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储能系统的主要成本组成部分包括电池和储能逆变器,这两者的成本合计占据了电化学储能系统总成本的80%,其中储能逆变器的成本占比达到了20%。而IGBT,作为储能逆变器的关键上游原材料,其性能对储能逆变器的性能有着决定性的影响,通常占据了逆变器价值量的20%-30%。
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。它是储能应用中不可或缺的重要器件。储能变流器的上游原材料涵盖了IGBT、电容、电阻、电抗器、PCB等多种组件。值得一提的是,IGBT作为其中的核心成分,目前仍主要依赖进口市场,国产IGBT在工艺水平上与全球领先者尚存差距。然而,随着中国储能行业的迅猛崛起,IGBT的国产化进程预计将得到显著推进。
在储能应用中,IGBT的价值量相较于光伏而言更高。这主要是因为储能系统在DCDC和DCAC两个环节中需要使用更多的IGBT和SiC,从而形成了两种不同的方案:光储一体与独立储能系统。对于独立储能系统而言,功率半导体器件的用量大约是光伏的5倍。目前市场上,光储一体化的方案可能占据了超过60-70%的份额,而单独的储能系统则占比30%。IGBT在储能逆变器中展现出显著的优势,逐渐取代MOSFET,成为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件。随着新能源发电行业的迅猛发展,IGBT行业迎来了持续增长的契机。IGBT,这一能源变换与传输的关键器件,实质上是一种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,既具有MOSFET的高输入阻抗,又具备电力晶体管GTR的低导通压降。这样的特性使得IGBT在储能领域中发挥着至关重要的作用。IGBT的开关机制是通过施加正向栅极电压来形成沟道,进而为PNP晶体管提供基极电流,实现IGBT的导通。相反,施加反向门极电压会消除沟道,导致反向基极电流流过,从而关断IGBT。IGBT的驱动方式与MOSFET基本一致,只需操控输入极的N沟道MOSFET,因此展现了高输入阻抗的特性。作为能源变换与传输的关键器件,IGBT常被比喻为电力电子装置的“CPU”,在新能源装备等多个国家战略性新兴产业领域发挥着不可或缺的作用。
IGBT凭借其高输入阻抗、低控制功率、简洁的驱动电路、快速的开关速度、大通态电流、低导通压降以及小损耗等众多优势,在市场中占据着显著地位。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,可分为单管、IGBT模块和智能功率模块IPM三大类。单管IGBT主要应用于小功率家用电器、分布式光伏逆变器以及小功率变频器等场合。IGBT模块则广泛应用于大功率工业变频器、电焊机,以及新能源汽车的电机控制器、车载空调和充电桩等众多领域,是目前市场上主流的模块化产品。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需求,IGBT又可分为超低压、低压、中压和高压等不同类型。在新能源汽车、工业控制和家用电器等领域,中压IGBT是主要选择;而对于轨道交通、新能源发电和智能电网等高电压要求的应用场合,则主要使用高压IGBT。IGBT常以模块形态呈现,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,将IGBT芯片与FWD(续流二极管芯片)通过特制电路相连结,再经过塑料框架、衬底及基板的精细封装,从而形成模块化半导体产品。其中,VA压接式IGBT便是典型代表。
市场现状:中国企业正快速成长,但目前仍较依赖进口
年,我国IGBT行业产量为4亿只,而需求量高达56亿只,自给率仅为3%。当前,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和仅为0%。此外,全球IGBT分立器件市场的前三强厂商合计占据了24%的份额,其中仅国产厂商士兰微以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,海外芯片供应却日益紧张,这为国产替代带来了契机。IGBT器件的性能对新能源发电效率有着直接影响,因此客户在价格上的敏感度相对较低,而更看重其性能和可靠性。过去,我国逆变器企业通常更倾向于选择性能卓越、稳定性强的海外IGBT产品。然而,自年以来,由于多种因素的影响,海外光伏芯片大厂的交货时间延长,逆变器所需的IGBT芯片供需矛盾逐渐凸显。这促使我国光伏逆变器企业加快了对国产IGBT器件的验证和引入。部分逆变器企业已深刻认识到建立国产供应链体系的紧迫性,并正在积极引入国产核心器件供应商。我国在逆变器环节的实力强大,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条件。相较于海外企业,国产IGBT企业更有可能凭借其本土供应优势,与逆变器客户实现紧密对接和持续服务,从而逐步提升市场渗透率,有望提高IGBT的市场份额。