igbt国产替代「光伏龙头企业」

时间：2023-03-18 18:13:05来源：搜狐

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（报告出品方/分析师：安信证券马良）

1. IGBT 是现代电力电子产业的核心器件，在光伏逆变器领域应用前景广阔

1.1. 光伏逆变器是光伏发电核心设备，组串式逆变器占比呈上升趋势

光伏逆变器是光伏发电的核心设备，其主要功能为将太阳能电池组件产生的直流电转化为交流电，并入电网或供负载使用。光伏逆变器主要由输入滤波电路、DC/DC MPPT 电路、DC/AC 逆变电路、输出滤波电路、核心控制单元电路组成。太阳能电池组件所发的电要通过逆变器的处理才能对外输出，逆变器属于光伏发电系统的核心设备。

光伏逆变器不是简单的电力变换装置。

除将直流电转换为交流电外，光伏逆变器还能够与电网实现交互、使光伏发电系统获得最大输出效率，能够判断及处理光伏系统故障，是多种信息交互的设备、人机交互的重要平台。

光伏逆变器因其技术壁垒较高，在发展初期一直被国外逆变器企业所垄断，我国的部分逆变器企业在不断研发过程中逐步突破技术障碍，目前己在全球逆变器行业中占据一定地位。

光伏逆变器根据输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器。

单相指一根相线（俗称火线）和一根零线构成的电能输送形式，必要时会有第三根线（地线）用来防止触电。在日常生活中多使用单相电源，也称为照明电。三相是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差 120°角的交流电势组成的电源，三相交流电的用途很多，工业中大部分的交流用电设备（例如电动机）都采用三相交流电。

光伏逆变器根据应用在并网发电系统或离网发电系统中，可分为并网逆变器和离网逆变器。

并网逆变器除可以将直流电转换成交流电外，输出的交流电还与市电的频率及相位同步，可以回到市电。光伏并网逆变器需要检测并网电网情况后再进行并网，断开电网不能工作。因为需要向电网送电，必须在相位、频率、电压与电网一致时并网输出。离网逆变器可独立于电网工作，可带阻容性及电机感性等负载，应变快、抗干扰、适应性及实用性强，是停电应急电源和户外供电首选电源产品。

离网逆变器适用电力系统、通讯系统、铁路系统、航运、医院、商场、学校、户外等场所。

光伏逆变器根据技术路线可以分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。目前市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主。集中式逆变器是将汇总后的直流电转变为交流电，功率相对较大；组串式逆变器是将组件产生的直流电直接转变为交流电再进行汇总，功率相对较小，组串式逆变器占光伏电站装机规模市场份额约为 60%。

集中式逆变器：

集中式逆变器是将并行的光伏组串连到同一台集中逆变器的直流输入端，做最大功率峰值跟踪以后，再经过逆变并入电网。集中式逆变器单体容量通常在 500kW 以上，需要具备通风散热功能的专用机房，主要适用于光照均匀的集中性地面大型光伏电站等，其单体功率高，成本低，电网调节性好，但要求光伏组串之间要有很好的匹配，一旦出现多云、部分遮阴或单个组串故障，将影响整个光伏系统的效率和产能。

组串式逆变器：

组串式逆变器是对几组光伏组件组串起来进行最大功率峰值跟踪，再经过逆变并入交流电网，当有一块组件发生故障只会影响其对应的最大功率峰值跟踪模块和少数几个组串发电量，对系统整体影响较小。组串式逆变器的单体容量一般在 100kW 以下，主要应用于分布式光伏发电系统，是整个分布式光伏发电系统中的关键设备。

微型逆变器：

微型逆变器是对每块光伏组件进行单独的最大功率峰值跟踪，再经过逆变并入交流电网。微型逆变器优点是可以对每块组件进行逆变，单体容量一般在 1kW 以下，通常仅有几十伏的直流电压，可最大程度降低安全隐患。若组串型逆变器出现故障，会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障对系统整体造成的影响非常小。

集中式逆变器原占比最高，近年来由于组串式逆变器快速发展，成本迅速下降，逐渐接近于集中式逆变器成本，其占比开始不断提高。

受益组串式逆变器在中东部地区应用逐步展开，分布式应用领域不断增加，市场占比将进一步提升。

根据Wood Mackenzie 发布的调研报告，2015 年至 2019 年全球逆变器中，组串式逆变器占比呈现不断上升的趋势。

1.2. 储能进程加快推进，储能逆变器有望受益

储能在现代综合能源系统中可以起到削峰填谷、提高风、光等可再生能源的消纳水平的作用，能支撑分布式电源及微网，促进能源生产消费、开放共享、灵活交易，实现多能协同。由于化石能源的不可再生性，储能对全球能源转型至关重要，是能源革命的重要环节。随着储能成本的逐年下降，储能在全球范围内越来越受到重视。光伏储能系统的应用将进一步推动逆变器向电站能源管理中心演进。

光伏储能逆变器根据是否与电网连通主要分为并网型光伏储能和离网型光伏储能，其中以并网型光伏储能为主。

离网型光伏储能系统主要应用于海岛、无电网覆盖的偏远地区等场景。并网型储能又可以分为发电侧储能、配电侧储能和用电侧储能。发电侧储能主要解决并网发电的波动性和消纳问题，配电侧储能则主要实现调峰调频功能，发电侧和配电侧储能系统应用通常具有容量大、占地面积大、投资成本高等特点，主要应用于大型集中式地面电站和电网变电站等领域。用电侧光伏储能可分为户用光伏储能和工商业光伏储能，主要用于提升发电收益、降低用电成本。近年来用电侧光伏储能系统的安装呈上升趋势，未来随着储能电池价格的下降，储能进程推进速度将逐步加快。

光伏储能逆变器具体工作原理为：

光伏所发的电能优先供本地负载使用，多余的能量存储到蓄电池中，在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网。当光伏所发电能不足时，蓄电池放电提供电能供本地负载使用，从而降低对电网和传统能源的依赖。分布式光伏储能逆变器具体应用示意图如下：

光伏储能逆变器主要以印刷电路半成品、机器箱体、机器散热器、机器上盖、电池、机器包装材料等为原料，生产过程包括电子件预加工、整机装配、测试和整机包装等工艺环节，具体生产工艺流程如下：

1.3. IGBT 是现代电力电子器件中的主导型功率器件

功率半导体器件是半导体器件的重要组成部分，是电力电子应用装备的基础和核心器件。

功率半导体主要用于电力电子设备的整流、稳压、开关、变频等，具有应用范围广、用量大等特点。

功率半导体器件主要包括二极管、晶闸管、晶体管等产品，其中晶体管是市场份额最大的种类，晶体管又可以分为 IGBT、 MOSFET 和双极型晶体管等。

功率半导体器件作为不可替代的基础性产品，广泛应用于工业控制、新能源发电和电能质量管理、汽车电子和汽车充电桩等领域，尤其是在大功率、大电流、高频高速、低噪声等应用领域起着无法替代的关键作用。

虽然功率器件在整台电力电子装臵中的价值通常不会超过总价值的 20%-30%，但对整机的总价值、尺寸、总量、动态性能、过载能力、耐用性和可靠性起着十分重要的作用。

IGBT 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，兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点，是电力电子领域较为理想的开关器件。

BJT 是电流驱动器件，基本结构是两个背靠背的 PN 结，基极和发射极之间的 PN 结称为发射结，基极和集电极之间的 PN 结称为集电结，通过控制输入电压和基极电流可以使三极管出现电流放大或开关效应。

MOSFET 是电压型驱动器件，以常用的 N 沟道 MOS 管为例，通过在 P 型半导体上方加入金属板和绝缘板，即栅极，在使用中保持源级和漏级电压不变，栅极加正电压，MOS 管呈导通状态，降低栅极电压，MOS 管呈关闭状态。

由于栅极所带来的电容效应，使得 MOS 管只需要很小的驱动功率即可实现高速的开关作用。BJT 通态压降小、载流能力大，但驱动电流小，MOSFET 驱动功率小、快关速度快，但导通压降大、载流密度小。IGBT 可以等效为 MOS 管和 BJT 管的复合器件，在保留 MOS 管优点的同时增加了载流能力和抗压能力。

IGBT 核心技术包括 IGBT 芯片设计、生产以及 IGBT 模块的设计、封装测试等。

IGBT芯片由于其工作在大电流、高电压、高频率的环境下，对芯片的可靠性要求较高，同时芯片设计需保证开通关断、抗短路能力和导通压降（控制热量）三者处于均衡状态，芯片设计与参数调整优化十分特殊和复杂。

IGBT芯片设计是功率半导体器件产业链中对研发实力要求很高的环节，国内已有少数企业的技术实力逐步赶上国际主流先进企业水平。

IGBT功率半导体器件广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域，应用前景十分广阔。

根据 IHS Markit 报告，2018 年全球 IGBT 市场规模约为 62 亿美金，2012 年-2018 年年复合增长率达 11.65%。

IGBT 在应用层面通常根据电压等级划分：

低压 IGBT：指电压等级在 1000V 以内的 IGBT 器件，例如常见的 650V 应用于新能源汽车、家电、工业变频等领域。

中压 IGBT：指电压等级在 1000-1700V 区间的 IGBT 器件，例如 1200V 应用于光伏、电磁炉、家电、电焊机、工业变频器和新能源汽车领域，1700V 应用于光伏和风电领域。

高压 IGBT：指电压等级 3300V 及以上的 IGBT 器件，比如 3300V 和 6500V 应用于高铁、动车、智能电网，以及工业电机等领域。

1.4. IGBT 主要应用于 DC/DC 升压和 DC/AC 逆变电路，较 MOSFET 更具优势

IGBT 相较 MOSFET 在中高压系统中更具优势，广泛应用于光伏逆变器。

在光伏发电中，太阳光照射下太阳能电池阵列产生电能输出直流电，但输出的电能不符合电网要求，需通过逆变器将其整流，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。

以往光伏发电系统是采用 MOSFET 构成的逆变器，然而随着电压的升高，MOSFET 的通态电阻也会随着增大，在一些高压大容量的系统中，MOSFET 会因其通态电阻过大而导致开关损耗增加。

IGBT 因其通态电流大、耐压高、电压驱动等特点，使其在中、高压容量的系统中更具优势，因此采用 IGBT 构成太阳能光伏发电关键电路的开关器件，有助于减少整个系统不必要的损耗，使其达到最佳工作状态。

在实际项目中 IGBT 已逐渐取代 MOSFET 作为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件，新能源发电行业的迅速发展将成为 IGBT 行业持续增长的全新动力。

IGBT 在光伏逆变器中主要应用在 DC/DC 升压和 DC/AC 逆变电路中。

根据光伏逆变器的功率大小选择IGBT 单管或模块方案。

单台集中式光伏逆变器的功率范围通常为600-1000kW，将多台光伏逆变器并联后，功率可达 3000kW，由于其功率较高多采用 IGBT 模块。

组串式逆变器单体容量一般在 100kW 以下，同时使用 IGBT 模块和 IGBT 单管，组串式逆变器需要经过 DC/DC 升压和 DC/AC 逆变两次变换，在 DC/DC 升压阶段，根据功率不同适用分立器件和模块两种方案。

单相组串式逆变器大多使用 IGBT 单管，其额定功率一般低于 15kW；三相组串式逆变器额定功率范围广，单台功率为 5-200kW，其根据情况选择 IGBT 单管或模块。

IGBT 单管指单片 IGBT 和续流二极管集成封装的产品。

IGBT 模块是由多个 IGBT 芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，集成封装在一起。

2. “光伏储能”双力驱动，IGBT市场空间巨大

2.1. 光伏发电为 IGBT 带来持续发展动力

在“碳达峰”、“碳中和”目标的驱动作用下，国家推动绿色能源发展，光伏发电属于绿色环保的发电方式，符合全球绿色化环保化发展趋势，国内外光伏行业前景广阔。

我国光伏应用市场增速明显，装机量、发电量不断提高。

根据国家能源局数据，2021 年我国光伏发电量为 3259 亿千瓦时，同比增长 25.1%，占总发电量比重 3.9%，截至 2021 年我国光伏市场新增装机 54.88GW，累计装机量为 306GW，我国光伏累计装机量连续六年居全球首位。

在“碳达峰”、“碳中和”背景下，发展可再生能源是我国长期战略目标，国家在“十四五”期间将坚持清洁低碳战略方向不动摇。

光伏发电作为重要的绿色环保发电方式，符合国家发展趋势，发展前景广阔。

根据 BNEF 数据，2019 年底累计光伏装机容量超过风电装机，成为仅次于煤炭、天然气、水电的全球第四大发电来源。

光伏平价上网，逆变器需求进一步释放。

受益于原材料成本的下降以及光伏发电技术的快速迭代，全球光伏发电成本持续下降，各国陆续进入光伏平价时代，成为光伏逆变器市场的助推剂。

国际可再生能源署的数据显示，光伏是成本下降速度最快的可再生能源，年均降幅为 16.82%，远超风电、生物质等。

根据 BNEF 统计，自 2007 年开始的十年时间内，光伏发电组件、光伏发电系统成本分别下降 88.3%和 91.6%，度电成本累计下降约 90%，光伏发电成本的大幅下降使得光伏发电的市场渗透率提高。

目前，光伏发电仍具有成本下降空间，根据锦浪科技年报，2021 年除青海省，各省新建光伏发电、风电项目指导价均低于当地燃煤基准价，基本实现平价上网。

光伏市场装机量：

根据能源局月度调度数据显示，2022 年 1 月全国新增光伏装机容量 7.38GW，同比增长 212%，开年光伏装机量大增的背景下采用 CPIA 乐观预计数据，2025 年我国光伏新增装机量为 110GW，年复合增长率达 18%；全球光伏新增装机量有望达到 330GW，年复合增长率达 20%。

光伏逆变器 IGBT 市场空间推算：据 CPIA 乐观预测数据，2025 年我国光伏新增装机容量 110GW，全球新增330GW。

根据产业调研数据，IGBT 单位成本大约为2000-3000万元/GW，粗略估计，2025 年国内光伏逆变器 IGBT 市场规模有望达到 23.1 亿左右，全球光伏逆变器 IGBT 市场规模达到 69.3 亿元。

2.2. 储能逆变器进一步打开 IGBT 市场

储能逆变器市场发展迅速，是新能源发电的未来趋势。由于光伏组件容易受到天气变化影响，储能可以起到削峰填谷，提高风、光等可再生能源的消纳水平的作用，实现发电稳定、提高电网品质，储能电站成为新能源改革的主要方向。各国相继推出储能相关政策，布局储能产业链发展。

2021 年 7 月 28 日，国家能源局解读《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，《指导意见》提出“十四五”期间将聚焦高质量规模化发展，以 3000 万千瓦为基本规模目标，并在“十五五”期间实现市场化发展。美国、澳洲、欧洲等地区也推出针对集中式与户用不同种类的推进政策，发展较快。

储能装机量逐年提升，储能逆变器规模不断加大。

随着储能成本的下降、储能技术的进步，储能在全球范围内受重视程度不断提高。

根据锦浪科技 2020 年年报，2019 年，全球储能逆变器的出货量上升至 3.6GW，同比 2018 年增长 20%。2020 年全球储能逆变器需求达到 4.5GW 左右，保持 20%以上的增速增长，至 2022 年，全球光伏储能逆变器出货量预计达到 7.1GW。IHS Markit 报告显示，到 2025 年，年度新增并网型光伏储能逆变器规模将有望增至 10.6GW。

Wood Mackenzie 预测，到 2024 年，中国将成为亚太地区最大的储能市场，累计储能容量预计将从 2017 年的 489MW/843MWh 增长到 2024 年的 12.5GW/32.1GWh。装机量不断增大的同时，储能逆变器的规模也随之提高，市场前景广阔。

3. 海外巨头占据垄断地位，国产企业加速追赶

3.1. 海外巨头占据垄断地位

光伏 IGBT 行业仍由英飞凌、安森美、三菱电机等海外巨头垄断市场。从市场竞争格局来看，欧美日厂商资金实力雄厚、技术水平领先、产业经验丰富，凭借先发优势抢占了全球功率半导体绝大多数的市场份额，在市场份额和技术水平上一直保持较大的领先优势。

英飞凌官网披露，全球前五大功率半导体厂商分别为英飞凌、安森美、意法半导体、威世和三菱电机，2019 年英飞凌全球 IGBT 模块市占率 35.5%，器件市占率 32.5%，稳居全球第一。

在中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市场上，由于中高端功率半导体对设计及工艺要求较高，长期被国外欧美、日本企业垄断，90%主要依赖进口。

光伏芯片工作时频率达到 50-100K，转换效率要求高达 98%左右，因此，为了提升效率要不断堆积功率半导体，需要做出更复杂的电路拓扑。

英飞凌、安森美等国外厂商以高定制化的产品为主，对高频光伏 IGBT 做专门开发，多年的技术和行业积累使得国外厂商有明显优势。

3.2. “政策鼓励下游需求驱动”双重利好，“国产替代”提速追赶

国家政策大力支持 IGBT 等关键技术实现“自主可控”。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出大力推进先进半导体等新兴前沿领域创新和产业化，《中华人民共和国国家安全法》第二十四条明确指出“国家加强自主创新能力建设，加快发展自主可控的战略高新技术和重要领域核心关键技术，加强知识产权的运用、保护和科技保密能力建设，保障重大技术和工程的安全”。

本土光伏逆变器市场持续突破，“国产替代”是光伏 IGBT 行业发展的必然趋势。国内光伏逆变器厂商的快速发展和突出的市场地位为国产 IGBT 替代带来了显著的区位优势和协同效应。

以华为、阳光电源为主的本土厂商在光伏逆变器市场持续突破，根据 SolarEdge 统计，2018 年，华为在全球逆变器市场的份额达 22%，市占率位列全球第一。

据阳光电源 2020 年报披露，公司 2015 年起出货量首次超越连续多年排名全球发货量第一的欧洲公司，销售收入 7.51 亿元，全球市占率 27%，已批量销往德国、意大利、澳大利亚、美国、日本、印度等 150 多个国家和地区。

据斯达半导招股书披露，IGBT 作为光伏逆变器的核心部件，国内光伏逆变器厂商的快速发展为国产 IGBT 替代带来更多产品应用的机会，但 IGBT 行业 95%市场被国外企业所垄断的现状，国内产品供需严重不平衡，“国产替代”是光伏 IGBT 行业发展的必然趋势。

4. 行业标的

4.1. 斯达半导

斯达半导成立于 2005 年，总部位于浙江省嘉兴市。

公司主营业务是以 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 模块形式对外实现销售。

IGBT 模块的核心是 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片，公司自主研发设计的 IGBT 芯片和快恢复二极管芯片是公司的核心竞争力之一。

据 IHS Markit2018 年报告数据显示，在 2017 年度 IGBT 模块供应商全球市场份额排名中，斯达股份排名第 10 位，在中国企业中排名第 1 位，成为世界排名前十中唯一一家中国企业。

公司积极布局光伏 IGBT 相关业务，据公司 2021 年 9 月 13 日投资者问答披露，公司使用自主 IGBT 芯片的模块和分立器件已在国内主流光伏逆变器厂家大批量装机应用，预计接下来公司市场份额会持续增加。

公司未来将把握新能源发电的新风口，继续在新能源发电 IGBT 领域进行探索，为公司注入新的盈利增长点。

4.2. 时代电气

株洲中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业，其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于 1959 年。

中车时代电气 2006 年在香港联合交易所成功上市，主要从事轨道交通装备产品的研发、设计、制造、销售并提供相关服务，具有“器件系统整机”的产业结构。

产品主要包括以轨道交通牵引变流系统为主的轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等。

同时，公司还布局轨道交通以外的产业，在功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备、光伏发电等领域加强布局。

4.3. 新洁能

公司为国内领先的半导体功率器件设计企业，主要产品包括 MOSFET 和 IGBT 等半导体芯片和功率器件，广泛应用于消费电子、汽车电子、工业电子、新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、5G、光伏新能源等领域。

公司拥有约 1500 款细分型号产品，覆盖 12V-1700V 电压范围、0.1A-450A 电流范围，系列齐全、技术先进，能够满足不同应用领域、不同客户的差异化需求，公司 2021 半年报披露，目前公司产品已进入比亚迪、宁德时代、大疆创新、中兴通讯、富士康、TTI、阳光电源、德业股份、拓邦股份、长城汽车、华宝能源等下游知名客户供应链。

根据公司 2021 年半年报，截至 2021 年 6 月末，公司拥有 135 项专利，其中发明专利 36 项，在沟槽型功率 MOSFET、超结功率 MOSFET、屏蔽栅功率 MOSFET 以及 IGBT 等产品的设计研发方面掌握多项核心技术，是国内最早量产基于 12 英寸芯片工艺平台的沟槽型 MOSFET、屏蔽栅 MOSFET 产品的企业，同时公司积极开发多款模块产品及功率 IC 产品以完善产品结构，并布局 SiC/GaN 宽禁带半导体功率器件产品，不断提升核心竞争力、巩固市场地位。