电子元器件行业:光伏发电驱动功率半导体需求
国内厂商作为全球光伏逆变器行业领军者,为碳化硅器件国产化提供便利条件: 近年来光伏逆变器市场格局发生巨大变化,国内逆变器厂商从追随者转变为领军者。根据伍德麦肯兹数据, 2020 年在全球逆变器出货排名前十中,有六家来自中国的供应商,分别是华为、阳光电源、古瑞瓦特、锦浪科技、上能电气和固德威。华为逆变器出货量占全球的 23%,位列第一;阳光电源的出货量占全球的 19%,位列第二。据 Wood Mackenzie 数据,华为和阳光电源均已累计出货超过 100GW,逐渐走向领军地位。 碳化硅功率器件是光伏逆变器中的关键部件,价值量占比较高,国内光伏逆变器市场的发展将带来碳化硅器件需求增长。
采用碳化硅方案可有效提高光伏逆变器转换效率、提升功率密度、减少重量和体积: 碳化硅光电性能优越,SiC 的带隙宽度大约是硅的 3 倍,其导热率为硅的 3.3 倍,宽禁带使得其可在高温环境下稳定运行,较高的导热系数意味着碳化硅的器件可以缩小冷却结构,减小系统重量和体积,如碳化硅二极管在开通过程中可基本实现零正向恢复电压,在关断过程中没有过剩载流子复合过程,可以减小逆变器恢复损耗、提高开关效率。根据产业调研, 采用碳化硅方案的光伏逆变器, 整体系统效率可提升 1%-2%左右,能量损耗降低 50%以上,体积和重量减少40%——60%左右,大幅降低系统度电成本及安装维护成本。
现阶段主要采用硅基 IGBT+碳化硅 SBD 方案, 碳化硅成本下降空间大,未来 5 年有望在光伏领域渗透率加速提升: 碳化硅 MOS 方案能够明显提升发电效率,但由于目前碳化硅模块价格仍为硅基 IGBT 的 3-4倍, 成本高昂,现阶段业内多采用硅基 IGBT+碳化硅 SBD 混合方案,以 SiC SBD 替换 FRD 来降低恢复损耗、提高电源效率。 根据各光伏逆变器龙头公司官网,国际大厂纷纷布局碳化硅方案,如英飞凌、安森美、富士电机等国际大厂已经实现了规模化应用,国内阳光电源也在2014 年推出第一款采用 SiC MOSFET 器件的光伏逆变器,并于 2017 年规模化应用。随着碳化硅生产技术的成熟,碳化硅成本将进一步下降,采用碳化硅方案提升转换效率所创造的价值将抵消碳化硅成本,提高碳化硅在光伏领域的渗透率。据产业调研,随着碳化硅成本的下降,2025 年 SiC 在光伏逆变器领域的渗透率有望达 30%-50%, 我们预计其在光伏及储能领域有近七十亿级别市场,前景广阔。
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