IGBT市場專題研究：光伏IGBT規(guī)模測算

IGBT市場專題研究：光伏IGBT規(guī)模測算1、IGBT是光伏逆變器實現(xiàn)DC/AC核心器件光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件。在太陽能光伏發(fā)電過程中，光伏陣列所發(fā)的

電能為直流電能，然而許多負載需要交流電能。光伏逆變器將光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流

電通過電力電子變換技術(shù)轉(zhuǎn)換為生活所需的交流電，是光伏電站最重要的核心部件之一，

是太陽能和用戶之間聯(lián)系的必經(jīng)之路。光伏逆變器需要保證輸入電網(wǎng)的電能質(zhì)量（如諧

波含量、直流分量、電壓、頻率、相位等）符合要求。光伏逆變器主要由輸入濾波電路、DC/DCMPPT電路、DC/AC逆變電路、輸出濾

波電路、核心控制單元電路組成。逆變器的工作原理是通過

IGBT等功率半導(dǎo)體開關(guān)器

件的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能的。電路中都使用具有開關(guān)特性的半

導(dǎo)體功率器件，由控制電路周期性地對功率器件發(fā)出開、關(guān)脈沖控制信號，控制各個功

率器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，再經(jīng)過變壓器耦合升壓或降壓后，整形濾波輸出符合要求的交

流電。IGBT在光伏逆變器中主要應(yīng)用在

DC/DC升壓和

DC/AC逆變電路中。IGBT全稱

為絕緣柵雙極型晶體管，是由

BJT（雙極型三極管）和

MOSFET（絕緣柵型場效應(yīng)管）

組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件。兼有

MOSFET的高輸入阻抗和

GTR的

低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。能夠根據(jù)工業(yè)裝置中的信號指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、

頻率、相位等，以實現(xiàn)精準調(diào)控的目的。2、根據(jù)逆變器功率選擇IGBT單管或模塊方案2.1

光伏逆變器以組串式和集中式為主根據(jù)技術(shù)路線不同，光伏逆變器分為集中式、組串式、集散式和微型逆變器。目前

市場主要以集中式逆變器和組串式逆變器為主。集中式逆變器是將匯總后的直流電轉(zhuǎn)變

為交流電，功率相對較大；組串式逆變器是將組件產(chǎn)生的直流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娫龠M

行匯總，功率相對較小。目前組串式逆變器占據(jù)主要市場份額。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2020

年，光伏

逆變器市場仍然以集中式逆變器和組串式逆變器為主，集散式逆變器占比較小。其中，

組串式逆變器依然占據(jù)主要地位，占比為

66.5%，集中式逆變器占比為

28.5%，集散式

逆變器的市場占有率約為

5.0%。預(yù)計未來組串式逆變器仍將占據(jù)主導(dǎo)。集中式逆變器單機功率較大，組串式逆變器單機功率相對較小。根據(jù)中國光伏行業(yè)

協(xié)會數(shù)據(jù)，2020

年，集中式逆變器單機功率為

3125kW/臺。集中式電站用組串式逆變器

單機功率為

225kW/臺，集散式逆變器單機功率為

3150kW/臺。戶用光伏逆變器單機功

率，在

220V電壓下為

8kW/臺，在

380V電壓下約

15-20kW/臺。2.2

集中式逆變器多用

IGBT模塊方案集中式光伏逆變器額定功率從

600KW到

3000KW不等。集中式光伏逆變器是將

很多并行的光伏組串連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，做最大功率峰值跟蹤以后，

再經(jīng)過逆變后并入電網(wǎng)。其單體功率高，成本低，電網(wǎng)調(diào)節(jié)性好，但要求光伏組串之間

要有很好的匹配，一旦出現(xiàn)多云、部分遮陰或單個組串故障，將影響整個光伏系統(tǒng)的效

率和電產(chǎn)能。集中式逆變器最大功率跟蹤電壓范圍較窄，組件配置靈活性較低，發(fā)電時間短，需

要專用的具備通風(fēng)散熱的專用機房，主要適用于光照均勻的集中性地面大型光伏電站等。

集中式逆變器通?；趩渭壒β兽D(zhuǎn)換，大部分逆變器采用變壓器設(shè)計或隔離變壓器設(shè)計。集中式光伏逆變器功率較大，多采用

IGBT模塊方案。單臺集中式逆變器的功率

范圍通常為

600KW到

1000KW，將多臺逆變器并聯(lián)起來，可實現(xiàn)功率高達

3000KW的

逆變解決方案。根據(jù)英飛凌的集中式逆變器解決方案，在

DC/AC階段，主要包括

4

種

拓撲結(jié)構(gòu)，分別為兩電平拓撲和三電平

NPC1/NPC2/ANPC拓撲。三電平拓撲因其效率

更高而被廣泛使用。1000V光伏系統(tǒng)通常首選三電平

NPC2

拓撲。1500V光伏系統(tǒng)由于可以降低系統(tǒng)

成本，提高端到端效率而廣受歡迎，三電平

NPC1/ANPC拓撲可實現(xiàn)更穩(wěn)健的逆變器設(shè)

計。開關(guān)頻率和冷卻要求是影響交流濾波器尺寸、系統(tǒng)容量和成本的關(guān)鍵因素，需要具

有低損耗和高電流密度的功率模塊。根據(jù)英飛凌的解決方案，當集中式逆變器功率低于

250kW時，選用

62mm模塊產(chǎn)

品；當功率低于

500kW時，選用

EconoDUAL3

模塊；當功率達到

800kW時，選用

PrimePACK3

模塊；當功率超過

1000kW時，選用

PrimePACK3+模塊。2.3

組串式逆變器兼用

IGBT單管和模塊組串式逆變器是對幾組（一般為

1-4

組）光伏組串進行單獨的最大功率峰值跟蹤，

再經(jīng)過逆變以后并入交流電網(wǎng)，一臺組串式逆變器可以有多個最大功率峰值跟蹤模塊。

組串式逆變器的單體容量一般在

100kW以下，其優(yōu)點是不同的最大功率峰值跟蹤模塊

的組串間可以有電壓和電流的不匹配，當有一塊組件發(fā)生故障或者被陰影遮擋，只會影

響其對應(yīng)的最大功率峰值跟蹤模塊少數(shù)幾個組串發(fā)電量，對系統(tǒng)整體沒有影響。組串式逆變器最大功率跟蹤電壓范圍寬、組件配置靈活、發(fā)電時間長，可直接安裝

在室外。相較于集中式逆變器，組串式逆變器價格略高，大量組串式逆變器并聯(lián)時需要

在技術(shù)上抑制諧振的發(fā)生，主要應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)，在集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)亦可應(yīng)

用。

組串式逆變器通常需要經(jīng)過

2

次電壓變換，即經(jīng)過

DC/DC升壓和

DC/AC逆變。

在

DC/DC階段將可變直流電壓轉(zhuǎn)換為固定直流電壓，同時通過最大功率點追蹤（MPPT）

技術(shù)從光伏板中提取最大電流。

在

DC/DC升壓階段，根據(jù)功率不同適用分立器件和模塊

2

種方案。根據(jù)英飛凌提

供的解決方案，DC/DC升壓電路包括

3

種拓撲結(jié)構(gòu)，分別為全橋、單向升壓和雙向升

壓。其中，全橋的拓撲結(jié)構(gòu)的光伏陣列電壓為小于等于

60V，英飛凌提供了分立器件解

決方案；單向升壓的拓撲結(jié)構(gòu)的光伏陣列電壓為

600V或

1000V，可以選擇分立器件或

模塊的解決方案；雙向升壓的拓撲結(jié)構(gòu)的光伏陣列電壓為

1500V，采取分立器件解決方

案。2.3.1

單相組串式逆變器多用

IGBT單管方案單相組串式逆變器額定功率一般低于

15kW。因電網(wǎng)接入方式不同，組串式逆變器

分為

220V單相組串式逆變器和

380V三相組串式逆變器。戶用光伏逆變器多采用單相

組串式逆變器。對于單相組串式逆變器

DC/AC逆變階段，英飛凌主要采取分立器件方案。在該階

段，英飛凌提供了

4

種拓撲結(jié)構(gòu)和解決方案，包括傳統(tǒng)的兩電平拓撲和創(chuàng)新的

HERIC、

H6

和多電平拓撲。創(chuàng)新拓撲因其效率更高、系統(tǒng)成本更低、尺寸小巧和輕便性而飽受

青睞。

一般而言，單相組串式逆變器連接到

600V光伏陣列，通常采用

HERIC和

H6

拓撲

結(jié)構(gòu)。逆變器的尺寸和重量很大程度上取決于交流濾波器和冷卻系統(tǒng)，需要更高的開關(guān)

操作以減小系統(tǒng)的尺寸和成本。2.3.2

三相組串式逆變器可選

IGBT單管或模塊三相組串式逆變器額定功率從幾千瓦到

200kW不等。通常單臺逆變器功率為

5KW到

200KW，將逆變器進一步并聯(lián)，總功率可達到

20MW。在工商業(yè)應(yīng)用中，逆變器功

率范圍在

20KW到

200KW之間。

在

DC/DC升壓階段，英飛凌提供了分立器件和模塊兩種解決方案。在

DC/AC逆變

階段，英飛凌主要提供

4

種拓撲結(jié)構(gòu)，包括兩電平、三電平

NPC1、三電平

NPC2

和三

電平

ANPC，三電平拓撲因其效率更高而飽受青睞。對于

1000V光伏陣列系統(tǒng)，主要采用三電平

NPC1

或

NPC2

拓撲。三電平

NPC1

可

使用

600V功率器件，即使是在超大尺寸的光伏面板的系統(tǒng)中，功率器件也可以工作在

超過

20Khz的開關(guān)頻率下。三電平

NPC2

需同時使用

600V和

1200V功率器件，該拓撲

非常適合于器件工作在小于

20Khz的開關(guān)頻率下。

在

1500V光伏系統(tǒng)中，三電平

ANPC因較高可靠性和在全功率因數(shù)運行范圍內(nèi)均

有較高的效率，而得到了廣泛應(yīng)用。2.4

光伏逆變器用

IGBT向高功率方向發(fā)展逆變器功率密度是指逆變器額定輸出功率與逆變器設(shè)備自身的重量比值。2020

年

集中式逆變器功率密度為

1.16kW/kg，集中式電站用組串式逆變器功率密度為

2.14kW/kg，

集散式逆變器功率密度為

1.17kW/kg，單相戶用光伏逆變器功率密度為

0.57kW/kg，三

相戶用逆變器功率密度為

1.00kW/kg。中式逆變器功率密度將提升至

1.73kW/kg；集中式電站用組串式逆變器功率密度將提

升至

3.03kW/kg；集散式逆變器功率密度將提升至

2.1kW/kg。

逆變器功率密度提升需要

IGBT等功率器件開關(guān)耐壓等級和電流的提升。3、光伏裝機量增長將拉動IGBT需求爆發(fā)國家在“十四五”期間將堅持清潔低碳戰(zhàn)略方向不動搖，加快化石能源清潔高效利

用，大力推動非化石能源發(fā)展，持續(xù)擴大清潔能源消費占比，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，

為如期實現(xiàn)碳中和目標創(chuàng)造基礎(chǔ)。光伏發(fā)電作為綠色環(huán)保的發(fā)電方式，符合國家能源改

革以質(zhì)量效益為主的發(fā)展方向，國內(nèi)光伏行業(yè)面臨廣闊的發(fā)展前景。4、光伏逆變器用IGBT市場規(guī)模測算4.1

光伏逆變器用

IGBT整體規(guī)模測算2025

年光伏逆變器用

IGBT市場規(guī)模預(yù)計將達

105

億元。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會

預(yù)測，2025

年全球光伏逆變器新增裝機量有望達

330GW，假設(shè)

2025

年光伏逆變器替換

裝機量為

42GW。按照

IGBT占組串式逆變器

BOM成本的

18%，以及占集中式逆變器

BOM成本的

15%計算，預(yù)計

2025

年光伏逆變器

IGBT市場規(guī)模將超百億。4.2

光伏逆變器用

IGBT單管和模塊規(guī)模測算根據(jù)

IHSMarkit數(shù)據(jù)，2020

年全球微型逆變器占比約為

1%；單相逆變器占比約為

9%；低功率三相逆變器（≤500KW）占比約為

56%；高功率三相逆變器（>500KW）占

比約為

34%。此處三相逆變器包含集中式逆變器和三相組串式逆變器。2025

年

IGBT單管和模塊市場空間分別為

40

億元和

65

億元。由于微型及單相逆

變器功率較小，假設(shè)全部采用

IGBT單管方案；高功率三相逆變器假設(shè)全部采用

IGBT模塊方案；對于低功率三相逆變器假設(shè)

IGBT單管和模塊方案各占

1/2。因此，我們預(yù)計

2025

年

IGBT單管市場空間約為

40

億元，IGBT模塊市場空間約為

65

億元。5、重點公司分析5.1

斯達半導(dǎo)斯達半導(dǎo)是國內(nèi)

IGBT龍頭，市占率全球第七。根據(jù)

IHS報告，2019

年，斯達半

導(dǎo)

IGBT模塊市占率全球第七，是唯一進入前十的中國企業(yè)。斯達半導(dǎo)成立于

2005

年

4

月，2020

年

2

月在上交所主板上市。

公司主要產(chǎn)品為

IGBT模塊，主要用于工業(yè)控制、新能源和變頻家電領(lǐng)域。2020

年工控、新能源和變頻家電收入占比分別為

71.68%、26.14%和

1.59%。2020

年公司實

現(xiàn)收入

9.63

億元，同比+23.55%，凈利潤

1.81

億元，同比+33.30%。2020

年公司毛利率

為

31.56%，凈利率為

18.80%。公司較早布局光伏發(fā)電，乘國產(chǎn)替代良機迅速放量。2019

年公司自研

IGBT芯片

就已在集中式光伏逆變器大功率模塊和組串式逆變器的

Boost及三電平模塊廣泛應(yīng)用。

新冠疫情后，在全球缺芯的背景下，公司把握住國產(chǎn)替代良機，光伏

IGBT迅速放量。

2021H1

使用公司自研芯片的

IGBT模塊和分立器件在國內(nèi)主流光伏逆變器客戶開始大

批量裝機應(yīng)用。5.2

宏微科技宏微科技是國內(nèi)首批

IGBT公司。公司成立于

2006

年

8

月，主要產(chǎn)品包括

IGBT、

FRED芯片、單管和模塊。公司

IGBT單管芯片全部來自自研，模塊產(chǎn)品芯片自研外購

并舉。公司產(chǎn)品主要用于工業(yè)控制、新能源和變頻白色家電領(lǐng)域，2020

年收入占比分別

為

91.10%、5.63%以及

2.45%。新能源及國產(chǎn)替代需求強勁，2021

年

1-9

月公司業(yè)績高增。2021

年

1-9

月公司實

現(xiàn)收入

3.70

億元，同比+56.30%；歸母凈利潤

0.47

億元，同比+152.62%。2021Q3

單季

度收入

1.36

億元，同比+42.55%；歸母凈利潤

0.15

億元，同比+89.25%。2020

年公司成為華為光伏

IGBT供應(yīng)商，光伏領(lǐng)域收入有望加速釋放。公司于

2020

年與華為在光伏逆變器上展開合作，2021

年訂單數(shù)量逐漸增加，預(yù)計

2022

年將進

一步增多。光伏對系統(tǒng)要求較高，公司產(chǎn)品可靠性受到市場認可，伴隨明年產(chǎn)能逐漸釋

放，公司能夠滿足更多的客戶需求，帶來收入的加速增長。車規(guī)

IGBT進展順利，已定點

15

個車型。公司已進入

4-5

家汽車品牌廠商，合計

完成

15

個車型定點，預(yù)計將于

2023

年大幅放量。展望明年，公司

750V車規(guī)

IGBT及

匯川定制款有望貢獻收入。此外，公司積極布局第三代半導(dǎo)體，SiC產(chǎn)線預(yù)計將于年底

前完工，2023

年后逐步起量。

隨新能源占比提升及自動化改造，公司毛利率有望提升。光伏及新能源汽車用

IGBT毛利率較高，隨公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，綜合毛利率將穩(wěn)步提升。此外，公司新建產(chǎn)

線采取智能化管理，人工數(shù)量大幅減少亦會帶來毛利率提升。5.3

士蘭微士蘭微是國內(nèi)

IDM龍頭。士蘭微成立于

1997

年

9

月，2003

年

3

月在上交所主板

上市。公司主要產(chǎn)品包括集成電路、分立器件和

LED等三大類。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，

公司從一家純芯片設(shè)計公司發(fā)展成為目前國內(nèi)為數(shù)不多的以

IDM模式為主要發(fā)展模式

的綜合型半導(dǎo)體產(chǎn)品公司。2020

年士蘭微營業(yè)收入

42.81

億元，同比增長

37.61%。其中，分立器件、集成電

路、發(fā)光二極管收入分別為

22.03

億元、14.20

億元以及

3.91

億元，分別占總收入的

51.47%、33.17%以及9.13%。分立器件中，IGBT產(chǎn)品營收

2.6

億元，占收入比重為6.07%。公司已開始進入光伏等新能源市場，IGBT收入將快速增長。受益國產(chǎn)替代，

2021H1

公司

IGBT器件收入

1.9

億元，同比+110%；IPM產(chǎn)品方面，國內(nèi)白電整機廠加

速導(dǎo)入，2021H1

公司

IPM模塊在變頻空調(diào)等白電上使用超

1800

萬顆，同比+200%，實

現(xiàn)收入

4.1

億元，同比+156%。除白電、工控市場外公司已開始進入光伏、新能源車等

新興市場，預(yù)計全年

IGBT相關(guān)產(chǎn)品將保持快速增長。5.4

揚杰科技揚杰科技是老牌功率半導(dǎo)體

IDM廠家，產(chǎn)品覆蓋廣泛。公司成立于

2006

年，2014

年在深交所上市。公司產(chǎn)品主要包括分立器件芯片、整流器件、保護器件、小信號、

MOSFET、功率模塊、SiC等。產(chǎn)品主要應(yīng)用在電源、家電、照明、安防、網(wǎng)通、消費

電子、新能源、工控、汽車電子等多個領(lǐng)域。2020

年公司硅片、芯片和器件收入占比分

別為

4.88%、15.23%和

78.69%。把握國產(chǎn)替代良機，逐步向中高端產(chǎn)品進發(fā)。公司深耕功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，目前已

擁有

4

吋和

6

吋晶圓生產(chǎn)線，并進一步規(guī)劃

8

吋晶圓產(chǎn)線和對應(yīng)的中高端功率二極管、

MOSFET以及

IGBT封裝工廠，持續(xù)投資擴充晶圓制造及先進封測產(chǎn)能。在

MOSFET板塊，公司計劃加速研發(fā)

SGT-MOSFET、SJ-MOSFET等高端產(chǎn)品，積極對標國際品牌，

盡早完成進口替代；在

IGBT板塊，公司擬加大芯片研發(fā)投入，實現(xiàn)

IGBT芯片的量產(chǎn)，

并加快

8

吋

IGBT晶圓研發(fā)設(shè)計。5.5

新潔能新潔能主營

MOSFET、IGBT等分立器件產(chǎn)品。公司成立于

2013

年，于

2020

年

在上交所上市。公司目前已經(jīng)形成溝槽型功率

MOSFET、超結(jié)功率

MOSFET兩類主要

產(chǎn)品系列，以及屏蔽柵溝槽型功率

MOSFET（SGT）、IGBT和功率模塊等新產(chǎn)品系列。

公司主要為

Fabless模式，并向封裝測試環(huán)節(jié)延伸產(chǎn)業(yè)鏈。IGBT產(chǎn)品進展喜人，光伏儲能等領(lǐng)域取得突破性進展。借助華虹

8+12

吋先進特

色工藝，公司

IGBT產(chǎn)品在光伏逆變、儲能逆變（UPS）、工控、電動工具馬達驅(qū)動、家

電變頻控制等行業(yè)都獲得突破性進展，與行業(yè)頭部客戶開展合作。此外，公司

IGBT模

塊自

2021Q2

推出相關(guān)產(chǎn)品后，已取得部分客戶訂單。2021H1，公司

IGBT產(chǎn)品收入

2,642.22

萬元，同比+1114.60%。

與華虹合作緊密，8+12

吋產(chǎn)能持續(xù)增長。公司主要芯片代工廠包括華虹宏力和華

潤上華，公司與華虹合作密切，在華虹

8

吋及

12

吋平臺均有產(chǎn)能。在持續(xù)爭取現(xiàn)有代

工廠產(chǎn)能情況下，公司亦不斷拓展境內(nèi)外芯片代工供應(yīng)渠道。2021H1

公司

8

吋芯片實

現(xiàn)回貨

10.3

萬余片，12

吋芯片實現(xiàn)回貨

3.2

萬余片。代工產(chǎn)能吃緊情況下，爭取到更多

的芯片產(chǎn)能有助公司快速擴展下游市場份額。5.6

時代電氣時代電氣是我國城軌牽引變流系統(tǒng)龍頭，具有“器件+系統(tǒng)+整機”完整產(chǎn)業(yè)鏈。公

司主營包括除以軌道交通牽引變流系統(tǒng)為主的軌道交通電氣裝備、軌道工程機械、通信

信號系統(tǒng)等外，還布局功率半導(dǎo)體器件、工業(yè)變流產(chǎn)品、新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)、傳感器

件、海工裝備等領(lǐng)域。

2020

年公司營收

160.34

億元，同比下降

1.66%。其中，軌道交通裝備收入

138.90

億元，占收入比重為

86.63%；功率半導(dǎo)體器件收入

8.01

億元，同比增長

54.48%，占收

入比重為

5.00%。公司是我國高壓

IGBT龍頭，采用

IDM模式布局。在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，公司建有

6

吋雙極器件、8

吋

IGBT和

6

吋

SiC產(chǎn)業(yè)化基地。公司功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用于輸配電、

軌道交通和工業(yè)等多個領(lǐng)域。公司已為新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、高壓變頻器

等批量供應(yīng)

IGBT器件，750V和

1200VIGBT應(yīng)用至新能源汽車，并已與國內(nèi)多個龍頭

整車企業(yè)成為重要合作伙伴。5.7

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