的主力能源： 第一，应持续降低光储系统的度电成本 光伏产业的高速发展，离不开度电成本的持续降低，如何通过技术创新持续 优化度电成本，让光储系统的部署在更多的地区与场景加速实现商业闭环？ 近年来，光伏与储能电站的安全事故时有发生，尤其随着光储设备功率越做越大，以及光伏上屋顶、储能 我们正置身于能源清洁化转型的大浪潮中，针对上述挑战，光伏的发展未来将走向何方， 让我们共同揭晓。 目录 趋势一 光储发电机 01 趋势二 高密高可靠 04 趋势三 组件级电力电子器件 06 趋势四 组串式储能 10 趋势五 电芯级精细管理 12 趋势六 “光储网”融合 14 趋势七 重构极致安全 17 趋势八 安全可信 25 趋势九 全面数字化 28 趋势十 AI增效 31 2023 智能光伏十大趋势白皮书 加速光伏 成为主力能源 趋势一 澳大利亚： 光储发电机 2016年9月28日下午，新能源渗透率达50%的南澳州发生 强台风、暴雨，引起电网累计6次电压跌落，造成风电机组大规模 脱网，导致全州长达50h的大停电事故。这是世界上第一起由极 端天气诱发新能源大规模脱网导致的局部电网大停电事件，也 成为澳洲电网不断加严并网标准的“导火索” ，对澳洲发展新能 源带来了一定的影响。 背景 随着能源清洁化转型的发展，未来以光伏为代表的新能源将替代传统火力发电成为主力能源。 根据IEA预测，2022-2027年间，全球可再生能源装机 2019年8月9日下午5点左右，英国发生因风电脱网导致大 规模停电事故。大停电起源于英格兰的中东部地区及东北部海 到停电影响。 增量的60%，新增接近1500GW。 2025年初，光伏发电将超 越煤炭，成为全球最主要的电力来源。 传统以同步发电机 中国： 为主体的电力系统，将向高比例新能源、高比例电力电子 网与消纳却成为限制新型电力系统发展的主要瓶颈。 英国： 网的融合、互动与控制） 域，最终造成英格兰与威尔士大部分地区停电，约有100万人受 容量将增长2400GW，其中，光伏将占所有可再生能源新 装备的“双高”新型电力系统转变。 然而，新能源的稳定并 图2：故障时频率崩溃与电压崩溃波形 （来源：中国电科院，可再生能源发电装备与电 图 3：英国大停电事故分析 （来源：PSD 电力系统研究所） 截至2021年底，青海省风电装机896万千瓦、光伏装机1632万 图1：Renewables2022 （来源：IEA Analysis and forecast to 2027） 千瓦，占比分别为21.8%、39.7%，新能源总装机占比达61.5%，全国 最高，但本省最高负荷仅1051万千瓦，电力外送需求强烈。其中，以 100%输送新能源的青豫直流最具代表性。 然而，因高比例新能源在 直流双极闭锁后电压快速变化期间出现的无功反调问题，导致新能 源场站暂态过电压超过1.3倍，成为制约青豫直流送出的主要因素。 图 4：青豫直流近区暂态过电压问题 趋势 当前电力系统通过涡轮机、同步发电机与多时间尺度储能，构建了以机械+电磁为基础的电力网络， 具有一次能源可储、二次能源可控的特性。然而，随着新型电力系统向全面半导体化发展，将面临系统稳 定性、功率平衡以及电能质量等多种复杂技术问题，全球高比例新能源区域已出现电网事故。 01 从全球新能源发展历程来看，不同渗透率阶段新能源接入面临的消纳瓶颈和关键技术挑战各异： 01 新能源渗透率＜30%时，为保证系统供需实时平衡，并网地区的调峰调频灵活性资源需求急剧增加， 由于可再生能源是在局部集中接入，灵活性资源不足带来的问题主要体现为局部地区的弃风弃光。 02 加速光伏 成为主力能源 02 新能源渗透率30~50%之间时，电力系统运行场景更加多样化，新能源功率的波动性使得传统发电 机组不得不快速调整出力适应平衡的需要，对大型煤电、热电联产等火电机组的调频调峰能力提出 了进一步要求，同时电力资源需要通过在全系统内进行资源协调配置。 03 新能源渗透率水平50%~60%时，由于大型火电比例降低，系统强度不断下降，同步电网的惯性将大 2023 智能光伏十大趋势白皮书 趋势二 高密高可靠 幅度下降，有功功率控制和无功功率控制的难度不断加大，造成系统频率和电压波动幅度增大，暂 态稳定性问题突出，提高新能源电网友好性与配置一定比例的储能是提高新能源并网的重要措施。 04 新能源渗透率超过60%时，如大型新能源基地+特高压送出模式，受政策限制与成本因素，无法新建 火电厂或高比例配置同步调相机，系统少同步甚至无同步电源支撑，传统新能源的控制逻辑已无法 稳定并网。 因此，改变新能源控制模式，提高有功和无功控制与响应能力，主动缓解频率和电压波动，让光伏发 背景 近年来，传统化石能源的度电成本随着其资源 电从Grid Following走向Grid Forming，将成为解决光伏并网消纳的重要举措。 枯竭和碳税的应用不断升高，而新能源经济前景却 源型控制，并具备强惯量支撑、 瞬时稳压与故障穿越能力，让光伏发电从适应电网走向支撑电网，加速光伏 本下降近10倍，已低于传统化石能源度电成本，而 通过光储融合+Grid Forming技术，打造智能光储发电机，将新能源的控制逻辑，从电流源型控制转为电压 成为主力能源。 应用探索 令人瞩目。 根据IRENA分析，过去10年光伏的度电成 正是因为不断涌现的创新技术的驱动，加速了这一 趋势的到来。 图5：部分新能源度电成本变化趋势 （来源：IRENA WORLD ENERGY TRANSITIONS OUTLOOK 2022） 2021年，国网青海电力公司联合中国电科院、清华大学、浙江大学、华为技术有限公司成立专业研究 团队，历时四个多月，开展《大规模储能支撑高比例可再生能源电力系统安全稳定运行研究》 ，全面系统地 分析了电流型、电压支撑型等不同性能电化学储能支持复杂高比例交直流电网的机理特性和适应性，提 出了电压主动支撑型储能（Grid Forming）优化功率分配和控制的策略，为释放新能源发电和直流输电能 力提供了新的技术手段。 2022年，ACWA POWER、 山东电建三公司、华为携手建设了全球最大的光储微网项目⸺沙特红海新 城项目。 作为全球首个100%使用新能源供电的城市，也是沙特王国2030碳中和愿景规划的重点项目。 该 项目规划建设400MW光伏、1.3GWh储能，完全由光储系统支撑电网，替代传统油机，为100万人口提供清 洁稳定电力，助力沙特王国打造全球清洁能源和绿色经济中心，也成为面向未来，全球实现100%光储清 洁供电的重要实践。 03 04 加速光伏 成为主力能源 2023 智能光伏十大趋势白皮书 趋势三 趋势 高功率密度：光伏的度电成本的快速下降，很大程度依赖于设备的功率密度的提升。 01 子阵功率由1MW以下提升到3MW以上； 03 逆变器直流电压由1100V提升到1500V。 同时高密度碳化硅、氮化镓等材料科学的兴起，预计未 02 组件级电力电子 （MLPE） 组件的功率密度从200W提升到500W+； 来5年，逆变器的功率密度将再提升~50%。 高可靠保障：提升功率密度的同时让设备的高可靠性变得比以往更加重要。通过磁