1.1 El mercado nacional de dispositivos de energía es enorme, y la aceleración de la sustitución de importaciones es el tema central del desarrollo de la industria.

Los productos semiconductores se pueden dividir en circuitos integrados, dispositivos discretos y otras categorías, entre las cuales los dispositivos de potencia semiconductores constituyen una parte importante de los dispositivos discretos. Los circuitos integrados integran diversos componentes básicos de circuito en un pequeño chip y los encapsulan para formar una unidad multifuncional, que principalmente procesa, almacena y convierte información. Los dispositivos discretos son componentes básicos de circuito con una única función, que principalmente procesan y convierten energía eléctrica. Los dispositivos discretos incluyen principalmente diodos de potencia, transistores de potencia, tiristores, MOSFET, IGBT y otros productos. Los productos de las series MOSFET e IGBT fabricados por la empresa son dispositivos discretos semiconductores con un nivel tecnológico líder a nivel nacional.

El desarrollo de la tecnología de dispositivos discretos está impulsado por las necesidades posteriores, con mejoras e iteraciones en el rendimiento, la estructura, los materiales, etc., para hacer frente a una gama más amplia de escenarios de aplicación. Los primeros diodos y transistores se utilizaron principalmente en sistemas industriales y de potencia; los tiristores mejoraron la controlabilidad; dispositivos como los MOSFET de potencia y los IGBT lograron mejoras significativas en el rendimiento de alta frecuencia y bajas pérdidas; los MOSFET de superunión rompieron el tradicional "límite del silicio" para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia; los dispositivos basados ​​en silicio se desarrollaron gradualmente hasta sus límites, y los materiales semiconductores de tercera generación SiC y GaN comenzaron a utilizarse para reemplazar al silicio.

Los dispositivos semiconductores discretos son uno de los componentes básicos y fundamentales de los productos electrónicos de potencia. El mercado de dispositivos discretos de mi país alcanza los 270 mil millones de yuanes. Según datos de la Oficina Nacional de Estadística, la proporción de la industria de dispositivos discretos en la industria total de semiconductores se ha mantenido entre el 22% y el 25% en los últimos años. Mi país es la base de fabricación de dispositivos semiconductores discretos más importante del mundo y el mercado más grande. Según datos de la Asociación de la Industria de Semiconductores de China, las ventas anuales de dispositivos discretos de mi país alcanzaron los 266 mil millones de yuanes en 2018, un aumento interanual del 7.50% con respecto a 2017. Durante el mismo período, la escala de producción nacional de dispositivos discretos alcanzó los 747.1 mil millones de unidades.

En los últimos años, la tendencia a la sustitución de importaciones en la industria de dispositivos discretos de mi país ha sido evidente, y la tasa de crecimiento de las importaciones ha disminuido significativamente. Según las estadísticas de la Asociación de la Industria de Semiconductores de China, las importaciones de dispositivos discretos de mi país en 2018 ascendieron a 28.5 millones de dólares estadounidenses, prácticamente la misma cifra que en 2017. Desde la perspectiva del nivel de desarrollo tecnológico, el nivel técnico general actual de la industria nacional aún está por debajo del nivel líder internacional. La estructura de productos se compone principalmente de productos de gama media y baja de bajo valor, y las importaciones en el segmento de gama media y alta representan más del 70%.

Con un mercado de semiconductores de potencia de 1.2 millones de dólares, los dispositivos nacionales están pasando de aplicaciones de gama media a gama baja y, finalmente, a aplicaciones de gama alta.

Los dispositivos de potencia son un componente importante de los dispositivos semiconductores discretos y constituyen el principal motor del crecimiento acelerado del mercado chino de estos dispositivos. Entre ellos se incluyen diodos de potencia, transistores de potencia, tiristores, MOSFET, IGBT, etc., que se utilizan en prácticamente todas las industrias de fabricación electrónica, como la informática, las comunicaciones de red, la electrónica de consumo, la electrónica automotriz, la electrónica industrial y otras industrias electrónicas. Además, campos de aplicación emergentes como los vehículos de nueva energía/puntos de recarga, la fabricación de equipos inteligentes, el Internet de las Cosas y la energía fotovoltaica se han convertido gradualmente en mercados de aplicación importantes para los dispositivos de potencia semiconductores, impulsando así el crecimiento de su demanda.

El mercado nacional de semiconductores de potencia tiene un valor de 100 mil millones de yuanes, y las diez principales empresas del mundo están monopolizadas por gigantes extranjeros. Según las estadísticas actuales de IHSMarkit, el tamaño del mercado global de dispositivos de potencia fue de aproximadamente 39.1 millones de dólares en 2018 y se espera que crezca hasta los 44.1 millones de dólares en 2021. Actualmente, la cadena de valor de la industria nacional de semiconductores de potencia está mejorando progresivamente. Como el mayor consumidor mundial de semiconductores de potencia, la demanda del mercado chino alcanzó los 13.8 millones de dólares en 2018, lo que representa el 35% de la demanda global. Se espera que el tamaño del mercado alcance los 15.9 millones de dólares en 2021.

Los tres productos principales en el mercado chino de semiconductores de potencia son los circuitos integrados de gestión de energía, los MOSFET y los IGBT, que representan el 60.98%, el 20.21% y el 13.92% del mercado total de semiconductores de potencia de China en 2018, respectivamente. Los mercados de MOSFET e IGBT de potencia están creciendo rápidamente, con tasas de crecimiento compuesto del 15% y el 12%, respectivamente, entre 2016 y 2018.

Los mercados de MOSFET e IGBT de potencia están creciendo rápidamente, y los vehículos de nueva energía son el principal motor de las aplicaciones posteriores. Según datos de Yole, los dos campos más importantes para las aplicaciones de IGBT y MOSFET son los vehículos de nueva energía y la industria. En 2023, se espera que el mercado de vehículos de nueva energía alcance los 3.7 millones de dólares y el industrial los 2.5 millones. Gracias al auge de los inversores para servomotores, los inversores fotovoltaicos de energía renovable y los convertidores de energía eólica en la automatización industrial, así como los inversores para motores de vehículos eléctricos e instalaciones relacionadas con puntos de recarga, los mercados automotriz e industrial se convertirán en los dos campos de mayor crecimiento en la industria de semiconductores de potencia, con tasas de crecimiento anual compuesto del 8.2 % y el 3.8 %, respectivamente.

1.3 Las nuevas aplicaciones ayudan al desarrollo de la industria, y los materiales de banda prohibida ancha enriquecen la dirección de la extensión tecnológica.

1.3.1 Se espera que los vehículos de nueva energía generen un mercado incremental valorado en decenas de miles de millones.

La transformación de los automóviles tradicionales en vehículos de nueva energía ha impulsado el desarrollo de la industria de semiconductores de potencia. El mercado de vehículos de nueva energía se ve impulsado inicialmente por políticas gubernamentales y posteriormente por los precios del mercado. Los principales países desarrollados han establecido planes de reducción de emisiones de CO2 para acelerar el desarrollo de los vehículos eléctricos. La Unión Europea prevé una disminución del 37.5 % en las emisiones de CO2 para 2030, y los principales países productores de automóviles han elaborado planes para dejar de vender vehículos con motor de combustión interna. En los próximos 10 años, diversas regiones irán reemplazando gradualmente parte de la cuota de mercado de los automóviles tradicionales, impulsadas por la aplicación de políticas y la dinámica del mercado.

La tendencia a la electrificación de los vehículos, sumada al aumento de la penetración de los vehículos eléctricos en el mercado, impulsa el rápido crecimiento de la demanda de semiconductores de potencia para la industria automotriz. A medida que aumenta el grado de electrificación de los automóviles, desde modelos microhíbridos utilizados únicamente para funciones de arranque y parada hasta vehículos totalmente eléctricos que requieren recuperación de energía y carga a bordo, la demanda de dispositivos de potencia se incrementa. Los semiconductores de potencia para vehículos eléctricos incluyen principalmente inversores de motor, convertidores CC/CC, variadores auxiliares, inversores de carga para la unidad de control a bordo (OBC) y circuitos integrados de gestión de baterías.

Al clasificar los vehículos en vehículos de combustible, vehículos híbridos enchufables y vehículos eléctricos puros, y al comparar la proporción de los costos de los materiales, se observa que, debido a la introducción de sistemas eléctricos como fuentes de energía en los vehículos híbridos enchufables y eléctricos puros, la proporción del costo de los sistemas de control electrónico ha aumentado significativamente. El consumo de componentes de energía de los vehículos de combustible tradicionales es de aproximadamente US$50 por vehículo, mientras que el consumo de componentes de energía de los vehículos eléctricos aumenta de US$75 por vehículo para los vehículos híbridos suaves de 48 V a US$455 por vehículo para los vehículos eléctricos puros.

Según el plan de la industria de vehículos de energía del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, las ventas de vehículos de nueva energía representarán el 25% del total en 2025 y el 40% en 2030. La tasa de crecimiento total de las ventas del mercado automotriz es lenta, con una tasa de crecimiento anual de solo el 1-2%. Sin embargo, se espera que la tasa de penetración se acelere impulsada por políticas. Se estima que las ventas de vehículos de nueva energía en China serán de 6.4 millones de unidades en 2025 y de 11 millones de unidades en 2030. Los vehículos de nueva energía se pueden dividir en híbridos enchufables (PHEV) y vehículos eléctricos puros (EV) según sus rutas técnicas. Los EV representan actualmente alrededor del 80%, y se espera que esta proporción aumente aún más hasta el 85% en el futuro. A corto plazo, el mercado está bajo presión debido a la epidemia. A mediano y largo plazo, se espera que los vehículos de nueva energía nacionales entren en un período de rápido crecimiento. Se estima que la tasa de crecimiento compuesto en los próximos 10 años será del 25.3%.

Dado que cada modelo de vehículo es bastante diferente, se supone que la cantidad de dispositivos de potencia utilizados en un vehículo eléctrico puro (VE) aumentará desde los vehículos de categoría A00 hasta los de categoría C. Se supone que el valor de los dispositivos de potencia correspondientes es de 800, 1000 y 3000-3500 yuanes/vehículo. Dado que el híbrido enchufable (PHEV) es un sistema eléctrico conectado al sistema de potencia de combustible, se supone que el consumo de dispositivos de potencia es de 2,100 yuanes/vehículo. Resultados del cálculo: se prevé que el mercado incremental de dispositivos de potencia para vehículos de nueva energía en China alcance los 16 000 millones de yuanes en 2025 y los 27 500 millones de yuanes en 2030.

1.3.2 Puntos de recarga para infraestructura de apoyo a vehículos de nueva energía

La combinación de estaciones de carga y vehículos de nueva energía es análoga a la de vehículos de combustible tradicional y gasolineras. La construcción de estaciones de carga debe coordinarse con la de vehículos de nueva energía; de lo contrario, la proporción entre vehículos y estaciones de carga se desequilibrará. Las estaciones de carga se dividen en dos categorías según su interfaz: carga lenta de CA y carga rápida de CC. Dado que la potencia de salida de las estaciones de carga de CC es alta y el consumo de semiconductores de potencia es mayor que el de las estaciones de carga de CA, las estaciones de carga de CC representan la principal dirección del desarrollo futuro de la industria, lo que implica que se espera que impulsen el desarrollo coordinado del mercado de semiconductores de potencia.

Situación actual y tendencias futuras del mercado de puntos de recarga en mi país: 1) La proporción actual entre vehículos en recarga y puntos de recarga es de aproximadamente 3:1, y se espera que disminuya aún más a 2:1 en el futuro. 2) La mayoría de los puntos de recarga privados utilizan el modo de carga de CA. Debido a que algunos propietarios de vehículos no tienen plazas de aparcamiento fijas y a las dificultades en la gestión de sus propiedades, se espera que los puntos de recarga públicos se conviertan en la opción principal en el futuro, y que los puntos de recarga privados se limiten a propietarios con plazas de aparcamiento fijas. 3) Los puntos de recarga públicos se dividen en CC y CA según el tipo de carga. Actualmente, la proporción CA/CC de los puntos de recarga públicos es de aproximadamente 6:4. Suponiendo que el coste de la carga de CC de alta potencia disminuya gradualmente, se espera que la proporción CA/CC tienda a 1:1 en el futuro.

Los puntos de recarga públicos se están desarrollando rápidamente y se dividen en dos tipos: corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). Se prevé que los puntos de recarga de CC sean los de mayor crecimiento en el futuro. La proporción actual de puntos de recarga públicos de CC con respecto a los de CA es de 4:6, y se espera que alcance 1:1 en 2030. Según los cálculos, el número de puntos de recarga públicos de CC llegará a 2.1 millones en 2025 y a 7.5 millones en 2030.

La carga de CC utiliza alta potencia. Este sistema emplea más semiconductores de potencia que la carga de CA convencional, lo que genera una gran demanda de IGBT. Si se calcula la demanda de dispositivos de potencia en estaciones de carga de CC públicas basándose únicamente en estimaciones de costos, la demanda acumulada del mercado entre 2020 y 2025 asciende a unos 14 millones de yuanes, y entre 2025 y 2030, a unos 40 millones de yuanes. En los próximos 10 años, la demanda de dispositivos de potencia para la construcción de estaciones de carga de CC superará los 50 millones de yuanes.

1.3.3 Generación de energía a partir de fuentes renovables

La generación de energía fotovoltaica es el proceso de convertir la energía solar en energía eléctrica e inyectarla a la red eléctrica. El sistema consta de células solares, baterías y controladores. Dado que la generación de energía fotovoltaica produce corriente continua, se requiere un inversor fotovoltaico para convertirla en corriente alterna que cumpla con los requisitos de la red antes de su conexión. El inversor fotovoltaico es un componente clave de todo el sistema de generación de energía solar, siendo el IGBT el dispositivo central. Los inversores fotovoltaicos tienen dos funciones básicas: 1) Realizar la conversión de corriente CC/CA y conectarla a la red; 2) Mejorar y optimizar la eficiencia de conversión de energía del sistema fotovoltaico. La elección de la topología del inversor está relacionada con la potencia de salida nominal. Los inversores fotovoltaicos de alta tensión y alta potencia pueden adoptar una topología multinivel, los de potencia media adoptan topologías de puente completo y medio puente, y los de baja potencia adoptan topologías de inversor forward y flyback.

La tecnología de generación de energía fotovoltaica ofrece un enorme potencial de reducción de costos, un rápido progreso tecnológico y una sólida certeza de industrialización. Es uno de los principales métodos de generación de energía limpia y de bajo costo que se desarrollarán en el futuro. En 2019, la capacidad fotovoltaica instalada en China alcanzó los 30 GW. Según la hoja de ruta para el desarrollo de la industria fotovoltaica china, se estima que la tasa de crecimiento anual compuesta de la capacidad instalada en los próximos cinco años será de aproximadamente el 9.9 %. Para 2025, se estima que la capacidad instalada alcanzará los 65 GW, de forma conservadora, y los 80 GW, de forma optimista.

Para lograr el máximo beneficio económico, la relación de capacidad de diseño de las centrales fotovoltaicas está aumentando gradualmente. En sus inicios, el sistema fotovoltaico se diseñaba con una relación de capacidad de 1:1. Posteriormente, gracias a la innovación tecnológica, el aumento de esta relación contribuirá a mejorar la eficiencia operativa del inversor y los ingresos de la central. Suponiendo que el ciclo de reemplazo de los inversores fotovoltaicos sea de 10 años, la demanda anual de estos inversores se compone principalmente de nuevas incorporaciones y reemplazos durante ese año. Con base en estas suposiciones, estimamos que la demanda del mercado chino de inversores fotovoltaicos alcanzará los 75 GW en 2025.

Los inversores fotovoltaicos se dividen generalmente en tres categorías: centralizados, en cadena y distribuidos. Debido al efecto de escala, el costo unitario del tipo centralizado es relativamente menor que el del tipo en cadena. El costo unitario tenderá a la baja a medida que la tecnología madure y se incremente la producción en masa. Según las previsiones de CPIA, el costo promedio ponderado de los inversores fotovoltaicos nacionales en 2019 fue de aproximadamente 0.2 yuanes/W, y se espera que baje a 0.15 yuanes/W en 2025. Suponiendo que el costo de los módulos de potencia y los dispositivos discretos represente entre el 9 y el 10 % del costo total, se estima que la demanda de China de semiconductores de potencia para inversores fotovoltaicos será de aproximadamente 390 millones de yuanes en 2019 y de 961 millones de yuanes en 2025. La demanda nacional acumulada en los próximos cinco años es de aproximadamente 5 mil millones de yuanes.

1.3.4 La demanda de un mayor rendimiento impulsa la industrialización acelerada de los materiales de tercera generación.

Debido a que los materiales de tercera generación tienen características de banda prohibida más grande, mayor velocidad de deriva de saturación de electrones, excelentes propiedades optoelectrónicas, alta velocidad, alta frecuencia, alta potencia, resistencia a altas temperaturas y alta resistencia a la radiación, los dispositivos tienen un gran potencial de desarrollo en los campos de la optoelectrónica, la radiofrecuencia y la electrónica de potencia. Actualmente, los materiales semiconductores basados ​​en silicio están cerca de los límites físicos debido a sus propiedades materiales. La tercera generación de materiales semiconductores compuestos ha entrado rápidamente en el proceso de industrialización. La preparación, el proceso de fabricación y la física de los dispositivos de materiales semiconductores de banda prohibida ancha representados por SiC y GaN han desarrollado rápidamente. El SiC tiene características de resistencia a altas temperaturas, alta frecuencia, alta potencia y alto voltaje, y se utiliza principalmente en campos de alto voltaje y accionamiento, como inversores fotovoltaicos, vehículos de nueva energía, estaciones de carga, etc.

El GaN ofrece mayor potencia de salida y menor área a altas frecuencias, y se utiliza principalmente en el campo de la radiofrecuencia. Se espera que el GaN mejore significativamente aplicaciones como la gestión, la generación y la potencia de salida en campos de voltaje medio y bajo. El mercado de la energía basada en GaN está impulsado principalmente por la carga rápida.

Gracias a la fuerte demanda en los sectores de vehículos de nueva energía, 5G y electrónica de consumo, se espera que el mercado global de dispositivos SiC y GaN crezca a un ritmo elevado del 25 % al 40 % en los próximos años. Según las estimaciones de ASIACHEM Consulting, el mercado de dispositivos de potencia SiC alcanzará aproximadamente los 500 millones de dólares en 2019 y los 3.5 millones de dólares en 2025. En 2019, el mercado de RF de GaN será de aproximadamente 642 millones de dólares y el de dispositivos de potencia de GaN, de unos 90 millones de dólares. En 2025, el mercado de dispositivos de RF superará los 3 millones de dólares y el de dispositivos de potencia alcanzará los 400 millones de dólares.

1.4 La industria nacional de dispositivos de energía ha entrado en un período dorado, con empresas líderes beneficiándose primero

Impulsada por múltiples factores como la demanda del mercado, las políticas, el talento, el capital y la tecnología, se espera que la industria nacional de semiconductores de potencia entre en un período de auge en los próximos 3 a 5 años. Independientemente de si se analiza desde múltiples perspectivas, como la dificultad para ponerse al día con la tecnología, el progreso de la industrialización y el impacto de factores externos, los semiconductores de potencia constituyen uno de los segmentos con la sustitución nacional más rápida en el futuro previsible. En los casos en que el impacto del entorno externo es relativamente pequeño, la reducción de la brecha tecnológica y la expansión de la capacidad de producción han protegido la tendencia de sustitución de importaciones. Actualmente, los dispositivos de potencia nacionales están reemplazando rápidamente a los productos de gama media y baja, y continuarán extendiéndose a las áreas de gama media y alta en el futuro.

En toda la industria de dispositivos de potencia existen cuatro tendencias de desarrollo principales:

(1) Aumento de la concentración industrial, tendencia de desarrollo endógeno y extensional. Actualmente, los principales fabricantes extranjeros de dispositivos discretos representan la mitad del mercado global y esta tendencia se mantiene estable. El panorama de la industria nacional se caracteriza por la fragmentación de empresas, con una tecnología y un diseño de producto únicos. La tendencia inevitable en el desarrollo de la industria nacional es que un pequeño número de empresas con ventajas competitivas clave expandirán la visibilidad de sus productos y su cuota de mercado mediante la acumulación continua de tecnología y la innovación independiente, extendiéndose hasta la fabricación y el empaquetado.

(2) Además del alto crecimiento de los nuevos mercados, se espera que las empresas nacionales se beneficien del enorme potencial de sustitución de importaciones. En los últimos años, mi país se ha desarrollado rápidamente en el segmento de gama media-baja, mientras que el mercado de productos de gama media-alta aún no se ha abierto. En el futuro, las empresas nacionales destacadas del sector obtendrán mayores oportunidades de desarrollo gracias a sus ventajas geográficas, tecnológicas y de costos.

(3) Los requisitos de rendimiento del producto impulsan el desarrollo modular e integrado. El desarrollo de la industria de dispositivos discretos está impulsado por la demanda. Para satisfacer las necesidades de mayor eficiencia de conversión de potencia, estabilidad, alto voltaje, alta potencia y complejidad, la modularización y la integración del ensamblaje se han convertido en la tendencia principal del desarrollo tecnológico, y el diseño es más difícil.

(4) Los materiales emergentes de banda prohibida ancha se encuentran en las primeras etapas de industrialización, y a los países nacionales les resulta relativamente difícil ponerse al día. Los materiales de banda prohibida ancha, representados por SiC y GaN, tienen la ventaja de superar los límites de rendimiento de los dispositivos de silicio tradicionales y son sumamente estratégicos y prometedores. La barrera técnica reside en la preparación de los materiales, y la brecha tecnológica entre los países nacionales y extranjeros se está reduciendo constantemente.

Fuente: Observación del sector principal

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