储能系统中的关键零部件——IGBT

储能系统的成本构成中，电池与储能逆变器占据了重要地位，二者之和高达80%，而储能逆变器中的IGBT，作为其上游原材料，更是占据了不可或缺的20%-30%的价值量。IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，其性能直接影响着储能逆变器的性能，进而决定了整个储能系统的运行效率。在储能领域，IGBT发挥着至关重要的作用，包括变压、变频以及交变转换等，是储能应用中不可或缺的核心器件。储能变流器的关键原材料中，IGBT占据了举足轻重的地位，同时，电容、电阻、电抗器、PCB等也是不可或缺的组成部分。然而，目前IGBT仍主要依赖进口，国产IGBT在工艺上与全球领先水平尚存差距。但随着中国储能行业的迅猛发展，IGBT的国产化进程有望得到显著加速。

在储能应用中，IGBT的价值量相较于光伏更为突出。储能系统需要更多的IGBT和SiC器件，涵盖DCDC和DCAC两个关键环节，且存在两种不同方案：光储一体与独立储能系统。独立储能系统的功率半导体器件用量约为光伏的5倍。当前，光储一体方案可能占据超过60-70%的市场份额，而独立储能系统则占比30%。IGBT在储能逆变器中的应用优势明显，逐渐替代MOSFET成为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件。新能源发电行业的蓬勃发展，为IGBT行业带来了持续增长的强劲动力。IGBT，作为能源变换与传输的关键器件，其工作原理类似于一个带阀门控制的晶体管，能够控制电子在双向（或多向）中的流动。它融合了BJT双极型三极管和绝缘栅型场效应管MOS的优点，既具备MOSFET的高输入阻抗，又拥有GTR的低导通压降，使得IGBT在性能上更为出色。IGBT的开关动作是通过施加正向栅极电压来形成沟道，从而为PNP晶体管提供所需的基极电流，进而使IGBT进入导通状态。相反，若施加反向门极电压以消除沟道，并允许反向基极电流流过，则IGBT会关断。IGBT的驱动方式与MOSFET基本一致，只需控制输入极的N沟道MOSFET，这使得它具备高输入阻抗的特性。在能源变换与传输方面，IGBT担任着核心角色，常被形象地比喻为电力电子装置的“CPU”。这一关键器件在新能源装备等多个领域得到了广泛应用，且随着国家对战略性新兴产业的重视，其市场需求将持续旺盛。

IGBT凭借其诸多优势，如高输入阻抗、低控制功率、简化驱动电路、快速开关速度、大通态电流、低导通压降以及低损耗等，在市场上占据了显著优势。正因如此，IGBT已成为当前功率半导体市场的领先选择，其应用范围广泛，涵盖新能源发电、电动汽车及充电桩、电气化船舶、直流输电、储能、工业电控和节能等多个领域。

IGBT的分类

IGBT根据产品结构形式的不同，主要分为单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三大类。在小功率家用电器、分布式光伏逆变器以及小功率变频器等领域，IGBT单管得到了广泛应用。而IGBT模块，特别是在大功率工业变频器、电焊机以及新能源汽车（如电机控制器、车载空调、充电桩）等领域，则成为了主流选择。值得一提的是，当前市场上销售的多为这类模块化产品。

此外，智能功率模块IPM在变频空调、变频洗衣机等白色家电领域也发挥着重要作用。另一方面，根据应用场景的电压差异，IGBT又可分为超低压、低压、中压和高压等多种类型。在新能源汽车、工业控制以及家用电器等领域，中压IGBT是主要选择。然而，对于轨道交通、新能源发电以及智能电网等对电压要求较高的场合，则主要采用高压IGBT。IGBT多以模块形式呈现，据IHS数据揭示，模块与单管的使用比例约为3:。这些模块是经过精心设计的半导体产品，将IGBT芯片与FWD（续流二极管芯片）通过专有电路相连结，再经由塑料框架、衬底及基板等精细封装而成。其中，VA压接式IGBT便是模块化IGBT中的佼佼者。

市场现状：

中国企业正迎头赶上，但仍需努力提升自给率年，我国IGBT行业产量达到4亿只，但需求量却高达56亿只，自给率仅为3%。目前，国内IGBT市场主要被英飞凌、三菱电机、富士电机等海外厂商主导，其中英飞凌以9%的份额位居榜首。在IGBT模组市场，前三大厂商的市占率高达9%，而国产厂商斯达半导和中车时代的总份额仅为0%。此外，全球IGBT分立器件市场的前三强厂商合计占据24%的市场份额，其中仅有士兰微一家国产厂商以5%的份额跻身全球前十。随着光伏和储能市场的需求不断增长，加之海外芯片供应紧张，国产替代成为了必然趋势。IGBT器件作为新能源发电的核心部件，其性能直接影响发电效率，因此客户对功率半导体的价格敏感度相对较低，而对性能和可靠性要求则较高。过去，我国逆变器企业通常更倾向于选择性能卓越、稳定性更好的海外IGBT产品。然而，近年来由于多种因素的影响，海外光伏芯片大厂的交货时间延长，逆变器IGBT芯片的供需矛盾日益凸显。这促使我国光伏逆变器企业加快了对国产IGBT器件的验证和导入工作。部分企业已经深刻认识到建立国产供应链体系的重要性，并正在积极引入国产核心器件供应商。

值得一提的是，我国在逆变器环节具有显著的实力，全球市场占有率领先，这为国产IGBT等器件的导入提供了有利的条件。相较于海外企业，国产IGBT企业更有可能凭借本土供应优势，与客户保持密切对接和持续服务，从而逐步提升市场渗透率，有望进一步提高IGBT的市场份额。

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