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前言：

在雙碳計(jì)劃的出臺(tái)推動(dòng)下，我國(guó)光伏市場(chǎng)發(fā)展也越來(lái)越發(fā)達(dá)，上游零部件無(wú)論是光伏逆變器還是功率器件都獲得了比較好的收益。截止2021年底，光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到3.06億千瓦，光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量突破3億千瓦大關(guān)，連續(xù)7年穩(wěn)居全球首位，行業(yè)得到快速發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)已正式進(jìn)入平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代。本文將針對(duì)光伏逆變器領(lǐng)域市場(chǎng)，分析光伏逆變器功率器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代需克服的技術(shù)挑戰(zhàn)以及發(fā)展前景進(jìn)行分析探討。

（圖源深圳古瑞瓦特新能源有限公司官網(wǎng)）

光伏

 一、光伏逆變器市場(chǎng)規(guī)模及細(xì)分市場(chǎng)占比

根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2023年中國(guó)光伏新增裝機(jī)量將達(dá)到81.6GW，2025年全球新增光伏規(guī)模將達(dá)到270—330GW,較2021年170GW的新增裝機(jī)量繼續(xù)保持穩(wěn)增長(zhǎng)。光伏市場(chǎng)的繁榮帶動(dòng)了光伏逆變器的市場(chǎng)。2019年以來(lái)，中國(guó)光伏逆變器市場(chǎng)規(guī)模保持增長(zhǎng)走勢(shì)，2021年市場(chǎng)規(guī)模為86億元，同比增長(zhǎng)12.36%。光伏逆變器可根據(jù)工作原理分為集中式光伏逆變器、組串式光伏逆變器以及微型光伏逆變器逆變器。據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2021年光伏逆變器市場(chǎng)中，組串式光伏逆變器占了69.6%，集中式光伏逆變器占比為27.7%，集散式光伏逆變器和微型光伏逆變器約占2,7%。

二、光伏逆變器功率器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代需克服的技術(shù)挑戰(zhàn)

IGBT是光伏逆變器的核心器件。光伏逆變器原材料由機(jī)構(gòu)件（27.6%）、電感（14.2%）、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成，半導(dǎo)體器件和集成電路材料主要為IGBT元器件、IC半導(dǎo)體，其中以IGBT為主的半導(dǎo)體器件占逆變器成本約為12%左右。光伏逆變器選用的功率器件一般不需要特定的認(rèn)證，都是廠家提出的標(biāo)準(zhǔn)，主要還是看客戶的工作環(huán)境需求和設(shè)計(jì)規(guī)約。

深圳古瑞瓦特新能源有限公司光伏逆變器研發(fā)經(jīng)理王文談到：“目前，公司一部分光伏逆變器機(jī)型用的是國(guó)內(nèi)的功率器件，一部分光伏逆變器機(jī)型用的是國(guó)外的功率器件。國(guó)內(nèi)功率器件成本價(jià)格有優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)能也能滿足需求，這是選擇國(guó)產(chǎn)功率器件的原因。國(guó)外功率器件起步早，經(jīng)驗(yàn)豐富，IGBT模塊起步早，與國(guó)內(nèi)相比可靠性穩(wěn)定性還是有差異的。”有數(shù)據(jù)顯示，IGBT的國(guó)產(chǎn)滲透率不足15%，國(guó)內(nèi)光伏逆變器功率器件還存在哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？

可靠性要求

光伏功率器件對(duì)于可靠性的要求也非常高。眾所周知，光伏應(yīng)用場(chǎng)地非常豐富，沙漠，海邊，高寒地帶等等都能建設(shè)光伏。復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景要求光伏逆變功率器件具有較高的可靠性。士蘭微是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的集成電路芯片設(shè)計(jì)與制造一體（IDM）的企業(yè)之一，是國(guó)內(nèi)重要的光伏逆變器功率器件廠商。光伏逆變器輸入接光伏面板，輸出接電網(wǎng)，不同國(guó)家、不同地區(qū)的電網(wǎng)質(zhì)量不一樣，對(duì)功率器件的參數(shù)、可靠性要求也更高，需要對(duì)功率器件魯棒性加強(qiáng)設(shè)計(jì)。士蘭微對(duì)光伏用功率器件質(zhì)量管控嚴(yán)格，魯棒性高能適用復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。”

另外，東海半導(dǎo)體光伏產(chǎn)品前端研發(fā)總監(jiān)黃傳偉介紹到：“東海半導(dǎo)體在光伏逆變器這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)品這個(gè)平臺(tái)比較齊全，從中高低壓的MOSFET到 IGBT。IGBT主要是650伏1200伏，這兩個(gè)大平臺(tái)這些產(chǎn)品的布局還都比較齊全。公司產(chǎn)品可靠性壽命比業(yè)界要求的500 、1000小時(shí)還要高，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1000小時(shí)。另外，我司產(chǎn)品的一個(gè)使用結(jié)溫比較高，基本上都是在150度。”黃傳偉先生表示：“在光伏逆變器領(lǐng)域功率器件產(chǎn)品普遍存在電應(yīng)力能力不足的，這會(huì)影響光伏逆變器使用的長(zhǎng)期壽命。”

一致性要求

光伏逆變器用功率器件多管并聯(lián)對(duì)于產(chǎn)品一致性提出更高要求。光伏逆變器用功率器件無(wú)論是IGBT模塊還是IGBT單管都涉及到多管并聯(lián)，多管并聯(lián)越繁雜對(duì)產(chǎn)品一致性要求越高。東海半導(dǎo)體光伏產(chǎn)品前端研發(fā)總監(jiān)黃傳偉談到：“光伏逆變器用功率器件模塊或單管并聯(lián)的管子、芯片越多，對(duì)一致性要求就會(huì)越苛刻，這也是目前的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。”

提高功率密度

提高功率密度一直是光伏逆變器功率器件廠商一個(gè)永恒的話題，提高功率半導(dǎo)體器件密度可以能讓光伏逆變器產(chǎn)品提高效率，使光伏逆變器產(chǎn)品尺寸更小，成本更低。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或使用高功率度的半導(dǎo)體功率器件，可以提高產(chǎn)品功率密度。近年來(lái)，第三代半導(dǎo)體逐漸運(yùn)用到光伏逆變器領(lǐng)域，得益于優(yōu)異的材料性能， SiC 器件的性能較 Si 器件有明顯提升，可以滿足未來(lái)光伏變換器的需求目標(biāo)。士蘭微應(yīng)用經(jīng)理黃軍表示到：“第三代SiC半導(dǎo)體有更高的運(yùn)行溫度，更快的開(kāi)關(guān)速度，利于整機(jī)提高效率，減小體積；目前SiC SBD已在光伏逆變器上大量使用，提升了功率半導(dǎo)體器件的功率密度；SiC MOSFET也有應(yīng)用，但使用場(chǎng)合較少；SiC功率器件速度較快，對(duì)整機(jī)EMI有更大的挑戰(zhàn)。”

上海貝嶺市場(chǎng)經(jīng)理冒晶晶補(bǔ)充到：“光伏逆變器需要綜合考慮功率器件的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，使功率器件工作時(shí)的總損耗最低，同時(shí)器件需要具有一定的短路能力應(yīng)對(duì)異常工況，使系統(tǒng)有足夠的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。某些產(chǎn)品還需要追求更小的反向恢復(fù)電流和較軟的反向恢復(fù)特性等。”

三、光伏逆變器功率器件技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，光伏逆變器功率器件光伏逆變器功率器件正朝著高可靠性，高功率，高溫，高頻以及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。東海半導(dǎo)體光伏產(chǎn)品前端研發(fā)總監(jiān)黃傳偉談到：“首先第一個(gè)趨勢(shì)就是高可靠性，目前通用的這種工業(yè)級(jí)車規(guī)級(jí)的1000小時(shí)的可靠性一個(gè)考核標(biāo)準(zhǔn)。公司也在跟國(guó)際上主流的一些廠家，包括英飛凌、安森美相對(duì)比。目前我們公司的產(chǎn)品已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了1000小時(shí)的可靠性壽命要求，基本上可以達(dá)到英飛凌的水平，英飛凌是在2000小時(shí)以上，東海半導(dǎo)體也做到了2000小時(shí)。”

關(guān)于技術(shù)趨勢(shì)方面，士蘭微應(yīng)用經(jīng)理黃軍說(shuō)道：“光伏逆變器用功率器件有高魯棒性，低損耗的特性，其中高魯棒性為主要特點(diǎn)；推測(cè)未來(lái)的半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展方向是高魯棒性、高功率密度及高效率。”

四、光伏逆變器市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展前景

在雙碳計(jì)劃，十四五目標(biāo)與規(guī)劃帶來(lái)的各項(xiàng)利好光伏發(fā)電政策的頒布與實(shí)施，加上人們環(huán)保意識(shí)的提升以及社會(huì)缺電的社會(huì)背景下，光伏作為清潔能源的太陽(yáng)能在電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)中的滲透率正在提升。光伏逆變器市場(chǎng)規(guī)模也在逐步提升。近幾年，我國(guó)政府也相繼出臺(tái)有助于光伏行業(yè)發(fā)展的政策。社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)加上政策鼓勵(lì)的支持，都讓光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，光伏逆變器市場(chǎng)也因此受益。

公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，功率器件在光伏領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)滲透率不足15%，光伏逆變器功率器件市場(chǎng)缺口較大。我國(guó)IGBT廠商起步比較晚，但是近年來(lái)也取得明顯的提高。值得一提的是，士蘭微基于自主研發(fā)并制造的5代IGBT芯片的光伏逆變模塊、電動(dòng)汽車主驅(qū)模塊也已大量投放市場(chǎng)。士蘭微應(yīng)用經(jīng)理黃軍表示：“光伏逆變器市場(chǎng)平穩(wěn)發(fā)展，逐年呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。目前微逆、戶用等基本全用分立器件，工商業(yè)應(yīng)用分立器件和模塊并存，以模塊為主；隨著分立器件功率密度增大，工商業(yè)應(yīng)用有分立器件替代模塊的趨勢(shì)；電站項(xiàng)目往單機(jī)更大功率方向發(fā)展。針對(duì)這些市場(chǎng)預(yù)測(cè)，士蘭已布局開(kāi)發(fā)額定電流更大的分立器件替代工商業(yè)模塊應(yīng)用場(chǎng)合；與國(guó)內(nèi)TOP客戶合作電站項(xiàng)目大功率模塊開(kāi)發(fā)。”

關(guān)于海外市場(chǎng)，上海貝嶺市場(chǎng)經(jīng)理冒晶晶回答道：“海外主要裝機(jī)市場(chǎng)需求保持旺盛，國(guó)內(nèi)大基地+整縣分布式快速推進(jìn)，將帶動(dòng)光伏逆變器產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。我司在該市場(chǎng)領(lǐng)域，依托“強(qiáng)有力的產(chǎn)品設(shè)計(jì)+集團(tuán)內(nèi)部FAB制造”在產(chǎn)品方面已經(jīng)做了較為全面的布局。同時(shí)基于公司在能源檢測(cè)和計(jì)量方面的突出優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)客戶的布局。相信公司在該賽道能和客戶形成緊密的聯(lián)系和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)良好的雙贏局面。”

 結(jié)語(yǔ)：

無(wú)論是社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)背景還是政府頒布的支持政策，無(wú)疑表明光伏逆變器市場(chǎng)是功率器件廠商的一片藍(lán)海，光伏逆變器市場(chǎng)缺口大，未來(lái)有很大發(fā)展空間。但對(duì)于功率器件廠商也需要解決長(zhǎng)期可靠性穩(wěn)定性、一致性等的技術(shù)挑戰(zhàn)。比亞迪王傳福曾經(jīng)說(shuō)過(guò)中國(guó)1%的沙漠的沙漠地區(qū)覆蓋太陽(yáng)能光伏板就可以解決13億人的用電問(wèn)題，要知道現(xiàn)在中國(guó)人口已經(jīng)不止13億了，這樣大規(guī)模的發(fā)電方案現(xiàn)在看來(lái)難以實(shí)現(xiàn)，期待半導(dǎo)體功率器件廠商實(shí)現(xiàn)更多的技術(shù)突破，早日解決人們的用電問(wèn)題。