光储需求拉动逆变器产业,国产IGBT企业有望借机完成替代,中国将再次领跑

能源盟友 2022-08-09

变流器igbt光伏逆变器

3771 字丨阅读本文需 9 分钟

今年的光伏市场发展态势非常好,据业内人士透露,很多定单排期交付要到年底,原因是欧洲的天然气价格大涨,居民用能成本大幅增加,因此加大了光伏系统的安装量。有人预估今年光伏逆变器的装机量在220~240GWh之间,其中国内约为70~80GWh。

光伏市场规模扩大

由于太阳能光伏行业的快速发展和每年太阳能光伏新增数量的不断增加,全球光伏逆变器的出货量从2017年的119.2千兆瓦增加至2021年的210.4千兆瓦,年均复合增长率约为15%。预计2022年全球光伏逆变器的出货量将达到256.7千瓦。

2021年,全球光伏逆变器出货量受有利政策及清洁能源需求增长等多重影响。按照出货量划分,中国、EMEA、美洲及亚太地区(不包括中国)分别约占光伏逆变器全球总出货量的31.1%、23.9%、23.8%及21.2%。

2021年,全球光伏逆变器出货量为210.4千兆瓦。其中,公用事业类光伏逆变器出货量为108.4千兆瓦,占比约为51.5%。户用、工商业类的光伏逆变器出货量占比分别为26%和21.9%。

材料基本国产化,IGBT 暂为瓶颈

多因素助推有望开启国产替代

逆变器生产所需的主要原材料包括机构件、电子元器件以及辅助材料等。其中机 构件主要为塑胶件、压铸件、钣金件、散热器等;电子元器件包括功率半导体器 件、集成电路、电感、PCB 线路板、电容、开关器件、连接器等;辅助材料主 要包括胶水、包材、绝缘材料等。其中核心零部件半导体器件成本占比为 11%。

光伏逆变器的首要功能是直交流变化功能,实现该功能的核心元件是功率半导体 (例如 IGBT 和 MOSFET),产品技术门槛较高,目前主要由德国英飞凌、日本 三菱、富士等国外企业供应。我国一线逆变器厂商主要功率器件此前大多选用进 口产品。

2021 年以来芯片、IGBT 产品出现紧缺状况,各大厂商均在提升使用国产 IGBT 的比例。目前国产 IGBT 厂家产品在 35KW 以内的光伏应用场景性能指标已经基 本满足需求,可以应用于全球户用光伏市场。但搭载国产 IGBT 的较大功率的逆 变器,目前仅应用在国内的部分电站项目上。

光伏需求旺盛,海外芯片供应紧张,助推国产替代。IGBT器件的性能直接影响新能源发电的效率,因此客户对功率半导体的价格敏感度较低,而对其性能和可靠性要求较高。过去我国逆变器企业在器件选用过程中往往偏好性能更为卓越、稳定性更好的海外IGBT产品。

2021年,光伏发电市场蓬勃发展,2021前三季度我国光伏新增装机量合计25.56GW,同比实现快速增长。光伏逆变器中的核心器件IGBT需求持续旺盛,然而受疫情等因素影响,海外光伏芯片大厂交期延长,逆变器IGBT芯片供需矛盾凸显,因此我国光伏逆变器企业加快了对国产IGBT器件的验证和导入工作。此外在中美贸易摩擦等地缘政治事件影响下,部分逆变器企业建立国产供应链体系的迫切性日益凸显,正加速引入国产核心器件供应商。

分布式光伏大力推进,IGBT单管需求旺盛。结构上来看,2021年我国分布式光伏推进十分迅速,2021年前三季度装机量占比达64.19%。分布式光伏逆变器功率较小,主要采用IGBT单管方案。因此在快速增长的需求下,IGBT单管相较IGBT模块更为紧缺,国产替代的迫切性更高。技术上来说,IGBT单管的封装难度较IGBT模块更低,厂商更容易把握单管产品的性能指标和产品稳定性、一致性。因此,我国功率半导体企业总体将先通过IGBT单管供应实现光伏IGBT替代的突破。

2021年9月,国家能源局发布整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点名单,全国31个省市自治区共报送试点676个。国家政策对光伏发电整县推进的支持,也将持续带动光伏IGBT单管的用量。海外功率大厂扩产总体谨慎,在无法保障供应的情况下,光伏IGBT国产替代势在必行。

光伏去补贴,全产业链有降本需求,国产器件有望凭借性价比优势持续渗透。2021年是我国光伏行业正式开启实行平价上网的第一年,新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏项目和新核准陆上风电等新建项目不再享受财政补贴,未来光伏产业将摆脱依赖政府补贴的状况。光伏全产业链将面临更加市场化的竞争,各个环节具有更迫切的降成本要求。IGBT等功率半导体占光伏逆变器的成本可达15-20%,逆变器企业采用更具性价比的国产IGBT器件将有效实现降本。

我国光伏产业在政府的补贴支持下取得蓬勃发展,新增装机量不断提升。目前我国已经建立了完善的光伏产业链,在硅料、硅片、组件、逆变器、整机等产业链的各个环节涌现出一批领军企业。

我国企业在逆变器环节实力雄厚,全球市场占有率领先,为国产IGBT等器件的导入提供了深厚的土壤。2020年全球前十大光伏逆变器厂商中,我国企业占据6家。其中华为和阳光电源分别占有全球23%和19%的市占率。因此,国产IGBT企业相较海外企业,更有希望凭借本土供应优势,实现与逆变器客户的密切对接和持续服务,逐步提升渗透率,最终有望占据全球光伏逆变器IGBT市场的多数份额。

我国风电变流器和储能变流器的国产化程度仍然较低,随着国内厂商的不断研发投入,未来有望实现快速发展,为导入国产IGBT产品创造更优越的产业链条件。

储能变流器与光伏逆变器的技术总体同源,国内光伏逆变器企业在储能变流器市场具有绝佳的发展机会。对于国产IGBT供应商来说,亦有希望借助国内逆变器厂商导入储能市场。

上个时代 中国靠成本优势拿下全球市场

2010年,全球光伏新增装机量迈入10GW大关,达到17.5GW,以2010年阳光电源的销售均价1.6元/W计算,当年全球逆变器市场空间已达280亿元,各企业开始进入逆变器行业;

在此阶段,中国企业凭借着更低的人力成本与更低的物料价格,获得显著的成本优势。以2010年数据为例,阳光电源的成本为790元/KW,SMA的成本为1404元/KW,阳光电源的成本仅为SMA成本的56%。

尽管SMA由于先期建立的口碑、一定的技术优势、以及主要销售市场为欧洲等因素,在售价上仍较大幅度高于阳光电源,但成本控制上的先天劣势已经在逐步显现。

在此期间,中国企业全球市占率急速上升。

根据Wood Mackenzie数据,阳光电源等七大国内企业,2012年全球市占率仅为6%,2013年提升为18%,2014年提升为31%。龙头企业中,华为、阳光电源全球市占率2014年均达到10%,标志着中国企业在全球逆变器市场中的崛起。

反映在售价上,2011-2014年,集中式逆变器价格大幅下降。均价从2011年的0.8元/W大幅下降到2014年的0.25元/W,整体呈现出进入红海市场的趋势。也正在此时,组串式逆变器开始崛起。

组串式逆变器具有更宽的MPPT工作电压范围,可以早启动、晚停机,增加发电时间。

更高电压意味着更小的电流,意味着更小的配套线缆直径。因此,提高逆变器的最大输入电压,可以更好的节省系统的成本。

微逆领域,国产企业有望复刻集中式崛起之路

当前的微逆行业现状与 2010 年前后的集中式逆变器的发展情况类似。

(1)空间上,都处于规模化的开始。集中式逆变器:2010 年,全球光伏新增装 机量迈入 10GW 大关;微型逆变器:我们预计 2022 年市场空间超过百亿元。

(2)产品上,自初代产品问世均经过了一段时间发展,给了其他厂商学习、研 发、优化的时间,此时中国厂商的产品性能与海外龙头企业已经不相上下。集中 式逆变器:2003 年 SMA 推出首款集中式逆变器,2010 年时,阳光电源的产品 除转换效率略低于 SMA 之外,其他性能已经相差无几甚至略有领先;微型逆变 器:2008 年 Enphase 推出首款微型逆变器,2020 年时,禾迈股份的产品除转 换效率略低于 Enphase 之外,其他性能已经相差无几甚至略有领先。

(3)格局上,都有海外厂商占据绝对领先位置。集中式逆变器:2010 年前后, SMA 的全球市占率始终维持在 30%以上;微型逆变器:Enphase 一家独大,占 据七成以上份额。

(4)成本上,国内企业遥遥领先。集中式逆变器:2010 年时,阳光电源的成本 仅为 SMA 成本的 56%;微型逆变器:2020 年时,禾迈股份的成本仅为 Enphase 的 21%,即使考虑到产品类型的原因,将禾迈的单瓦成本翻倍,仍仅为 Enphase 成本的 42%。

基于以上维度的考量,我们仅考虑微逆行业中当前的参与者,禾迈股份很有可能 走出一条当年阳光电源走出的道路,超过海外企业,成为全球龙头;中国微逆企 业,很有可能走出一条当年中国逆变器企业走出的道路,占据全球微逆绝大多数 份额。

光伏和储能需求带动变流器高景气

如今,其所处行业正迎来全新发展机遇。从下游需求来看,全球储能、光伏市场如火如荼。

光伏角度,国家能源局数据显示,国内5月单月新增装机6.83GW,同比增长141%,几乎创下非抢装月份最高装机记录。国盛证券预计,全年装机需求或将确定性超预期。

储能角度,TrendForce预估,2025年全球储能新增装机量有望达362GWh。中国有望超过欧洲和美国,成为全球增长最快的储能市场。同时海外储能需求也逐步向好。A股公司中,派能科技、固德威日前受访时证实,海外户用储能需求旺盛,公司在手订单饱和,产能供不应求。

储能变流器和光伏逆变器在原理上基本相同,技术同源。对于原光伏逆变器厂商而言,储能业务是纯增量业务,因此许多光伏逆变器厂商开始发展储能变流器业务。同时,光伏逆变器和储能变流器的客户群体重叠度较高,此前积淀的渠道与品牌优势,可以帮助其迅速拓展储能变流器业务。目前主流的储能变流器厂商大部分主业均为光伏逆变器。

在全球光储市场的高成长性驱动之下,微型逆变器从曾经应用范围较为有限的“小众”方案,开启快速增长的势头。

一方面。全球分布式光伏装机占比持续提升、海内外屋顶光伏安全标准趋严,组件级控制方案已逐渐成为“标配”。

另一方面,随着光伏步入平价时代,度电成本开始成为行业核心考量因素。如今部分户用场景中,微型逆变器与传统组串式逆变器之间经济性差距已经较小。

之前微型逆变器主要应用于北美,分析师指出,欧洲、拉美等其他地区也已进入加速渗透期,2025年全球出货量或将超过25GW,年均增速超过50%,对应市场规模可达200亿元以上量级。

由于微型逆变器与集中式/组串式逆变器存在明显技术路线差异,市场参与者目前较少,市场格局较为集中,龙头Enphase全球市占率约80%。

禾迈的产品整体性能已经与Enphase不相上下。从转换效率上,禾迈的产品整体落后Enphase0.8个百分点。在功率密度上,禾迈在各类产品上较Enphase均有较大优势。

在产品性能上,东吴证券认为,国内企业性能媲美Enphase,功率段覆盖范围更广。以昱能科技为例,其单相多体功率密度遥遥领先于Enphase,且已独家推出全球首个三相八体产品。

综合来说,分析师看好本土微型逆变器厂商份额加速提升和高成长性逻辑清晰,国内企业增速有望远超行业。

文章来源:同花顺财经,中商情报网,未来智库,金融界

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