光伏发电驱动功率半导体需求 SiC器件渗透率有望持续提升

国内厂商作为全球光伏逆变器行业领军者,为碳化硅器件本土化提供便利条件。

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%,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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风险提示:SiC技术难度大,产品研发不及预期风险;相关扩产项目不及预期风险;SiC 成本高居不下,渗透率不及预期风险。

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