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追本溯源!光伏逆变器芯片有多少国产化

发布日期:2022/5/20


          从2021年开始,光伏逆变器开始缺“芯”,带动逆变器价格上涨,交货期增加,目前芯片短缺已经成了一个长期性的话题,主要原因是新能源汽车成倍增长,对于芯片的需求剧烈增加,以往一个传统汽车需要的芯片数量是在五六百颗,如今一个配置较好的新能源纯电汽车需要两千颗以上芯片。


           根据WSTS分类标准,半导体芯片主要可分为集成电路、分立器件、传感器与光电子器件四种类别。其中,集成电路可细分为存储器、模拟芯片、逻辑芯片与微处理器。模拟芯片可进一步细分为功率器件、放大器、滤波器、反馈电路、基准源电路、开关电容电路等产品。光伏逆变器中的芯片,主要有功率器件和集成电路(IC)芯片两种。功率器件主要包括半导体开关器件IGBT和MOSFET,用于功率变换,IGBT功率较大,主要用于中大功率逆变器,MOSFET功率较小,主要用于中小功率逆变器;IC芯片包括微处理器,如MCU(单片机)、DSP(数字信号处理)、ARM、CPLD(高速可编程逻辑器件)等。功能芯片,如数字模拟转换、光耦、运放、逻辑门电路、时钟、存储器等集成电路芯片,用于通讯电路、检测电路、驱动电路、辅助电源等,具有算法控制、任务处理、数据存取、电源管理、器件驱动、电能变换和控制等功能。芯片在户用和小型逆变器中成本占比20%左右,其中功率器件类占比10-12%,集成电路IC芯片类占比8-10%左右。


兴储世纪的逆变器在光储项目中广泛使用


          光伏逆变器高度依赖于电力电子和微电子技术的发展,特别是半导体开关器件,以及微处理器。目前核心元器件(主控IC芯片、IGBT模块等)基本都还是国外的产品,近年来国内也涌现了许多的新产品、新技术,在核心元器件的生产与研发上,与国际先进水平差距在逐步缩小,目前有一部分逆变器元件已经摆脱进口依赖。


          IGBT方面,国内厂商快速进行产品研发,目前时代电气、士兰微、斯达半导等厂商技术水平已能够对标海外龙头英飞凌第七代产品。同时IGBT厂商也在加快自有产线建设节奏,闻泰科技、时代电气、士兰微和华润微等IDM厂商在IGBT产线上均有布局,预计未来两年有望进一步加快产能释放节奏。国内功率器件主要上市公司2021年相关收入占当前国内功率器件市场份额为22%,相比2020年提升7.81pct。


            美国的功率器件处于世界领先地位,拥有一批Fairchild、Linear、IR、ONSemiconductor、AOS和Vishay具有全球影响力的厂商;欧洲同样拥有 Infineon、ST和NXP三家全球半导体大厂,产品线齐全,无论是功率IC还是功率分离器件都具有领先实力;日本功率器件厂商主要有富士Fuji、三菱Mitsubishi、西门康semikron,东芝TOSHIBA等,而中国大陆功率半导体市场占世界市场的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上,主要依赖进口。


逆变器的好坏直接决定整个光储项目的寿命


          芯片核心竞争力是衡量当代一国信息科技发展水平核心指标,芯片产业链包括设计、制造、封装、测试、销售,其中芯片设计占据重中之重的地位,芯片核心实力重心也在芯片设计。芯片的发展方向是速度更快,功能更强,效率更高。功率器件材料发展较快,正在由传统硅基功率器件向宽禁带材料(SiC、GaN)功率器件发展,碳化硅是目前发展最成熟的第三代半导体材料。可以这样比喻,硅基材料好比多晶硅电池片,碳化硅材料好比单晶硅电池片,IGBT好比组件。使用碳化硅的功率器件,具有耐高温、耐高压、开关速度快、效率高的优势,可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。


          在光伏逆变器中,如果采用SiC功率器件,发热量只有硅器件的1/2,有非常优异的高温稳定性,散热处理更容易,可以减小体积、减轻重量,提高逆变转化效率,降低损耗,提高光伏发电站经济效益,为光伏行业降本增效做出贡献。


           全球宽禁带半导体行业目前总体处于发展初期阶段,相比硅和砷化镓等半导体而言,在宽禁带半导体领域我国和国际巨头公司之间的整体技术差距相对较小。另外,由于宽禁带半导体的下游工艺制程具有更高的包容性和宽容度,下游制造环节对设备的要求相对较低,投资额相对较小,制约宽禁带半导体行业快速发展的关键之一在上游材料端。国内主流功率半导体厂商在SiC器件均有前瞻布局,其中斯达半导、比亚迪半导体、宏微科技以封装为主,士兰微、时代电气、华润微、扬杰科技等厂商均自行研发 SiC 芯片。


来源: 兴储世纪科技股份有限公司   作者:刘继茂 郭军

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