1.1 Отечественный рынок силовых приборов огромен, и ускорение импортозамещения является приоритетной задачей развития отрасли.

Полупроводниковые изделия можно разделить на интегральные схемы, дискретные устройства и другие категории, среди которых полупроводниковые силовые приборы являются важной частью дискретных устройств. Интегральные схемы объединяют различные основные компоненты схемы на небольшом кристалле, а затем упаковывают их в многофункциональный блок, который в основном реализует обработку, хранение и преобразование информации; дискретные устройства — это основные компоненты схемы с одной функцией, которые в основном реализуют обработку и преобразование электрической энергии. К дискретным устройствам относятся в основном силовые диоды, силовые транзисторы, тиристоры, MOSFET, IGBT и другие изделия. Серии MOSFET и IGBT, производимые компанией, представляют собой полупроводниковые дискретные устройства, соответствующие передовому уровню отечественных технологий.

Развитие технологии дискретных устройств обусловлено потребностями конечного потребителя, с постоянными улучшениями и итерациями в производительности, структуре, материалах и т. д. для решения более широкого спектра задач. Ранние диоды и транзисторы в основном использовались в промышленных и энергетических системах; тиристоры улучшили управляемость; такие устройства, как силовые MOSFET и IGBT, достигли значительного улучшения характеристик на высоких частотах и ​​с низкими потерями; суперпереходные MOSFET преодолели традиционный «кремниевый предел», чтобы удовлетворить потребности мощных и высокочастотных приложений; кремниевые устройства постепенно дошли до своих пределов, и полупроводниковые материалы третьего поколения SiC и GaN начали использоваться для замены кремния.

Дискретные полупроводниковые приборы являются одним из основных и ключевых компонентов силовой электроники. Объем рынка дискретных полупроводниковых приборов в моей стране достигает 270 миллиардов юаней. По данным Национального статистического бюро, доля дискретных полупроводниковой промышленности в общей полупроводниковой промышленности в последние годы оставалась в пределах от 22% до 25%. Моя страна является важнейшей в мире базой по производству дискретных полупроводниковых приборов и крупнейшим рынком сбыта. По данным Китайской ассоциации полупроводниковой промышленности, годовой объем продаж дискретных полупроводников в моей стране в 2018 году достиг 266 миллиардов юаней, что на 7.50% больше, чем в 2017 году. За тот же период объем производства дискретных полупроводников в стране достиг 747.1 миллиарда единиц.

В последние годы в нашей стране наблюдается явная тенденция импортозамещения в отрасли производства дискретных устройств, а темпы роста импорта значительно снизились. Согласно статистике Китайской ассоциации полупроводниковой промышленности, импорт дискретных устройств в нашу страну в 2018 году составил 28.5 млрд долларов США, что практически не изменилось по сравнению с 2017 годом. С точки зрения уровня технологического развития, текущий общий технический уровень отечественной промышленности все еще отстает от ведущего международного уровня. Структура продукции в основном состоит из низкобюджетных товаров среднего и низкого ценового сегмента, при этом на импорт в этом сегменте приходится более 70%.

Рынок силовых полупроводников составляет 1.2 миллиарда долларов, отечественные устройства переходят из среднего и низкого ценового сегмента в высокопроизводительные приложения.

Силовые приборы являются важной составляющей полупроводниковых дискретных устройств и основной движущей силой ускоренного роста китайского рынка полупроводниковых дискретных устройств. К силовым приборам относятся, в основном, силовые диоды, силовые транзисторы, тиристоры, MOSFET, IGBT и др., которые используются практически во всех отраслях электронной промышленности, включая компьютеры, сетевую связь, бытовую электронику, автомобильную электронику, промышленную электронику и другие. Кроме того, такие новые области применения, как электромобили/зарядные станции, производство интеллектуального оборудования, Интернет вещей и фотоэлектрическая новая энергетика, постепенно становятся важными рынками сбыта для полупроводниковых силовых приборов, что стимулирует рост спроса на них.

Объем внутреннего рынка силовых полупроводников составляет 100 миллиардов юаней, а десять крупнейших мировых компаний монополизируются зарубежными гигантами. Согласно текущей статистике IHSMarkit, объем мирового рынка силовых полупроводниковых приборов в 2018 году составлял приблизительно 39.1 миллиарда долларов США и, как ожидается, вырастет до 44.1 миллиарда долларов США к 2021 году. В настоящее время цепочка поставок в отечественной отрасли силовых полупроводников постоянно совершенствуется. Будучи крупнейшим в мире потребителем силовых полупроводников, Китай в 2018 году обеспечил спрос на свою продукцию в размере 13.8 миллиарда долларов США, что составляет 35% от мирового спроса. Ожидается, что к 2021 году объем рынка достигнет 15.9 миллиарда долларов США.

В 2018 году на три ведущих продукта китайского рынка силовых полупроводников приходилось 60.98%, 20.21% и 13.92% от общего объема китайского рынка силовых полупроводников. Рынки силовых MOSFET и IGBT быстро растут, демонстрируя среднегодовые темпы роста в 15% и 12% соответственно в период с 2016 по 2018 год.

Рынки силовых MOSFET и IGBT быстро растут, и электромобили являются основной движущей силой в последующих областях применения. Согласно данным Yole, двумя наиболее важными областями применения IGBT и MOSFET являются электромобили и промышленность. В 2023 году объем рынка электромобилей, как ожидается, достигнет 3.7 млрд долларов США, а промышленного сектора — 2.5 млрд долларов США. Благодаря бурному развитию инверторов для серводвигателей, инверторов для фотоэлектрических систем на основе возобновляемой энергии и преобразователей энергии ветряных турбин в промышленной автоматизации, а также инверторов для электродвигателей электромобилей и зарядных станций, автомобильный и промышленный рынки станут двумя наиболее быстрорастущими областями в силовой полупроводниковой промышленности, с ежегодными темпами роста, достигающими 8.2% и 3.8% соответственно.

1.3 Новые области применения способствуют развитию отрасли, а материалы с широкой запрещенной зоной обогащают направления технологического развития.

1.3.1 Ожидается, что новые энергетические транспортные средства приведут к увеличению рынка на десятки миллиардов долларов.

Преобразование традиционных автомобилей в новые источники энергии дало толчок развитию полупроводниковой промышленности. Рынок электромобилей на начальном этапе определяется политикой, а на более позднем — рыночными ценами. Крупнейшие развитые страны разработали планы по сокращению выбросов CO2 от автомобильных выхлопных газов для ускорения развития электромобилей. Европейский союз ожидает сокращения выбросов CO2 на 37.5% к 2030 году, а ведущие автомобильные страны разработали планы по прекращению продаж автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. В течение следующих 10 лет различные регионы постепенно заменят часть традиционной доли рынка автомобилей благодаря политике и рыночной конъюнктуре.

Тенденция к электрификации транспортных средств и рост доли электромобилей на рынке стимулируют быстрый рост спроса на силовые полупроводники для автомобилей. По мере постепенного увеличения степени электрификации автомобилей, от микрогибридных моделей, используемых только для функции старт-стоп, до полностью электрических автомобилей, требующих рекуперации энергии и бортовой зарядки, спрос на силовые устройства возрастает. К силовым полупроводниковым устройствам для электромобилей относятся, главным образом, инверторы для электродвигателей, преобразователи постоянного тока, вспомогательные приводы, инверторы для зарядки бортовых зарядных устройств и микросхемы управления автомобильными батареями.

Классификация транспортных средств на автомобили с двигателями внутреннего сгорания, гибридные автомобили с возможностью подзарядки от сети и полностью электрические автомобили, а также сравнение доли материальных затрат показали, что в связи с внедрением электрических систем в качестве источников питания в гибридных и полностью электрических автомобилях доля затрат на электронные системы управления значительно возросла. Потребление энергии компонентами традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания составляет около 50 долларов США/автомобиль, в то время как потребление энергии компонентами электромобилей увеличивается с 75 долларов США/автомобиль для 48-вольтовых мягких гибридных автомобилей до 455 долларов США/автомобиль для полностью электрических автомобилей.

Согласно плану развития индустрии электромобилей Министерства промышленности и информационных технологий, продажи электромобилей составят 25% от общего объема продаж в 2025 году и 40% в 2030 году. Темпы роста продаж на автомобильном рынке медленные, с ежегодным приростом всего 1-2%. Однако ожидается, что темпы проникновения на рынок ускорятся благодаря проводимой политике. По оценкам, продажи электромобилей в Китае составят 6.4 миллиона единиц в 2025 году и 11 миллионов единиц в 2030 году. Электромобили можно разделить по техническим характеристикам на подключаемые гибриды (PHEV) и полностью электрические электромобили (EV). В настоящее время на электромобили приходится около 80%, и ожидается, что в будущем эта доля увеличится до 85%. В краткосрочной перспективе рынок находится под давлением из-за эпидемии. В среднесрочной и долгосрочной перспективе ожидается, что отечественные электромобили вступят в период быстрого роста. Совокупный темп роста в течение следующих 10 лет оценивается в 25.3%.

Поскольку каждая модель автомобиля существенно отличается, предполагается, что количество силовых устройств, используемых в чисто электрических электромобилях, увеличится с автомобилей категории A00 до автомобилей категории C. Предполагается, что стоимость соответствующих силовых устройств составляет 800, 1000, 3000-3500 юаней/автомобиль. Поскольку подключаемый гибрид (PHEV) представляет собой электрическую систему, подключенную к топливной силовой установке, предполагается, что потребление силовых устройств составляет 2,100 юаней/автомобиль. Результаты расчетов: прогнозируется, что прирост рынка силовых устройств для электромобилей в Китае достигнет 16 миллиардов юаней в 2025 году и 27.5 миллиардов юаней в 2030 году.

1.3.2 Зарядные станции для инфраструктуры поддержки новых энергетических транспортных средств

Концепция «зарядные станции + электромобили» аналогична концепции «традиционные автомобили + автозаправочные станции». Строительство зарядных станций должно быть скоординировано с развитием электромобилей, иначе соотношение автомобилей и станций будет несбалансированным. Зарядные станции можно разделить на две категории в зависимости от типа интерфейса: медленная зарядка переменным током и быстрая зарядка постоянным током. Поскольку выходная мощность зарядных станций постоянного тока высока, а потребление силовых полупроводниковых приборов выше, чем у зарядных станций переменного тока, зарядные станции постоянного тока являются основным направлением развития отрасли в будущем, а это значит, что они, как ожидается, будут способствовать скоординированному развитию рынка силовых полупроводников.

Текущее состояние и прогнозы будущих тенденций рынка зарядных станций в моей стране: 1) В настоящее время соотношение количества заряжаемых автомобилей к количеству зарядных станций составляет примерно 3:1, и ожидается, что в будущем оно снизится до 2:1. 2) Большинство частных зарядных станций используют режим зарядки переменным током. Из-за отсутствия у некоторых автовладельцев фиксированных парковочных мест и трудностей с управлением недвижимостью, ожидается, что в будущем общественные зарядные станции станут основным видом зарядки, а частные зарядные станции будут доступны только автовладельцам с фиксированными парковочными местами. 3) Общественные зарядные станции делятся на станции постоянного и переменного тока в зависимости от типа зарядки. В настоящее время соотношение заряда переменным и постоянным током в общественных станциях составляет примерно 6:4. Предполагая, что стоимость зарядки мощным постоянным током постепенно снижается, ожидается, что в будущем соотношение заряда переменным и постоянным током будет стремиться к 1:1.

Общедоступные зарядные станции быстро развиваются и делятся на станции постоянного и переменного тока. Ожидается, что в будущем наиболее быстрорастущим сегментом станут станции постоянного тока. В настоящее время соотношение общественных станций постоянного и переменного тока составляет 4:6, а к 2030 году, как ожидается, достигнет 1:1. По расчетам, к 2025 году количество общественных зарядных станций постоянного тока достигнет 2.1 миллиона, а к 2030 году — 7.5 миллиона.

Зарядка постоянным током использует высокомощный режим зарядки. В этой системе используется больше силовых полупроводников, чем в обычном режиме переменного тока, и спрос на IGBT очень велик. Расчет масштабов спроса на силовые приборы на общественных зарядных станциях постоянного тока, основанный только на предположениях о затратах, показывает, что совокупный рыночный спрос с 2020 по 2025 год составит около 14 миллиардов юаней, а с 2025 по 2030 год — около 40 миллиардов юаней. В течение следующих 10 лет спрос на силовые приборы при строительстве зарядных станций постоянного тока превысит 50 миллиардов юаней.

1.3.3 Производство электроэнергии из возобновляемых источников

Фотоэлектрическая генерация энергии — это процесс преобразования солнечной энергии в электрическую и её подачи в сеть. Система состоит из солнечных элементов, батарей и контроллеров. Поскольку в процессе фотоэлектрической генерации генерируется постоянный ток, для его преобразования в переменный ток, соответствующий требованиям сети, перед подключением к сети, необходим фотоэлектрический инвертор. Фотоэлектрический инвертор является ключевым компонентом всей системы солнечной генерации энергии, при этом IGBT-транзисторы являются основным элементом фотоэлектрического инвертора. Фотоэлектрические инверторы выполняют две основные функции: 1) преобразование постоянного тока в переменный и его подключение к сети; 2) повышение и оптимизация эффективности преобразования энергии фотоэлектрической системы. Выбор топологии инвертора зависит от номинальной выходной мощности. Высоковольтные и мощные фотоэлектрические инверторы могут использовать многоуровневую топологию, среднемощные фотоэлектрические инверторы — полномостовую и полумостовую топологии, а маломощные фотоэлектрические инверторы — прямоходовую и обратноходовую топологии.

Технология фотоэлектрической генерации электроэнергии обладает огромным потенциалом для снижения затрат, быстрого технологического прогресса и высокой вероятностью индустриализации. Это один из основных недорогих методов производства чистой энергии, который будет развиваться в будущем. В 2019 году в Китае было введено в эксплуатацию 30 ГВт новых фотоэлектрических мощностей. Согласно дорожной карте развития фотоэлектрической отрасли Китая, среднегодовой темп роста новых установленных мощностей в течение следующих пяти лет оценивается примерно в 9.9%. К 2025 году, по консервативным оценкам, новые установленные мощности достигнут 65 ГВт, а по оптимистическим – 80 ГВт.

Для достижения максимальной экономической выгоды коэффициент проектной мощности фотоэлектрических электростанций постепенно увеличивается. На заре своего существования фотоэлектрические системы проектировались с коэффициентом мощности 1:1. Позже, благодаря технологическим инновациям, увеличение коэффициента мощности позволило повысить эффективность работы инверторов и увеличить доходность электростанции. Предполагая, что цикл замены фотоэлектрических инверторов составляет 10 лет, ежегодный спрос на фотоэлектрические инверторы в основном состоит из новых установок и замен в течение этого года. На основе этих предположений мы оцениваем, что спрос на фотоэлектрические инверторы на китайском рынке в 2025 году составит 75 ГВт.

Фотоэлектрические инверторы, как правило, делятся на три категории: централизованные, стринговые и распределенные. Из-за эффекта масштаба себестоимость единицы продукции централизованного типа относительно ниже, чем у стрингового. По мере развития технологии и наращивания массового производства себестоимость единицы продукции будет снижаться. Согласно прогнозам CPIA, средневзвешенная себестоимость отечественных фотоэлектрических инверторов в 2019 году составляла приблизительно 0.2 юаня/Вт и, как ожидается, снизится до 0.15 юаня/Вт к 2025 году. Предполагая, что стоимость силовых модулей и дискретных устройств составляет 9-10% от общей стоимости, спрос Китая на силовые полупроводники для фотоэлектрических инверторов оценивается примерно в 390 миллионов юаней в 2019 году и 961 миллион юаней в 2025 году. Совокупный внутренний спрос в течение следующих пяти лет составит приблизительно 5 миллиардов юаней.

1.3.4. Потребность в более высоких эксплуатационных характеристиках стимулирует ускоренную индустриализацию материалов третьего поколения.

Благодаря таким характеристикам материалов третьего поколения, как большая ширина запрещенной зоны, более высокая скорость дрейфа насыщения электронов, превосходные оптоэлектронные свойства, высокая скорость, высокая частота, высокая мощность, высокая термостойкость и высокая радиационная стойкость, устройства, использующие эти материалы, обладают большим потенциалом развития в областях оптоэлектроники, радиочастотной и силовой электроники. В настоящее время полупроводниковые материалы на основе кремния близки к физическим пределам из-за своих материальных свойств. Третье поколение составных полупроводниковых материалов быстро вступает в процесс индустриализации. Быстро развиваются методы получения, производства и физика устройств на основе широкозонных полупроводниковых материалов, представленных SiC и GaN. SiC обладает характеристиками высокой термостойкости, высокой частоты, высокой мощности и высокого напряжения и в основном используется в высоковольтных и приводных областях, таких как фотоэлектрические инверторы, электромобили, зарядные станции и т. д.

GaN обладает более высокой выходной мощностью и меньшей площадью на высоких частотах и ​​в основном используется в радиочастотной области; ожидается, что GaN значительно улучшит такие области применения, как управление питанием, генерация электроэнергии и выходная мощность в средне- и низковольтных областях. Рынок GaN в энергетике в основном движется за счет быстрой зарядки.

Благодаря высокому спросу в сегменте электромобилей, 5G и потребительской электроники, ожидается, что мировой рынок устройств на основе SiC и GaN будет расти высокими темпами — на 25–40% в ближайшие несколько лет. По оценкам ASIACHEM Consulting, объем рынка силовых устройств на основе SiC в 2019 году составит приблизительно 500 миллионов долларов США, а к 2025 году достигнет 3.5 миллиардов долларов США. В 2019 году объем рынка радиочастотных устройств на основе GaN составит приблизительно 642 миллиона долларов США, а рынок силовых устройств на основе GaN — приблизительно 90 миллионов долларов США. К 2025 году объем рынка радиочастотных устройств превысит 3 миллиарда долларов США, а рынок силовых устройств достигнет 400 миллионов долларов США.

1.4 Отечественная индустрия силовых приборов вступила в золотой период, и ведущие компании первыми получают от этого выгоду.

Под влиянием множества факторов, таких как рыночный спрос, политика, кадры, капитал и технологии, ожидается, что в ближайшие 3-5 лет отечественная индустрия силовых полупроводников вступит в золотой период развития. Независимо от анализа с разных сторон, таких как сложность технологического прогресса, темпы индустриализации и влияние внешних факторов, силовые полупроводники являются одним из сегментов с наиболее быстрым замещением отечественной продукции в обозримом будущем. В условиях относительно небольшого влияния внешней среды, сокращение технологического разрыва и расширение производственных мощностей поддерживают тенденцию импортозамещения. В настоящее время отечественные силовые устройства быстро замещают продукцию среднего и низкого ценового сегмента и в будущем будут продолжать расширять свое присутствие в этом сегменте.

В целом, в отрасли силовых приборов выделяют четыре основных направления развития:

(1) Концентрация отрасли возрастает, наблюдается тенденция эндогенного + экстенсивного развития. В настоящее время ведущие зарубежные производители в отрасли дискретных устройств занимают половину мирового рынка, и эта тенденция стабильна. Отечественная отрасль характеризуется малыми, крупными и рассредоточенными размерами, с одной технологией и структурой продукции. Неизбежной тенденцией в развитии отечественной отрасли является то, что небольшое количество компаний, обладающих ключевыми конкурентными преимуществами, будет расширять узнаваемость своей продукции и долю рынка за счет непрерывного накопления технологий и независимых инноваций, а также распространять свою деятельность на производство и упаковку.

(2) Помимо высоких темпов роста новых рынков, ожидается, что отечественные компании получат выгоду от потенциально огромного пространства для импортозамещения. В последние годы моя страна быстро развивалась в сегменте товаров среднего и низкого ценового уровня, а рынок товаров среднего и высокого ценового уровня еще не открылся. В будущем ведущие отечественные компании в отрасли получат больше возможностей для развития благодаря своим географическим, технологическим и ценовым преимуществам.

(3) Требования к производительности продукции определяют модульную и интегрированную разработку. Развитие индустрии дискретных устройств обусловлено спросом. Для решения задач, связанных с более высокой эффективностью преобразования энергии, стабильностью, высоким напряжением, высокой мощностью и сложностью, модульная сборка и интеграция стали основной тенденцией развития технологий, а проектирование — более сложной задачей.

(4) Новые широкозонные материалы находятся на ранних стадиях индустриализации, и отечественным странам относительно сложно догнать их. Широкозонные материалы, представленные SiC и GaN, обладают преимуществом преодоления ограничений производительности традиционных кремниевых устройств и являются чрезвычайно стратегически важными и перспективными. Технический барьер заключается в подготовке материалов, и технологический разрыв между отечественными и зарубежными странами постоянно сокращается.

Источник: Обзор ключевых отраслей промышленности

Примечание: Данная статья воспроизведена из интернета и направлена ​​на защиту прав интеллектуальной собственности. При перепечатке, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.