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1 市場(chǎng)需求：光伏裝機(jī)量高速增長(zhǎng)

逆變器為光伏發(fā)電核心

光伏逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)的心臟。光伏逆變器將太陽電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為符合 電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電，并配合一般交流供電的設(shè)備使用。光伏逆變器的性能可以 影響整個(gè)光伏系統(tǒng)的平穩(wěn)性、發(fā)電效率和使用年限。

IGBT是光伏逆變器的核心器件。光伏裝機(jī)容量的迅速提升驅(qū)動(dòng)逆變器行業(yè)成長(zhǎng)，同時(shí)為 IGBT的高速發(fā)展提供動(dòng)力。

全球光伏逆變器市場(chǎng)高速增長(zhǎng)

政策激勵(lì)拉動(dòng)逆變器出貨量提升。各國政府的各項(xiàng)激勵(lì)措施極大促進(jìn)了光伏行業(yè)的發(fā)展，光伏逆變器的出貨量大幅提高。2020年全球光伏逆變器的出貨量達(dá)到185GW，2013- 2020年間復(fù)合增速為24%。

存量替換需求持續(xù)。逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般為10-15年，而組件的運(yùn)營 周期是25年，所以逆變器在光伏組件的生命周期內(nèi)至少需要更換一次。據(jù)測(cè)算，2020年 全球光伏逆變器的更替需求約為8.7GW，同比增長(zhǎng)近40%。

中國是全球最大的光伏逆變器市場(chǎng)

歐洲、中東、非洲（EMEA地區(qū)）是光伏逆變器替換需求量最大的地區(qū)。EMEA地區(qū)在 2019年更換需求達(dá)到了3.4GW，占全球的54%，主要因?yàn)樵缙诠夥b機(jī)集中在了這些地 區(qū)。

國內(nèi)光伏裝機(jī)容量增長(zhǎng)，拉動(dòng)逆變器需求。隨著市場(chǎng)對(duì)新能源的需求增長(zhǎng)以及國家對(duì)光伏 發(fā)電實(shí)施政策的引導(dǎo)，國內(nèi)光伏市場(chǎng)的裝機(jī)容量呈現(xiàn)大規(guī)模增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，大幅拉動(dòng)光伏逆 變器的需求。2019年中國光伏逆變器出貨量達(dá)83GW，在全球的市場(chǎng)份額達(dá)65%。

國產(chǎn)光伏逆變器廠商為市場(chǎng)供應(yīng)主力

光伏發(fā)電直接產(chǎn)生直流電，經(jīng)光伏逆變器將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娮罱K并入電網(wǎng)。國產(chǎn)光伏逆變器廠商持續(xù)發(fā)力。2020年全球光伏逆變器市場(chǎng)出貨量達(dá)到185GW，華為、陽 光能源和SMA市占率分別為23%、19%、7%，連續(xù)五年位列前三。華為、陽光能源、上能 電氣、古瑞瓦特等中國廠商合計(jì)市場(chǎng)份額已超50%，成為全球光伏逆變器供應(yīng)主力。

組串式逆變器逐步替代集中式逆變器

分布式光伏裝機(jī)占比提升。2016年以來，分布式發(fā)電發(fā)展迅速，累計(jì)裝機(jī)容量的市場(chǎng)份 額持續(xù)提升，2019年我國分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量市場(chǎng)占比首次超過30%。

組串式逆變器出貨量占據(jù)絕大多數(shù)市場(chǎng)。目前逆變器產(chǎn)品主要分為三類，即組串式逆變 器、集中式逆變器和集散式逆變器。組串式逆變器由于其生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，逆變器結(jié)構(gòu) 有所優(yōu)化，大功率組串式逆變器的成本加速降低，組串式逆變器逐步替代集中式逆變器，2020年組串式逆變器市場(chǎng)出貨份額達(dá)到67%。（報(bào)告來源：未來智庫）

2 行業(yè)趨勢(shì)：IGBT單管與模塊并存

逆變電路：IGBT VS MOSFET

采用功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET構(gòu)成的推挽式逆變電路比較簡(jiǎn)單，變壓器的中性抽頭接于電源 正極，MOSFET的一端接于電源負(fù)極，交替工作最后輸出交流電力，但是帶感性負(fù)載的能 力差，而且變壓器的效率也較低，因此應(yīng)用起來有一些條件限制。采用絕緣柵雙極晶體管IGBT構(gòu)成的全橋逆變電路，其中Q1和Q2之間的相位相差180°，輸 出交流電壓的值隨Q1和Q2的輸出變化而變化。Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成續(xù)流回路，能夠承 載的電壓更大，變壓器的效率也更高，因此采用IGBT構(gòu)成的逆變電路的應(yīng)用較為廣泛。

光伏IGBT芯片的可靠性要求高

光伏IGBT芯片的國產(chǎn)化難度高。工控外接負(fù)載電機(jī)，會(huì)有過載的情況發(fā)生，電流過載使得 溫度升高，最終導(dǎo)致模塊失效，所以廠家在應(yīng)用IGBT模塊時(shí)留很大的余量，比如模塊的額 定電流為100A，降等用40-50A。而光伏是將直流電逆變到交流電，再上傳到電網(wǎng)，它沒 有過載，所以光伏逆變器的企業(yè)基本上把IGBT模塊用到極致，所以光伏企業(yè)對(duì)IGBT芯片 的可靠性要求高于工控領(lǐng)域。

集中式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

集中式光伏逆變器只有DC到AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率大多是125千瓦起步。一只500千瓦的集中式光伏逆變器里面使用4只125千瓦的逆變器進(jìn)行系統(tǒng)并聯(lián)，一只125 千瓦里通常使用三個(gè)半橋的1200V 600A的IGBT模塊。

半橋模塊也稱為2 in 1模塊，可以直接構(gòu)成半橋電路。半橋模塊的電流/電壓規(guī)格指的均是 其中的每一個(gè)模塊單元，如1200V 600A的半橋模塊，表示其中的2個(gè)IGBT管芯的電流/電 壓規(guī)格都是1200V 600A，即C1和C2之間可以耐受最高2400V的瞬間直流電壓。

一個(gè)半橋的1200V 600A的IGBT模塊內(nèi)部使用兩組IGBT芯片，每一組里面使用四顆150A 芯片進(jìn)行并聯(lián)，模塊內(nèi)共計(jì)使用八顆150A IGBT芯片。

組串式光伏逆變器在單個(gè)光伏 (PV) 電池板上轉(zhuǎn)換電源，單個(gè)光伏電池板的額定功率通常為 400W。組串式光伏逆變器通常基于兩級(jí)式電源轉(zhuǎn)換。首先，DC-DC升壓電路將可變直流 電壓轉(zhuǎn)換為固定直流電壓（通常為40V-60 V），同時(shí)，通過最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT ）從光伏板獲取能量（通常FSW=100 KHz）。接著在直流轉(zhuǎn)交流階段，逆變器將直流電源 轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)兼容的1Φ的交流電源。

組串式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

相比集中式逆變器，組串式逆變器的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，使用的IGBT數(shù)量更多。組串式逆變器 進(jìn)行并聯(lián)要控制諧振，否則可能造成大面積脫網(wǎng)現(xiàn)象。在DC-DC升壓階段可以使用模塊，也可以并聯(lián)多個(gè)單管，單管的數(shù)量根據(jù)器件的電流計(jì)算。假設(shè)電流為300A，可以使用4個(gè)75A的IGBT單器件或者6個(gè)50A的IGBT單器件進(jìn)行并聯(lián)，后續(xù)DC-AC階段與集中式逆變器相同，大功率的采用三電平IGBT模塊。

NPC 三電平IGBT拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

NPC拓?fù)渥畛Ｓ玫挠袃煞N結(jié)構(gòu)，“I”字型（也稱NPC1）和“T”字型（也稱NPC2、MNPC、TNPC、NPP等），由4個(gè)IGBT和兩個(gè)鉗位二極管組成。ANPC結(jié)構(gòu)是基于“I”字型NPC結(jié)構(gòu)發(fā)展出來的一種改進(jìn)型。NPC拓?fù)涞膿p耗分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致溫升不均衡，進(jìn)而限制模塊的功率輸出能力。而ANPC結(jié)構(gòu)多了兩個(gè)開關(guān)管以及 相應(yīng)的兩個(gè)中性點(diǎn)換流回路，可以更加靈活任意的配置開關(guān)管可以使損耗沒有那么的不均 衡，一定程度上可以提高模塊的輸出功率。

IGBT模塊需求量有望持續(xù)提升

逆變器的功率密度顯著提升。2020年集中式逆變器功率密度為1.16kW/kg，集中式電站用 組串式逆變器功率密度為2.14kW/kg，單相戶用光伏逆變器功率密度為0.57kW/kg，三相 戶用逆變器功率密度為1.00kW/kg。

集中式逆變器功率大于組串式逆變器。2020年，集中式逆變器單機(jī)功率為3125kW/臺(tái)，集中式電站用組串式逆變器單機(jī)功率為225kW/臺(tái)。戶用光伏逆變器單機(jī)功率，在220V電 壓下為8kW/臺(tái)，在380V電壓下約15-20kW/臺(tái)。逆變器功率密度及額定功率的提升，對(duì)IGBT模塊的需求量將提升。

3 投資機(jī)會(huì)：國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)

全球IGBT競(jìng)爭(zhēng)格局

海外企業(yè)良性循環(huán)：市占率越高，產(chǎn)品的反饋數(shù)據(jù)越多，積累的經(jīng)驗(yàn)越多，產(chǎn)品越成熟，利 潤體量越大，投入新一代研發(fā)也越多。2020年英飛凌在IGBT單管和模塊的市場(chǎng)份額均為首 位，分別為29.3%/36.5%。

國內(nèi)企業(yè)發(fā)展受阻：貿(mào)易摩擦之前，由于產(chǎn)品長(zhǎng)期得不到客戶使用，無法積累大規(guī)模量產(chǎn)情 況下的數(shù)據(jù)，產(chǎn)品小批量出了問題也不知道如何解決。

IDM：英飛凌

公司提供的IGBT裸片是硅基的絕緣柵雙極晶體管芯片，裸片和晶圓級(jí)別的芯片可幫助模塊 制造商提高產(chǎn)品集成度和功率密度，并有效節(jié)約電路板空間。另外，英飛凌還提供完整的 IGBT單管，電流密度高且功耗低，能夠提高能效、降低散熱需求，從而有效降低整體系統(tǒng) 成本。功率模塊是比分立式IGBT規(guī)模稍大的產(chǎn)品類型，滿足大功率應(yīng)用的需求。英飛凌的產(chǎn)品覆 蓋了幾百瓦到幾兆瓦的功率范圍，性能、效率和使用壽命均很出色，有利于光伏逆變器的 設(shè)計(jì)。

Fabless：Vincotech

Vincotech是全球排名前十的IGBT模塊供應(yīng)商，在光伏領(lǐng)域，公司從英飛凌采購芯片后自行封 裝，為集中式逆變器、單相組串式逆變器、三相組串式逆變器提供IGBT模塊，在2015年 49GW光伏逆變器總出貨裝機(jī)市場(chǎng)中占比約為四分之一。

NPC（中性點(diǎn)箝位式）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅可用于操作650V組件，可輕松實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的切換頻率。MNPC（混合電壓中性點(diǎn)箝位式）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在靜電損失、超電壓和故障處理方面更勝一籌。NPC電路需要斷開序列，在故障關(guān)機(jī)的情況下可保護(hù)組件不受超電壓影響，但MNPC電路不需 要。兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的交疊點(diǎn)（效率VS.PWM頻率）主要取決于所安裝的組件。公司的NPC模塊 采用最新的IGBT和Si組件，當(dāng)頻率高于8kHZ時(shí)，NPC模塊的性能和成本效益更高。

國內(nèi)光伏IGBT產(chǎn)業(yè)鏈分布

進(jìn)口替代空間巨大。此前光伏逆變器領(lǐng)域使用的IGBT幾乎都是進(jìn)口品牌，但是海外供應(yīng)商 的IGBT單管大面積缺貨，光伏逆變器廠家生產(chǎn)非常緊張，轉(zhuǎn)而選擇國內(nèi)有實(shí)力的供應(yīng)商。國內(nèi)本土企業(yè)與客戶聯(lián)合研發(fā)，從源頭設(shè)計(jì)定制的器件，使得光伏逆變器廠家降低生產(chǎn)成本 并且優(yōu)化產(chǎn)品性能。

Fabless：宏微科技

2020年宏微科技的新能源行業(yè)收入為1866.8萬元，占比僅為5.7%，隨著光伏需求的不斷 提升，未來成長(zhǎng)空間廣闊。2020年2月，公司與某頭部企業(yè)簽訂了《關(guān)于光伏IGBT產(chǎn)品的合作協(xié)議》，合同期限至 2025年12月31日。2020年華為、陽光能源、上能電氣、古瑞瓦特等中國廠商在全球逆變 器市場(chǎng)份額已超50%。光伏逆變器對(duì)IGBT芯片的可靠性要求嚴(yán)格，公司產(chǎn)品獲得頭部企業(yè) 認(rèn)可，有望進(jìn)一步獲取其他光伏逆變器公司入場(chǎng)券。

芯片能承受的結(jié)溫是175℃，VCE(sat)值乘以電流就是導(dǎo)通損耗，損耗越大，越容易達(dá)到 175 ℃的結(jié)溫。在相同損耗的情況下，VCE(sat)值越小，輸出電流可以越大。Eon指的是IGBT開通功耗，Eoff指的是IGBT關(guān)斷所消耗的能量。Ets（總開關(guān)功耗）＝Eon+Eoff。

宏微科技第三代IGBT產(chǎn)品參數(shù)已經(jīng)接近英飛凌，部分參數(shù)如飽和壓降甚至優(yōu)于英飛凌。電流密度能夠反應(yīng)成本，密度越大，芯片可以做的越小，目前宏微科技的電流密度稍弱于 英飛凌。

Fabless：新潔能

司主要為 Fabless 模式，并向封裝測(cè)試環(huán)節(jié)延伸產(chǎn)業(yè)鏈，在溝槽型功率 MOSFET、IGBT 等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)方面擁有多項(xiàng)核心技術(shù)，細(xì)分產(chǎn)品型號(hào)約500余種。公司利用溝槽柵場(chǎng)截止型IGBT技術(shù)（Trench Field Stop）理論，通過采用高密度器件結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)以及先進(jìn)的超薄芯片加工工藝，推出全新一代Trench FS Ⅱ IGBT系列產(chǎn)品。Trench FS Ⅱ IGBT系列產(chǎn)品通過優(yōu)化載流子注入效率和載流子分布，顯著降低器件飽和壓 降和關(guān)斷損耗，從而降低器件功耗，提升系統(tǒng)效率。

近年來，我國新能源行業(yè)持續(xù)快速增長(zhǎng)，在電網(wǎng)中占比日益提高，特別是“碳中和”成全 球共識(shí)，光伏/風(fēng)力發(fā)電有望成為“碳中和”主力。IGBT、MOSFET 等的功率集成模塊是 光伏/風(fēng)力等大功率逆變器的核心器件，市場(chǎng)前景廣闊。公司在原有 IGBT、MOSFET 等單 管的研發(fā)基礎(chǔ)上延伸相關(guān)模塊研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，有利于公司進(jìn)一步抓住下游行業(yè)發(fā)展的契機(jī)，并在光伏新能源及新能源汽車等新興應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。（報(bào)告來源：未來智庫）

IDM：揚(yáng)杰科技

公司是國內(nèi)少數(shù)IDM廠商，產(chǎn)品線含蓋分立器件芯片、整流器件、保護(hù)器件、MOSFET、功率 模塊、碳化硅等，其中光伏二極管在全球的份額超過30%，產(chǎn)能已經(jīng)超越了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。憑借光伏二極管積累的優(yōu)質(zhì)客戶資源以及自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，公司的IGBT產(chǎn)品加速向光伏逆變 器廠商導(dǎo)入。公司產(chǎn)品的最大工作結(jié)溫為175℃，具備低飽和壓降，低開關(guān)損耗等特點(diǎn)。產(chǎn)品采用超快速和軟恢復(fù)特性的續(xù)流二極管，具備高短路電流能力（10us以上）使用DBC結(jié)構(gòu)的絕緣性散熱底板。

IDM：士蘭微

公司從集成電路芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)開始，逐步搭建了特色工藝的芯片制造平臺(tái)，并已將技術(shù)和制 造平臺(tái)延伸至功率器件、功率模塊、MEMS傳感器等封裝領(lǐng)域，建立了較為完善的IDM（設(shè) 計(jì)與制造一體）經(jīng)營模式。公司采用場(chǎng)截止4Plus(Field Stop lV+）工藝、第五代場(chǎng)截止(Field Stop 5）工藝制作，具 有較低的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、高輸入阻抗，開關(guān)速度快，產(chǎn)品應(yīng)用于光伏，UPS以及PFC 等領(lǐng)域。

原標(biāo)題： 光伏用IGBT市場(chǎng)研究