2021年新能源薄膜電容行業(yè)研究報告

2021年新能源薄膜電容行業(yè)研究報告1薄膜電容：電容器家族中高壓與高可靠首選薄膜電容器是利用塑料薄膜為電介質(zhì)的電容器。其技術(shù)起源是19世紀后半期所發(fā)明的紙介質(zhì)電容器。這是將浸漬了油、石蠟的紙插在鋁箔中卷成卷狀的電容器。代替金屬箔在紙上直接蒸鍍金屬并卷成卷的類型被稱為MP電容器。薄膜電容器和陶瓷電容器、鋁電解電容器、鉭電容器是當前電容器家族的主要成員。薄膜電容器是在20世紀30年代開發(fā)出來的。雖然與積層陶瓷貼片電容器相比，很難小型化，但由于絕緣電阻高，可靠性優(yōu)異，被用于家電設(shè)備、車載電子設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、電力電子設(shè)備等。薄膜電容在模擬電路（含功率）中的重要性不亞于數(shù)字電路中的MLCC，這也決定了功率時代下薄膜電容的成長性。薄膜電容器根據(jù)內(nèi)部電極的形成方法不同而大致分為箔電極型與蒸鍍電極型(金屬化薄膜型)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分為卷繞型、積層型、有感型與無感型等。箔電極型薄膜電容器使用金屬箔（鋁、錫、銅）重疊塑料薄膜并卷繞成為電容器。內(nèi)部電極附著導線成為有感型電容器；端面安裝導線或端子電極成為無感型電容器，電感成分小，高頻性能優(yōu)異。蒸鍍電極型電容器在塑料薄膜上蒸鍍金屬（鋁、鋅等）形成內(nèi)部電極，均為端面電極的無感型電容器。蒸鍍電極型和箔電極型相比能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，從加工方式上又可分為卷繞型和積層型。蒸鍍電極型薄膜電容器具有高可靠性的特點，其電極能夠?qū)崿F(xiàn)自我修復。當薄膜上絕緣較弱的區(qū)域被施加電壓擊穿時，周圍蒸鍍膜瞬間氧化，恢復電容器的絕緣特性。在重視可靠性的應(yīng)用場景，蒸鍍電極型薄膜電容器還將分割蒸鍍+增加熔斷部等制造方式進一步提升安全性。除電極與制造方式外，電介質(zhì)的材料特性也使得薄膜電容器性能存在差異。2新增需求催化景氣，薄膜電容迎接高速發(fā)展逆變器被廣泛應(yīng)用于電機控制、電能轉(zhuǎn)換、UPS（不間斷電源）等領(lǐng)域，是一種將低壓（12V/24V/48V等）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。薄膜電容在功率電路中表現(xiàn)出的高電壓、高容量、高可靠性等性能優(yōu)勢，決定其在逆變器中具有不可或缺的地位。根據(jù)中國電子元器件協(xié)會的統(tǒng)計，2019年我國薄膜電容器市場規(guī)模90.40億元，約占全球市場的60%。2010年至2019年我國薄膜電容行業(yè)年復合增速13%，高于全球8%的復合增速。新能源需求的爆發(fā)，將改變過去照明、家電燈傳統(tǒng)應(yīng)用對薄膜電容需求的主導地位，同時也將顯著提升薄膜電容器的成長性。我們將從薄膜電容器主要的下游需求分別進行梳理，全面剖析未來行業(yè)成長屬性。3家電：終端增長放緩，需求保持平穩(wěn)大型家用電器如冰箱、洗衣機、空調(diào)都需要驅(qū)動大型電機工作，在電機、控制電路和變頻電路種薄膜電容器扮演不一樣角色，按照功能的不同主要可以分為三大類：EMI抑制：除用在電源端外，還被用于變頻電路輸入和輸出端，兩者都起著抑制電磁干擾的作用，防止組件的損壞；直流鏈路：充當?shù)屯V波器，抑制快速瞬變電流，對輸出電壓進行平滑濾波，使直流母線電壓保持在允許范圍內(nèi)；交流薄膜電容：被用于感應(yīng)電機驅(qū)動控制電路，在感應(yīng)電機啟動時需要一個電容器通過相移將電機切換到所需要的方向。對于冰箱、洗衣機和空調(diào)這類耗電量大的電器，如果能夠根據(jù)電器的工作狀態(tài)調(diào)節(jié)電源的頻率，則可以達到降低功耗同時延長設(shè)備壽命等效果。變頻器包括整流、濾波、逆變、制動和驅(qū)動等單元，能夠通過改變電機工作電源頻率來控制交流電機。電流在變頻電路中呈“交-直-交”的變換，輸入與輸出的環(huán)節(jié)均需要薄膜電容提供EMI抑制功能。因此，薄膜電容器在家用電器中的需求，主要取決于家電整體出貨量以及變頻家電的滲透率。空調(diào)：2019年全球空調(diào)零售量為1.63億臺，未來復合增速約為5.5%；電冰箱：2020年全球電冰箱銷售量為1.95億臺，未來復合增速約為4.0%；洗衣機：2020年全球洗衣機和干洗機銷售量為1.62億臺，未來復合增速約為1%。從變頻技術(shù)滲透率來看，中高端市場使用比例較高。以中國市場為例：預計2021年中國國市場變頻空調(diào)占95%、變頻冰箱占56%、變頻洗衣機占55%，冰箱和洗衣機仍有較大提升空間。如前文所述，變頻家電電機需要特殊的電壓處理，在變頻電路中需要使用更多的薄膜電容，這將成為家電領(lǐng)域薄膜電容增長的動力之一。為估算家電電容器市場規(guī)模，我們以TDK在售的三種不同功能的薄膜電容系列在分銷渠道的價格作為參考，下表中選取的產(chǎn)品系列包括：B32924（EMI）、B32774-B32778（DCLink）、B32774-B32778（DCLink）、B32354（ACFilter）、B33331（通用）。從上述產(chǎn)品系列的分銷價格看，電機中的薄膜電容單價較高，EMI電容單價在幾元至十幾元，DCLink電容一般在小幾十元。如果升級為變頻家電，則需增加一定的電容成本。我們簡單估算家電應(yīng)用對電容器（薄膜和鋁電解）的需求，假設(shè)全球變頻空調(diào)平均滲透率未來達到60%，洗衣機和冰箱滲透率為40%。價格上，考慮到直銷渠道對分銷渠道價格更低，假設(shè)非變頻終端的電容器單機用量20元，變頻終端的電容器單機用量30元。測算2025年大型家電電容器需求約150億元，未來增長速率較為平穩(wěn)。由于薄膜電容器價格昂貴，變頻電路同樣可以使用鋁電解電容器，本文圖1中也清楚的表明兩種電容器有相當一部分應(yīng)用重疊的部分，所以上表的測算結(jié)果中既包含薄膜電容也包含鋁電解電容?？傮w而言，薄膜電容器在額定電壓、耐波紋電流、容差和使用壽命方面具有優(yōu)勢；鋁電解電容性價比高，在電源濾波上具有競爭力。照明：節(jié)能推動LED滲透率提升，替代熒光燈需求照明領(lǐng)域中，薄膜電容器主要使用在熒光燈以及高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵素燈等高強氣體放電燈產(chǎn)品的鎮(zhèn)流器中。薄膜電容在熒光燈中主要用于兩類功能，其一為啟動器內(nèi)部，用于抑制感應(yīng)期間的EMI；其二在線路和中性線之間，用于功率因數(shù)的校正。隨著節(jié)能理念在全球范圍擴散，LED照明滲透率快速提升，特別是其光效相較熒光燈顯著增強。傳統(tǒng)緊湊型熒光燈光效約為60lm/W，鹵素燈小于20lm/W，效率為13lm/W的白熾燈已經(jīng)不足5%的份額，而住宅用LED照明已經(jīng)突破100lm/W，且自2010年以來就以每年6lm/W-8lm/W的速率進步，頂尖的技術(shù)已經(jīng)能夠做到210lm/W。根據(jù)中國照明電器協(xié)會公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年中國照明行業(yè)LED燈泡（燈管）出口71.59億件，出口金額59.12億美元；出口戶外燈具及部分LED燈具16.00億kg，出口金額173.11億美元。同期出口的熱輻射光源、熒光燈和HID燈總計32.86億件，出口金額14.46億美元。LED照明中，由于無需鎮(zhèn)流器，電容器主要用于驅(qū)動電路，用以平滑和減少來自電源的波紋，幫助避免閃爍和消除過熱，提升燈具的使用壽命。因此，LED照明的增長將減少薄膜電容在熒光燈中的需求。目前LED驅(qū)動電源中薄膜電容器成本較高，是鋁電解電容器的數(shù)倍以上，因此不少價格敏感度較高、使用壽命要求不高的產(chǎn)品中選擇使用鋁電解電容。從薄膜電容龍頭企業(yè)照明業(yè)務(wù)相關(guān)收入的變化趨勢來看，照明領(lǐng)域整體對薄膜電容的需求處于緩步下降。4新能源車：出行革命中不可或缺的電容產(chǎn)品薄膜電容器在新能源汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用主要分為三塊：新能源車逆變器、車載充電器（OBC）以及配套充電樁。新能源汽車的核心是“三電”，逆變器則隸屬于電驅(qū)系統(tǒng)，其司職是將動力電池或蓄電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為電流和頻率可變的三相交流電供電機運轉(zhuǎn)，以控制車輛行駛速率。制動時，逆變器可以將三相交流電整流成直流電給動力電池充電。逆變器的存在使電動/混動汽車啟動更快。逆變器的主要由功率模塊、微控制器、柵極驅(qū)動、電流傳感器、位置傳感器等組成。根據(jù)Infineon估計，新能源車逆變器中功率器件成本約占40%，價值量最高；用于交流電濾波的電容成本約占16%，是價值量僅次于功率器件的部分。OBC中薄膜電容主要有EMI電容、DC-Link電容&緩沖電容、諧振電容、功率因數(shù)校正（PFC）等。與逆變器中類似，DC-Link電容因為容值最高，價值量也最高，達到數(shù)百元，而EMI電容、諧振電容、PFC電容等容值在幾十nF，單價較便宜。此外，薄膜電容在DC-DC轉(zhuǎn)換器也有應(yīng)用。DC-DC轉(zhuǎn)換器將動力電池組的電能進行降壓轉(zhuǎn)化，提供給儀表設(shè)備、雨刷及車燈等低壓用電設(shè)備，并同時為低壓蓄電池充電。充電樁方面，根據(jù)充電方式的不同，可以分為交流充電樁和直流充電樁。其中交流充電樁連接OBC對動力電池充電，采用常規(guī)電壓，功率較小，通常被稱為“慢充”，多用于居民區(qū)、公共停車場和商場等區(qū)域，造價較低；直流充電樁采用高電壓、大功率直接給動力電池組充電，通常被成為“快充”，多用于運營車電站、快充電站等，造價較高。和OCB類似的，在直流充電樁中，也需要大容量、高價值的DC-Link電容進行緩沖。隨著直流快充充電樁輸出功率的增長，單樁薄膜電容器用量具有提升空間。在數(shù)量上，我們假定直流充電樁全球需求為IEA基于各國采取規(guī)定政策控制疫情的情景（STEPS）和可持續(xù)發(fā)展情景（SDS）預測的中值。我們測算新能源汽車及配套領(lǐng)域薄膜電容需求如下。隨著時間推移，全球新能源汽車與雙電機滲透率不斷提升，需求空間有望進一步打開。5光伏風電：綠電浪潮催化逆變與變流電容需求光伏太陽能板吸收光照能量產(chǎn)生直流電壓，而輸電系統(tǒng)使用交流電壓，因此與新能源汽車類似的，需要使用逆變器實現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換。為測算光伏發(fā)電電容器市場規(guī)模，我們需要對幾個關(guān)鍵參數(shù)進行梳理：1)新增光伏裝機量與存量替換需求。根據(jù)CPIA統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球光伏新增裝機量約130GW，樂觀預計2025年全球新增光伏裝機量330GW，保守估計2025年全球新增光伏裝機270GW。同時，隨著累計光伏裝機數(shù)量的增大，存量項目逆變器替換需求也不斷增長。大型光伏電站壽命通常超過20年，但逆變器中的元器件壽命一般不超過10年，因此我們按10年替換周期測算。2)單位功率光伏發(fā)電的逆變器需求。光伏容配比指光伏組件功率之和與逆變器額定容量之比。2020年10月，國家能源局解除了傳統(tǒng)光伏電站容配比1：1的限制，此后容配比計算將綜合考慮地址位置、地形條件、太陽能資源條件、組件選型、安裝類型、布置方式、逆變器性能、建設(shè)成本等多個因素，以最低LCOE原則尋找最優(yōu)容配比。我們?nèi)∑骄菖浔?.2:1進行估算。3)光伏逆變器的制造成本。光伏逆變器分為集中式和組串式兩種，從全球來看，大型地面電站優(yōu)選集中式逆變器，工商業(yè)和戶用分布式優(yōu)選組串式逆變器。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2020年我國集中式逆變器和組串式逆變器市場占有率分別為28.5%和66.5%，集散式逆變器占有約5%份額。集中式逆變器和組串式逆變器平均價格分別下降至0.11元/W和0.18元/W。4)電容器在光伏逆變器中的成本占比。根據(jù)國內(nèi)光伏逆變器龍頭固德威披露的成本結(jié)構(gòu)，2017年-2019年電容在原材料中的成本占比分別為10.1%、10.2%和8.4%，三年平均為9.6%。上述測算包含了薄膜電容與鋁電解電容兩類需求，從行業(yè)經(jīng)驗來看，薄膜電容的應(yīng)用占比為約60%-70%，其余部分為鋁電解電容。與光伏發(fā)電相比，風力發(fā)電則因為風力的不穩(wěn)定性而有所不同。為了保持輸出電頻率恒定，目前主要采用變速恒頻發(fā)電機組，其中雙饋異步風力發(fā)電機組（DFIG，DoublyfedInductionGenerator）是當前主流方案。結(jié)構(gòu)上，DFIG由繞線型感應(yīng)發(fā)電機和IGBT電壓源變流器組成。其中變流器起到在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化時，通過控制勵磁的幅值、相位、頻率等，使定子側(cè)能向電網(wǎng)輸入恒頻電。同樣，為測算風力發(fā)電電容器市場規(guī)模，我們對幾個關(guān)鍵參數(shù)進行梳理：1）新增風力發(fā)電裝機量需求根據(jù)全球風能委員會（GWEC）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球風電新增裝機量93GW，累計裝機量743GW。預計2025年全球新增陸上風電裝機和海上風電裝機容量分別為88.3GW和23.9GW。但根據(jù)IRENA（國際可再生能源機構(gòu)）和IEA（國際能源署）等機構(gòu)制定的路徑，GWEC估計每年至少需要安裝180GW的風電機組以幫助控制全球變暖，每年需要安裝280GW的風電機組才能在2050年實現(xiàn)碳中和。2）單位功率風力發(fā)電的變流器成本根據(jù)IRENA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球陸上風電與海上風電的總安裝成本分別為1355美元/KW和3185美元/KW。陸上風力發(fā)電的渦輪機組成本在700美元/KW至910美元/KW區(qū)間；同時另一項統(tǒng)計顯示海上風力發(fā)電的渦輪機組約占總安裝成本的40%，對應(yīng)以1274美元/KW估算。風電渦輪機的成本主要包括塔臺、轉(zhuǎn)子葉片、齒輪箱、發(fā)電機、變壓器和變流器等，其中變