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，預計2025年光伏逆變器IGBT市場規模將超百億。
1、IGBT是光伏逆變器實現DC/AC核心器件
光伏逆變器是光伏發電系統關鍵部件。在太陽能光伏發電過程中，光伏陣列所發的電能為直流電能，然而許多負載需要交流電能。光伏逆變器將光伏發電系統產生的直流電通過電力電子變換技術轉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系的必經之路。光伏逆變器需要保證輸入電網的電能質量(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/DC MPPT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等功率半導體開關器件的開通和關斷作用，把直流電能變換成交流電能的。電路中都使用具有開關特性的半導體功率器件，由控制電路周期性地對功率器件發出開、關脈沖控制信號，控制各個功率器件輪流導通和關斷，再經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(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。能夠根據工業裝置中的信號指令來調節電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實現精準調控的目的。
2、根據逆變器功率選擇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
根據技術路線不同，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變為交流電，功率相對較大；組串式逆變器是將組件產生的直流電直接轉變為交流電再進行匯總，功率相對較小。
目前組串式逆變器占據主要市場份額。根據中國光伏行業協會數據，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%。預計未來組串式逆變器仍將占據主導。
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。根據中國光伏行業協會數據，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，再經過逆變后并入電網。其單體功率高，成本低，電網調節性好，但要求光伏組串之間要有很好的匹配，一旦出現多云、部分遮陰或單個組串故障，將影響整個光伏系統的效率和電產能。
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，發電時間短，需要專用的具備通風散熱的專用機房，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換，大部分逆變器采用變壓器設計或隔離變壓器設計。
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，將多臺逆變器并聯起來，可實現功率高達3000KW的逆變解決方案。根據英飛凌的集中式逆變器解決方案，在DC/AC階段，主要包括4種拓撲結構，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光伏系統通常首選三電平NPC2拓撲。1500V光伏系統由于可以降低系統成本，提高端到端效率而廣受歡迎，三電平NPC1/ANPC拓撲可實現更穩健的逆變器設計。開關頻率和冷卻要求是影響交流濾波器尺寸、系統容量和成本的關鍵因素，需要具有低損耗和高電流密度的功率模塊。
根據英飛凌的解決方案，當集中式逆變器功率低于250kW時，選用62mm模塊產品；當功率低于500kW時，選用EconoDUAL 3模塊；當功率達到800kW時，選用PrimePACK 3模塊；當功率超過1000kW時，選用PrimePACK 3+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，再經過逆變以后并入交流電網，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，當有一塊組件發生故障或者被陰影遮擋，只會影響其對應的最大功率峰值跟蹤模塊少數幾個組串發電量，對系統整體沒有影響。
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時需要在技術上抑制諧振的發生，主要應用于分布式發電系統，在集中式光伏發電系統亦可應用。組串式逆變器通常需要經過2次電壓變換，即經過DC/DC升壓和DC/AC逆變。在DC/DC階段將可變直流電壓轉換為固定直流電壓，同時通過最大功率點追蹤(MPPT)技術從光伏板中提取最大電流。在DC/DC升壓階段，根據功率不同適用分立器件和模塊2種方案。
根據英飛凌提供的解決方案，DC/DC升壓電路包括3種拓撲結構，分別為全橋、單向升壓和雙向升壓。其中，全橋的拓撲結構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；單向升壓的拓撲結構的光伏陣列電壓為600V或1000V，可以選擇分立器件或模塊的解決方案；雙向升壓的拓撲結構的光伏陣列電壓為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種拓撲結構和解決方案，包括傳統的兩電平拓撲和創新的HERIC、 H6和多電平拓撲。創新拓撲因其效率更高、系統成本更低、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拓撲結構。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，需要更高的開關操作以減小系統的尺寸和成本。
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，總功率可達到20MW。在工商業應用中，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種拓撲結構，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，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中，功率器件也可以工作在超過20Khz的開關頻率下。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的開關頻率下。在1500V光伏系統中，三電平ANPC因較高可靠性和在全功率因數運行范圍內均有較高的效率，而得到了廣泛應用。
2.4光伏逆變器用IGBT向高功率方向發展
逆變器功率密度是指逆變器額定輸出功率與逆變器設備自身的重量比值。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等功率器件開關耐壓等級和電流的提升。
此外，搭配更好的散熱材質和設計，逆變器額定功率提升在技術上是可行的。但未來逆變器單機額定功率的提升除技術創新外，同時也要考慮LCOE成本最優以及與高功率組件的匹配等因素，因此市場中逆變器單機主流額定功率，將由市場需求確定。(報告來源：未來智庫)
3、光伏裝機量增長將拉動IGBT需求爆發
國家在“十四五”期間將堅持清潔低碳戰略方向不動搖，加快化石能源清潔高效利用，大力推動非化石能源發展，持續擴大清潔能源消費占比，推動能源綠色低碳轉型，為如期實現碳中和目標創造基礎。光伏發電作為綠色環保的發電方式，符合國家能源改革以質量效益為主的發展方向，國內光伏行業面臨廣闊的發展前景。
4、光伏逆變器用IGBT市場規模測算
4.1光伏逆變器用IGBT整體規模測算
2025年光伏逆變器用IGBT市場規模預計將達105億元。根據中國光伏行業協會預測，2025年全球光伏逆變器新增裝機量有望達330GW，假設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，預計2025年光伏逆變器IGBT市場規模將超百億。
4.2光伏逆變器用IGBT單管和模塊規模測算
根據IHS Markit數據，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，假設全部采用IGBT單管方案；高功率三相逆變器假設全部采用IGBT模塊方案；對于低功率三相逆變器假設IGBT單管和模塊方案各占1/2。因此，我們預計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
斯達半導是國內IGBT龍頭，市占率全球第七。根據IHS報告，2019年，斯達半導IGBT模塊市占率全球第七，是唯一進入前十的中國企業。斯達半導成立于2005年4月，2020年2月在上交所主板上市。公司主要產品為IGBT模塊，主要用于工業控制、新能源和變頻家電領域。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電，乘國產替代良機迅速放量。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用。新冠疫情后，在全球缺芯的背景下，公司把握住國產替代良機，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主流光伏逆變器客戶開始大批量裝機應用。
5.2宏微科技
宏微科技是國內首批IGBT公司。公司成立于2006年8月，主要產品包括IGBT、 FRED芯片、單管和模塊。公司IGBT單管芯片全部來自自研，模塊產品芯片自研外購并舉。公司產品主要用于工業控制、新能源和變頻白色家電領域，2020年收入占比分別為91.10%、5.63%以及2.45%。
新能源及國產替代需求強勁，2021年1-9月公司業績高增。2021年1-9月公司實現收入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供應商，光伏領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年訂單數量逐漸增加，預計2022年將進一步增多。光伏對系統要求較高，公司產品可靠性受到市場認可，伴隨明年產能逐漸釋放，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，預計將于2023年大幅放量。展望明年，公司750V車規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體，SiC產線預計將于年底前完工，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，隨公司產品結構優化，綜合毛利率將穩步提升。此外，公司新建產線采取智能化管理，人工數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。公司主要產品包括集成電路、分立器件和LED等三大類。經過二十多年的發展，公司從一家純芯片設計公司發展成為目前國內為數不多的以IDM模式為主要發展模式的綜合型半導體產品公司。
2020年士蘭微營業收入42.81億元，同比增長37.61%。其中，分立器件、集成電路、發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。受益國產替代， 2021H1公司IGBT器件收入1.9億元，同比+110%；IPM產品方面，國內白電整機廠加速導入，2021H1公司IPM模塊在變頻空調等白電上使用超1800萬顆，同比+200%，實現收入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，預計全年IGBT相關產品將保持快速增長。
公司12吋產線積極擴產，持續鞏固競爭優勢。2021H1士蘭集科12吋芯片總產量5.72萬片，預計2021年底月產能將達3.5萬片。2021年士蘭集科已著手實施《新增年產24萬片12英寸高壓集成電路和功率器件芯片技術提升和擴產項目》，進一步加大12吋產線投入，預計2022Q4月產能將達6萬片。
5.4揚杰科技
揚杰科技是老牌功率半導體IDM廠家，產品覆蓋廣泛。公司成立于2006年，2014年在深交所上市。公司產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。產品主要應用在電源、家電、照明、安防、網通、消費電子、新能源、工控、汽車電子等多個領域。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%。
把握國產替代良機，逐步向中高端產品進發。公司深耕功率半導體領域，目前已擁有4吋和6吋晶圓生產線，并進一步規劃8吋晶圓產線和對應的中高端功率二極管、 MOSFET以及IGBT封裝工廠，持續投資擴充晶圓制造及先進封測產能。在MOSFET板塊，公司計劃加速研發SGT-MOSFET、SJ-MOSFET等高端產品，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投入，實現IGBT芯片的量產，并加快8吋IGBT晶圓研發設計。
5.5新潔能
新潔能主營MOSFET、IGBT等分立器件產品。公司成立于2013年，于2020年在上交所上市。公司目前已經形成溝槽型功率MOSFET、超結功率MOSFET兩類主要產品系列，以及屏蔽柵溝槽型功率MOSFET(SGT)、IGBT和功率模塊等新產品系列。公司主要為Fabless模式，并向封裝測試環節延伸產業鏈。
IGBT產品進展喜人，光伏儲能等領域取得突破性進展。借助華虹8+12吋先進特色工藝，公司IGBT產品在光伏逆變、儲能逆變(UPS)、工控、電動工具馬達驅動、家電變頻控制等行業都獲得突破性進展，與行業頭部客戶開展合作。此外，公司IGBT模塊自2021Q2推出相關產品后，已取得部分客戶訂單。
2021H1，公司IGBT產品收入2,642.22萬元，同比+1114.60%。與華虹合作緊密，8+12吋產能持續增長。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吋平臺均有產能。在持續爭取現有代工廠產能情況下，公司亦不斷拓展境內外芯片代工供應渠道。2021H1公司8吋芯片實現回貨10.3萬余片，12吋芯片實現回貨3.2萬余片。代工產能吃緊情況下，爭取到更多的芯片產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龍頭，具有“器件+系統+整機”完整產業鏈。公司主營包括除以軌道交通牽引變流系統為主的軌道交通電氣裝備、軌道工程機械、通信信號系統等外，還布局功率半導體器件、工業變流產品、新能源汽車電驅系統、傳感器件、海工裝備等領域。 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。在功率半導體領域，公司建有6吋雙極器件、8吋IGBT和6吋SiC產業化基地。公司功率半導體器件應用于輸配電、軌道交通和工業等多個領域。公司已為新能源汽車、風力發電、光伏發電、高壓變頻器等批量供應IGBT器件，750V和1200V IGBT應用至新能源汽車，并已與國內多個龍頭整車企業成為重要合作伙伴。
5.7比亞迪半導體
比亞迪半導體以車規級半導體為核心。主營業務包括功率半導體、智能控制IC、智能傳感器及光電半導體。公司成立于2004年10月，2021年6月比亞迪半導體向深交所遞交了招股說明書，擬在深交所創業板上市。
功率半導體方面，公司采取IDM模式經營。功率半導體方面，公司擁有從芯片設計、晶圓制造、模塊封裝與測試到系統級應用測試的全產業鏈IDM模式。在汽車領域，公司已量產IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS圖像傳感器、電磁傳感器、LED光源及顯示等產品，應用于汽車的電機驅動控制系統、整車熱管理系統、車身控制系統、電池管理系統、車載影像系統、照明系統等重要領域。
公司是國內新能源乘用車電控IGBT龍頭。在IGBT領域，根據Omdia統計，以2019年IGBT模塊銷售額計算，公司在中國新能源乘用車電機驅動控制器用IGBT模塊全球廠商中排名第二，僅次于英飛凌，市場占有率19%，在國內廠商中排名第一，2020年公司繼續保持全球第二國內第一的領先地位。
同時，公司積極拓展工業電焊機、變頻器、家電、光伏等非車規領域。在SiC器件領域，公司已實現SiC模塊在新能源汽車高端車型電機驅動控制器中的規?；瘧?，也是全球首家、國內唯一實現SiC三相全橋模塊在電機驅動控制器中大批量裝車的功率半導體供應商。
2020年比亞迪半導體實現收入14.41億元，同比增長31.46%。其中，功率半導體、智能傳感器、光電半導體、智能控制IC、制造及服務分別實現收入4.61億元、3.23億元、3.20億元、1.87億元以及1.32億元，占比分別為31.99%、22.39%、22.17%、13.00%以及9.15%。
掃一掃關注微信
