新能源汽车/轨交市场需求加速 IGBT 国产替代
中国功率半导体市场占世界市场的 50%以上,但在新能源汽车、轨道交通等中高端 MOSFET 及 IGBT 主流器件市场上, 90%主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。 IGBT 是新能源汽车及充电桩等设备的核心技术器件。据 IHS 预测, 到 2020 年全球 IGBT 市场规模可以达到 80 亿美元,年复合增长率约 10%,国内市场规模将超 200 亿元,年复合增长率约为 15%,具备广阔的国产替代空间。
国内外 IGBT 市场格局及市场规模
发电端----光伏/风电装机量保障功率器件需求
功率半导体是节能减排的关键器件和基础技术, 广泛应用于新能源汽车、光伏发电、风电等产业。 根据规划,“十三五”期将优先发展分散式风电和分布式光伏发电,力争在 2020 年风电装机规模达到 2.5 亿千瓦时左右,发电成本低廉,与煤电基本相当;光伏发电装机规模达到 1.5亿千瓦左右,力争实现用户侧平价上网。 2020 年风电和光伏并网总容量至少要达到 4 亿千瓦。
2020 年中国风电、光伏装机总量将至少达到 4 亿千瓦时
新型可再生能源的接入和管理需要大量功率半导体器件来实现控制。以太阳能光伏发电为例, 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,而负载是交流负载时, 故逆变器必不可少。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。
在 太 阳能 转 换过 程中 ,有 各 种先 进 的功 率器 件可 以 使用 , 比如MOSFET、双极结晶体管(BJT)和 IGBT。 IGBT 可以比其它功率器件提供更多的优势,其中包括更强的电流处理能力、用电压(而不是电流)方便地实现栅极控制,以及在封装内集成超快速恢复二极管实现更快的关断时间。 MOSFET 也是电压控制, 同时开关速度更快,所以开关损耗比 IGBT 低。
光伏系统框图
太阳能逆变器结构图
输电端----智能电网
与现有电网相比,智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点,在绿色节能意识的驱动下,智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域。大功率电力电子器件作为智能电网核心部件具有更强、更快、更有效的功能特点,多用于高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)、柔性交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System,FACTS)、定制电力(Custom Power,CP)和基于电压源变换(Voltage Sourced Converter)的柔性直流输电(VSC-HVDC)。
智能电网结构图
智能电网再次被写入政府工作报告,成为“十三五”规划重大项目,体现了特高压输电、智能电网建设对促进我国经济社会发展以及调整经济结构等都将发挥重要的战略作用。根据《国家电网智能化规划总报告》,2009-2020年国家电网智能电网建设智能化投资3840亿元,其中第三阶段(2016-2020年)"引领提升阶段"投资为1750亿元。
“十三五”期间我国智能电网建设各环节投资分配额