在“碳中和”背景下，大力发展太阳能光伏等清洁能源产业已是大势所趋。中国光伏行业协会最新报告显示，2021年我国光伏新增装机达54.88GW，同比增长13.9%，创历史新高。欧美等国对光伏发电的投入也在不断提高，2021年全球光伏新增装机达到170GW。

IGBT作为光伏逆变器（直流转交流）的重要组成部分，在光伏等领域的应用极为广泛。随着光伏装机量的持续增长，对IGBT的需求也迅速攀升。近来，市场上就不断有关于国际大厂IGBT卖断货的消息传出，这种形势也为国内IGBT产业的发展提供了契机。

2025年光伏IGBT市场规模将达百亿元

近年来，光伏产业热潮不断。2021年我国新增光伏发电装机量达到54.88GW，连续9年稳居世界首位。中国光伏行业协会还预计2022 年我国光伏新增装机量将达75G～90GW，2022-2025 年我国年均新增光伏装机量达到83GW～99GW。与此同时，出口市场也不断增长。日前，欧盟发布能源独立路线图，力求从天然气开始，在2030年前摆脱对俄罗斯的能源进口依赖。3月15日，欧盟理事会通过了“碳边境调节机制（CBAM）”。专家认为，欧洲大概率会加速光伏布局与应用，今年欧盟光伏新增装机量可能会超出预期。

在此情况下，作为光伏逆变器核心器件的IGBT，市场空间也被极大拓展。对此，赛晶科技董事会主席项颉就指出，目前世界各国对气候变暖的严峻性和迫切性已经有了共识，包含中国在内的许多国家相继出台“碳中和”目标。为了达成这一目标，需要在发电、输配电和用电等环节均采取相关的措施。这样就需要在能源和产业结构、技术和标准，以及配套的政策等诸多方面，构建可持续发展的绿色能源发展体系。作为光伏逆变器中的核心元器件，IGBT一定会受到这一市场发展的直接带动。

英飞凌相关负责人也表示，未来十年，电动化和数字化将成为产业和社会发展的重要推动力。电动化涉及发电、输变电、储能、用电在内的电力价值链各个环节，而光伏是其中的发电环节。包括IGBT在内的功率半导体在整个电力价值链中扮演着重要角色。随着电动化的推进，未来功率半导体的市场规模将会不断成长。

据介绍，光伏逆变器是太阳能光伏系统的核心组件，可将太阳能电池发出的直流电转化为符合电网电能质量要求的交流电，并配合一般交流供电的设备使用。光伏逆变器的性能可以影响整个光伏系统的平稳性、发电效率和使用年限。而在逆变电路中，都需使用IGBT等具有开关特性的半导体功率器件，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经由变压器藕合升压或降压，最终实现交流转直流的转换。

值得注意的是，逆变器中IGBT等电子元器件使用年限一般为10年-15年，而光伏组件的运营周期是25年，所以逆变器在光伏组件的生命周期内至少需要更换一次。这也进一步扩大了IGBT在光伏系统中的使用量。

项颉估算，2021年中国光伏市场对IGBT的需求约为15亿元。如果加上中国逆变器厂家出口逆变器的需求，这一规模近40亿元。随着市场对可再生能源需求的提升，对IGBT需求也将持续增长，预计到2025年，新增装机容量加上替换装机容量的IGBT需求将达百亿元规模。

光伏IGBT对可靠性要求非常高

目前，车用市场与光伏系统是IGBT最大的两个应用市场，也最受行业关注。IGBT技术也在贴合这两大市场的需求不断发展。项颉表示，为了满足电动车电驱系统的轻量化和高功率密度，车用IGBT需要实现低功率损耗和高开关频率。此外，电动车的拓扑是典型的三相逆变器桥，因此，汽车电驱IGBT模块一般采用6in1模块封装或者半桥模块封装。

相对而言，光伏电池板的电压具有多样性，因而光伏逆变器采用的拓扑结构也不相同，微型逆变器一般采用IGBT单管的分立器件方式；1000V组串光伏逆变器采用T型三电平模块；1500V组串逆变器应用的是I型三电平模块；1500V集中式逆变器采用了半桥模块来配置I型三电平拓扑。也就是说，IGBT应用在不同的光伏逆变器上时，需要根据系统配置的实际需求选用不同特性和封装的产品。

受应用端的影响，IGBT也展现出不同的技术趋势。首先光伏IGBT对于可靠性的要求会非常高。光伏是将直流电逆变到交流电，再上传到电网。“这种线路不像工控领域，因为担心过载，工控领域往往对IGBT模块降压使用，比如模块的额定电流为100A，降等用于40A-50A。光伏逆变器企业基本上会把IGBT模块性能用到极致，所以对IGBT芯片的可靠性要求也要高于工控领域。”有相关研发人员告诉记者。

对于光伏用功率模块技术的发展，可以从芯片设计、封装和模块制造等几个方面来展开，确保产品的可靠性。对于芯片技术，一是对硅IGBT和二极管等进行性能的优化和升级；二是采用SiC等新材料，其中组串逆变器对SiC二极管的需求已经越来越广泛。在封装方面，需要满足可靠性的要求，同时也需要考虑新器件的采用，比如使得SiC器件充分发挥性能的低杂散电感封装等。在模块的制造方面，需要采用严格的制造过程保证模块的一致性和可靠性，同时需要采用绿色制造工艺和环保材料等，为可持续发展的社会做出贡献。

另一个值得注意的趋势是，随着近年来分布式光伏市场的迅速增长，将对IGBT单管提出更高要求。国家能源局2021年5月提出“在确保安全前提下，鼓励有条件的户用光伏项目配备储能”“户用光伏发电项目由电网企业保障并网消纳”。在相关政策助力下，分布式光伏与配储有望迎来规模化发展。分布式光伏主要采用IGBT单管解决方案。在需求的驱动下，IGBT单管有望迎来一波新的发展。

投资机会：国产替代正当时

全球IGBT竞争格局

海外企业良性循环：市占率越高，产品的反馈数据越多，积累的经验越多，产品越成熟，利 润体量越大，投入新一代研发也越多。2020年英飞凌在IGBT单管和模块的市场份额均为首 位，分别为29.3%/36.5%。

国内企业发展受阻：贸易摩擦之前，由于产品长期得不到客户使用，无法积累大规模量产情 况下的数据，产品小批量出了问题也不知道如何解决。

IDM：英飞凌

公司提供的IGBT裸片是硅基的绝缘栅双极晶体管芯片，裸片和晶圆级别的芯片可帮助模块 制造商提高产品集成度和功率密度，并有效节约电路板空间。另外，英飞凌还提供完整的 IGBT单管，电流密度高且功耗低，能够提高能效、降低散热需求，从而有效降低整体系统 成本。 功率模块是比分立式IGBT规模稍大的产品类型，满足大功率应用的需求。英飞凌的产品覆 盖了几百瓦到几兆瓦的功率范围，性能、效率和使用寿命均很出色，有利于光伏逆变器的 设计。

Fabless：Vincotech

Vincotech是全球排名前十的IGBT模块供应商，在光伏领域，公司从英飞凌采购芯片后自行封 装，为集中式逆变器、单相组串式逆变器、三相组串式逆变器提供IGBT模块，在2015年 49GW光伏逆变器总出货装机市场中占比约为四分之一。

NPC（中性点箝位式）拓扑结构仅可用于操作650V组件，可轻松实现更高级别的切换频率。 MNPC（混合电压中性点箝位式）拓扑结构在静电损失、超电压和故障处理方面更胜一筹。 NPC电路需要断开序列，在故障关机的情况下可保护组件不受超电压影响，但MNPC电路不需 要。两种拓扑结构的交叠点（效率VS.PWM频率）主要取决于所安装的组件。公司的NPC模块 采用最新的IGBT和Si组件，当频率高于8kHZ时，NPC模块的性能和成本效益更高。

国内光伏IGBT产业链分布

进口替代空间巨大。此前光伏逆变器领域使用的IGBT几乎都是进口品牌，但是海外供应商 的IGBT单管大面积缺货，光伏逆变器厂家生产非常紧张，转而选择国内有实力的供应商。 国内本土企业与客户联合研发，从源头设计定制的器件，使得光伏逆变器厂家降低生产成本 并且优化产品性能。

Fabless：宏微科技

2020年宏微科技的新能源行业收入为1866.8万元，占比仅为5.7%，随着光伏需求的不断 提升，未来成长空间广阔。 2020年2月，公司与某头部企业签订了《关于光伏IGBT产品的合作协议》，合同期限至 2025年12月31日。2020年华为、阳光能源、上能电气、古瑞瓦特等中国厂商在全球逆变 器市场份额已超50%。光伏逆变器对IGBT芯片的可靠性要求严格，公司产品获得头部企业 认可，有望进一步获取其他光伏逆变器公司入场券。

芯片能承受的结温是175℃，VCE(sat)值乘以电流就是导通损耗，损耗越大，越容易达到 175 ℃的结温。在相同损耗的情况下，VCE(sat)值越小，输出电流可以越大。 Eon指的是IGBT开通功耗，Eoff指的是IGBT关断所消耗的能量。 Ets（总开关功耗）＝Eon+Eoff。

宏微科技第三代IGBT产品参数已经接近英飞凌，部分参数如饱和压降甚至优于英飞凌。 电流密度能够反应成本，密度越大，芯片可以做的越小，目前宏微科技的电流密度稍弱于 英飞凌。

Fabless：新洁能

司主要为 Fabless 模式，并向封装测试环节延伸产业链，在沟槽型功率 MOSFET、IGBT 等产品的设计研发方面拥有多项核心技术，细分产品型号约500余种。 公司利用沟槽栅场截止型IGBT技术（Trench Field Stop）理论，通过采用高密度器件结构 设计以及先进的超薄芯片加工工艺，推出全新一代Trench FS Ⅱ IGBT系列产品。 Trench FS Ⅱ IGBT系列产品通过优化载流子注入效率和载流子分布，显著降低器件饱和压 降和关断损耗，从而降低器件功耗，提升系统效率。

近年来，我国新能源行业持续快速增长，在电网中占比日益提高，特别是“碳中和”成全 球共识，光伏/风力发电有望成为“碳中和”主力。IGBT、MOSFET 等的功率集成模块是 光伏/风力等大功率逆变器的核心器件，市场前景广阔。公司在原有 IGBT、MOSFET 等单 管的研发基础上延伸相关模块研发及产业化，有利于公司进一步抓住下游行业发展的契机， 并在光伏新能源及新能源汽车等新兴应用领域占据更大的市场份额。（报告来源：未来智库）

IDM：扬杰科技

公司是国内少数IDM厂商，产品线含盖分立器件芯片、整流器件、保护器件、MOSFET、功率 模块、碳化硅等，其中光伏二极管在全球的份额超过30%，产能已经超越了竞争对手。 凭借光伏二极管积累的优质客户资源以及自身的技术优势，公司的IGBT产品加速向光伏逆变 器厂商导入。公司产品的最大工作结温为175℃，具备低饱和压降，低开关损耗等特点。 产品采用超快速和软恢复特性的续流二极管，具备高短路电流能力（10us以上） 使用DBC结构的绝缘性散热底板。

IDM：士兰微

公司从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台，并已将技术和制 造平台延伸至功率器件、功率模块、MEMS传感器等封装领域，建立了较为完善的IDM（设 计与制造一体）经营模式。 公司采用场截止4Plus(Field Stop lV+）工艺、第五代场截止(Field Stop 5）工艺制作，具 有较低的导通损耗、开关损耗、高输入阻抗，开关速度快，产品应用于光伏，UPS以及PFC 等领域。

文章来源： 未来智库， 中国电子报