绝缘栅

IGBT助力碳中和的重要工具,新能源

发布时间:2022/11/3 14:04:27   
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一、IGBT的定义和主要应用领域。

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)即绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,是功率器件中应用范围最广的元器件,是能源变换与传输的核心器件,主要用于实现电压、频率、直流交流转换等功能,俗称电力电子装置的“CPU”,广泛应用于光伏/风电设备、新能源汽车、家电、储能、轨道交通、电网、航空航天等领域。

IGBT是助力国家实现碳中和的重要工具之一,在节能减排方面能够发挥巨大作用。一方面,IGBT是光伏、风电、新能源汽车、充电桩等新能源产品的核心组成器件,它能够将风电和光伏发出的粗电变成平稳上网的精细电,在电机驱动器、车载空调和充电桩上也有广泛应用;另一方面,IGBT能够帮助传统工业领域减少电力消耗,实现节能减排,其中应用最广的细分行业便是变频器,它是我们常用的变频空调等家电实现节能降耗的根本,此外IGBT在伺服机、逆变电焊机和UPS电源等领域发挥着重要作用。从下游应用情况来看,新能源汽车、新能源发电和工业控制是占比最高的三个领域,也是未来提供持续增量的重要方向。

二、下游主要应用领域发展情况。

1、新能源汽车领域。

在新能源汽车方面,IGBT主要应用于电控系统,约占电控系统成本的37%,年全球新能源乘用车销量达到.48万辆,即使在全球汽车市场萎缩的情况下,新能源乘用车依然有着41.4%的高速增长,预计到年,全球新能源汽车销量将达到万辆,年复合增长率超过30%,而我国占比预计在50%所有,即万辆。

根据年新能源汽车的销售结构,单车主驱逆变IGBT价值量平均约为美元,则全球新能源车用IGBT的市场约为6.88亿美元,以年全球万销量测算,届时全球车用IGBT市场规模有望超过26亿美元,约亿人民币。

2、新能源发电领域。

在光伏和风电方面,IGBT是光伏和风电逆变器的核心器件,逆变器需要大量高压、超高压的IGBT模块,将光伏发出的粗电转换为可平稳上网的精细电,IGBT约占逆变器价值量的20%-30%。

年全球光伏发电装机容量达GW,同比增长20.5%。我国光伏装机容量持续快速增长,年1-8月装机22.05GW,同比增长45%。年,我国新增风电装机容量72GW,同比增长%。近期随着国内首个风光大基地GW项目正式开工落地,我国光伏和风电装机有望再度超预期。

此外,IGBT在储能领域依然有着非常重要的作用,它是储能变流器(PCS)的核心器件,而储能的作用是平滑新能源发电的输出,随着新能源发电占比不断提升,发电侧的储能建设需求将快速增长。年全球储能装机容量达5.5GW,预计年将实现翻倍增长,年则有望达到26.2GW,发展前景广阔。

3、工控领域。

工业控制行业的发展是我国制造业向中高端转型的核心驱动,一方面,我国不断出台政策支持、鼓励先进制造业发展,这将带动工控行业规模持续扩大;另一方面,随着我国人口红利递减,人力成本呈上升趋势,制造企业均在加快自动化进程,工控行业作为智能制造装备业重要组成部分将充分受益。IGBT在工业控制领域应用场景主要包括变频器、逆变焊机以及UPS电源等。

(1)变频器。

变频器是通过改变电机工作电源频率来控制交流电动机的电力控制设备,其作用主要是调整电机的功率、实现电机的变速运行,以达到省电的目的,变频器需要依靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率。变频器应用广泛,高压变频器主要用于矿厂、化工、冶金、电力能源、市政等行业,低压变频器的应用比较分散。

在碳中和背景下,变频器在冶金、煤炭、石油化工等工业领域的应用范围将不断扩大,同时我国城市化进程的加快也推动变频器在市政、轨道交通等公共事业领域的需求持续增长。根据前瞻产业研究院预计,我国变频器市场到年有望突破亿元。

(2)逆变电焊机。

电焊机是利用正负两极在瞬间短路时产生的高温电弧来熔化电焊条上的焊料和被焊材料,使被接触物相结合的设备,逆变电焊机相较于传统电焊机具有体积小、重量小、能耗低、可控性强、造价低等优点,未来发展趋势较好,其中,IGBT模块在DC/AC逆变电路中起高频开关作用。根据前瞻产业研究院数据,我国逆变电焊机年预计市场规模为亿元,-年年均复合增速为7.22%。

(3)UPS电源。

UPS(不间断电源)是一种含有储能装置的不间断电源,主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备,提供不间断的电源,广泛应用于政府、电信、银行、互联网、矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、电子设备等领域。根据前瞻产业研究院数据,我国UPS电源年预计市场规模为亿元,-年年均复合增速为12.97%。

综上,整体来看,IGBT的主要应用领域未来一段时间的市场规模增速都将保持高速增长,因此预计我国IGBT整体市场规模同样将保持高速增长。不过,目前,全球IGBT市场集中度较高,主要由国外领先厂商占据,年英飞凌、三菱、富士电机合计占据全球IGBT模块市场份额的58.0%,国内仅斯达半导一家进入前十,份额仅2.5%。对于国内市场,IGBT的国产渗透率不足20%。

三、国内主要IGBT公司。

(1)斯达半导。

斯达半导是国内IGBT龙头,市占率全球第七,公司主营是以IGBT为主的功率半导体芯片和模块的设计研发和生产,并以IGBT模块形式对外销售,公司产品主要用于工业控制、新能源和变频家电领域。

(2)宏微科技。

宏微科技是国内首批IGBT公司,主营业务为从事IGBT、FRED为主的功率半导体芯片、单管、模块和电源模组的设计、研发、生产和销售,并为客户提供功率半导体器件的解决方案,产品主要用于工控领域,新能源领域在逐步发力,公司IGBT单管芯片全部来自自研,实控人IGBT科班出身,是国内IGBT公司中获国家级荣誉最多的创始人。

(3)时代电气。

公司是我国高压IGBT龙头,中国中车的子公司,0V-0V系列高压高电流密度IGBT产品已大批量应用于轨道交通与电网领域;在新能源汽车行业,公司最新一代产品已向国内多家龙头汽车整车厂送样测试验证。

(4)士兰微。

公司主要产品包括集成电路、半导体分立器件、LED(发光二极管)产品等三大类,其中分立器件和大功率模块除了白电和工控市场外,已开始进入新能源汽车、光伏等市场,预期公司的分立器件产品未来几年将继续快速成长,年IGBT营收占比6.07%。

(5)比亚迪半导体(拟上市)。

公司是国内新能源乘用车电控IGBT龙头,在中国新能源乘用车电机驱动控制器用IGBT模块全球厂商中排名第二,仅次于英飞凌,市场占有率19%,在国内厂商中排名第一。



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