（报告出品方/作者：首创证券，何立中）
1、IGBT是光伏逆变器实现DC/AC核心器件
光伏逆变器是光伏发电关键部件。在太阳能光伏发电过程中，光伏阵列所的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能。光伏逆变器将光伏发电系统产生的直流电电力电子变换技术转换为生活所需的交流电，是光伏电站最重要的核心部件之一，是太阳能和用户之间联系的必经之路。光伏逆变器需要保证输入电网的电能质量（如谐波含量、直流分量、电压、频率、相位等）符合要求。
光伏逆变器主要由输入滤波电路、DC/DCMPPT电路、DC/AC逆变电路、输出波电路、核心控制单元电路组成。逆变器的工作原理是通过IGBT等功率半导体开关器件的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能的。电路中都使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开、关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整形滤波输出符合要求的交流电。
IGBT在光伏逆变器中主要应用在DC/DC升压和DC/AC逆变电路中。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，以实现精准调控的目的。
2、根据逆变器功率选择IGBT单管或模块方案
2.1光伏逆变器以组串式和集中式为主
根据技术路线不同，光伏逆变器分为集中式、组串式、集散式和微型逆变器。目前市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主。集中式逆变器是将汇总后的直流电转变为交流电，功率相对较大；组串式逆变器是将组件产生的直流电直接转变为交流电再行，功率相对较小。
目前组串式逆变器占据主要市场份额。根据中国光伏行业数据，年，光伏逆变器市场仍然以集中式逆变器和组串式逆变器为主，集散式逆变器占比较小。其中，组串式逆变器依然占据主要地位，占比为66.5%，集中式逆变器占比为28.5%，集散式逆变器的市场占有率约为5.0%。预计未来组串式逆变器仍将占据主导。
集中式逆变器单机功率较大，组串式逆变器单机功率相对较小。根据中国光伏行业协会数据，年，集中式逆变器单机功率为kW/台。集中式电站用组串式逆变器单机功率为kW/台，集散式逆变器单机功率为kW/台。户用光伏逆变器单机率，在V电压下为8kW/台，在V电压下约15-20kW/台。
2.2集中式逆变器多用IGBT模块方案
集中式光伏逆变器额定功率从KW到KW不等。集中式光伏逆变器是将很多并行的光伏组串连到同一台集中逆变器的直流输入端，做最大功率峰值跟踪以后，再经过逆变后并入电网。其单体功率高，成本低，电网调节性好，但要求光伏组串之间要有很好的匹配，一旦出现多云、部分遮阴或单个组串故障，将影响整个光伏系统的效和电产能。
集中式逆变器最大功率跟踪电压范围较窄，组件配置灵活性较低，发电时间短，要专用的具备通风的专用机房，主要适用于光照均匀的集中性地面大型光伏电站等。集中式逆变器通常基于单级功率转换，大部分逆变器采用变压器设计或隔离变压器设计。
集中式光伏逆变器功率较大，多采用IGBT模块方案。单台集中式逆变器的功率范围通常为KW到KW，将多台逆变器并联起来，可实现功率高达KW的逆变解决方案。根据英飞凌的集中式逆变器解决方案，在DC/AC阶段，主要包括4种拓扑结构，分别为两电平拓扑和三电平NPC1/NPC2/ANPC拓扑。三电平拓扑因其效率更高而被广泛使用。
V光伏系统通常首选三电平NPC2拓扑。V光伏系统由于可以降低系统成本，提高端到端效率而广受欢迎，三电平NPC1/ANPC拓扑可实现更稳健的逆变器设计。开关频率和冷却要求是影响交流滤波器尺寸、系统容量和成本的关键因素，需要具有低损耗和高电流密度的功率模块。
根据英飞凌的解决方案，当集中式逆变器功率低于kW时，选用62mm模块产品；当功率低于kW时，选用EconoDUAL3模块；当功率达到kW时，选用PrimePACK3模块；当功率超过kW时，选用PrimePACK3+模块。
2.3组串式逆变器兼用IGBT单管和模块
组串式逆变器是对几组（一般为1-4组）光伏组串进行单独的最大功率峰值跟踪，再经过逆变以后并入交流电网，一台组串式逆变器可以有多个最大功率峰值跟踪模块。组串式逆变器的单体容量一般在kW以下，其优点是不同的最大功率峰值跟踪模块的组串间可以有电压和电流的不匹配，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，只会影响其对应的最大功率峰值跟踪模块少数几个组串发电量，对系统整体没有影响。
组串式逆变器最大功率跟踪电压范围宽、组件配置灵活、发电时间长，可直接安装在室外。相较于集中式逆变器，组串式逆变器价格略高，大量组串式逆变器并联时需要在技术上抑制谐振的发生，主要应用于分布式发电系统，在集中式光伏发电系统亦可应用。组串式逆变器通常需要经过2次电压变换，即经过DC/DC升压和DC/AC逆变。在DC/DC阶段将可变直流电压转换为固定直流电压，同时通过最大功率点追踪（MPPT）技术从光伏板中提取最大电流。在DC/DC升压阶段，根据功率不同适用分立器件和模块2种方案。
根据英飞凌提供的解决方案，DC/DC升压电路包括3种拓扑结构，分别为全桥、单向升压和双向升压。其中，全桥的拓扑结构的光伏阵列电压为小于等于60V，英飞凌提供了分立器件解决方案；单向升压的拓扑结构的光伏阵列电压为V或V，可以选择分立器件或模块的解决方案；双向升压的拓扑结构的光伏阵列电压为V，采取分立器件解决方案。
2.3.1单相组串式逆变器多用IGBT单管方案
单相组串式逆变器额定功率一般低于15kW。因电网接入方式不同，组串式逆变器分为V单相组串式逆变器和V三相组串式逆变器。户用光伏逆变器多采用单相组串式逆变器。
对于单相组串式逆变器DC/AC逆变阶段，英飞凌主要采取分立器件方案。在该阶段，英飞凌提供了4种拓扑结构和解决方案，包括传统的两电平拓扑和创新的HERIC、H6和多电平拓扑。创新拓扑因其效率更高、系统成本更低、尺寸小巧和轻便性而饱受青睐。一般而言，单相组串式逆变器连接到V光伏阵列，通常采用HERIC和H6拓扑结构。逆变器的尺寸和重量很大程度上取决于交流滤波器和冷却系统，需要更高的开关操作以减小系统的尺寸和成本。
2.3.2三相组串式逆变器可选IGBT单管或模块
三相组串式逆变器额定功率从几千瓦到kW不等。通常单台逆变器功率为5KW到KW，将逆变器进一步并联，总功率可达到20MW。在工商业应用中，逆变器功率范围在20KW到KW之间。在DC/DC升压阶段，英飞凌提供了分立器件和模块两种解决方案。在DC/AC逆变阶段，英飞凌主要提供4种拓扑结构，包括两电平、三电平NPC1、三电平NPC2和三电平ANPC，三电平拓扑因其效率更高而饱受青睐。
对于V光伏阵列系统，主要采用三电平NPC1或NPC2拓扑。三电平NPC1可使用V功率器件，即使是在超大尺寸的光伏面板的系统中，功率器件也可以工作在超过20Khz的开关频率下。三电平NPC2需同时使用V和1V功率器件，该拓扑非常适合于器件工作在小于20Khz的开关频率下。在V光伏系统中，三电平ANPC因较高可靠性和在全功率因数运行范围内均有较高的效率，而得到了广泛应用。
2.4光伏逆变器用IGBT向高功率方向发展
逆变器功率密度是指逆变器额定输出功率与逆变器设备自身的重量比值。年集中式逆变器功率密度为1.16kW/kg，集中式电站用组串式逆变器功率密度为2.14kW/kg，集散式逆变器功率密度为1.17kW/kg，单相户用光伏逆变器功率密度为0.57kW/kg，三相户用逆变器功率密度为1.00kW/kg。
中式逆变器功率密度将提升至1.73kW/kg；集中式电站用组串式逆变器功率密度将提升至3.03kW/kg；集散式逆变器功率密度将提升至2.1kW/kg。逆变器功率密度提升需要IGBT等功率器件开关耐压等级和电流的提升。
此外，搭配更好的散热材质和设计，逆变器额定功率提升在技术上是可行的。但未来逆变器单机额定功率的提升除技术创新外，同时也要考虑LCOE成本最优以及与高功率组件的匹配等因素，因此市场中逆变器单机主流额定功率，将由市场需求确定。（报告来源：未来智库）
3、光伏装机量增长将拉动IGBT需求爆发
国家在“十四五”期间将坚持清洁低碳战略方向不动摇，加快化石能源清洁高效利用，大力推动非化石能源发展，持续扩大清洁能源消费占比，推动能源绿色低碳转型，为如期实现碳中和目标创造基础。光伏发电作为绿色环保的发电方式，符合国家能源改革以质量效益为主的发展方向，国内光伏行业面临广阔的发展前景。
4、光伏逆变器用IGBT市场规模测算
4.1光伏逆变器用IGBT整体规模测算
年光伏逆变器用IGBT市场规模预计将达亿元。根据中国光伏行业协会预测，年全球光伏逆变器新增装机量有望达GW，假设年光伏逆变器替换装机量为42GW。按照IGBT占组串式逆变器BOM成本的18%，以及占集中式逆变器BOM成本的15%计算，预计年光伏逆变器IGBT市场规模将超百亿。
4.2光伏逆变器用IGBT单管和模块规模测算
根据IHSMarkit数据，年全球微型逆变器占比约为1%；单相逆变器占比约为9%；低功率三相逆变器（≤KW）占比约为56%；高功率三相逆变器（KW）占比约为34%。此处三相逆变器包含集中式逆变器和三相组串式逆变器。
年IGBT单管和模块市场空间分别为40亿元和65亿元。由于微型及单相逆变器功率较小，假设全部采用IGBT单管方案；高功率三相逆变器假设全部采用IGBT模块方案；对于低功率三相逆变器假设IGBT单管和模块方案各占1/2。因此，我们预计年IGBT单管市场空间约为40亿元，IGBT模块市场空间约为65亿元。
5、重点公司分析
5.1斯达半导
斯达半导是国内IGBT龙头，市占率全球第七。根据IHS报告，年，斯达半导IGBT模块市占率全球第七，是唯一进入前十的中国企业。斯达半导成立于5年4月，年2月在上交所主板上市。公司主要产品为IGBT模块，主要用于工业控制、新能源和变频家电领域。年工控、新能源和变频家电收入占比分别为71.68%、26.14%和1.59%。年公司实现收入9.63亿元，同比+23.55%，净利润1.81亿元，同比+33.30%。年公司毛利率为31.56%，净利率为18.80%。
公司较早布局光伏发电，乘国产替代良机迅速放量。年公司自研IGBT芯片就已在集中式光伏逆变器大功率模块和组串式逆变器的Boost及三电平模块广泛应用。新冠疫情后，在全球缺芯的背景下，公司把握住国产替代良机，光伏IGBT迅速放量。H1使用公司自研芯片的IGBT模块和分立器件在国内主流光伏逆变器客户开始大批量装机应用。
5.2宏微科技
宏微科技是国内首批IGBT公司。公司成立于6年8月，主要产品包括IGBT、FRED芯片、单管和模块。公司IGBT单管芯片全部来自自研，模块产品芯片自研外购并举。公司产品主要用于工业控制、新能源和变频白色家电领域，年收入占比分别为91.10%、5.63%以及2.45%。
新能源及国产替代需求强劲，年1-9月公司业绩高增。年1-9月公司实现收入3.70亿元，同比+56.30%；归母净利润0.47亿元，同比+.62%。Q3单季度收入1.36亿元，同比+42.55%；归母净利润0.15亿元，同比+89.25%。
年公司成为华为光伏IGBT供应商，光伏领域收入有望加速释放。公司于年与华为在光伏逆变器上展开合作，年订单数量逐渐增加，预计年将进一步增多。光伏对系统要求较高，公司产品可靠性受到市场认可，伴随明年产能逐渐释放，公司能够满足更多的客户需求，带来收入的加速增长。
车规IGBT进展顺利，已定点15个车型。公司已进入4-5家汽车品牌厂商，合计完成15个车型定点，预计将于年大幅放量。展望明年，公司V车规IGBT及汇川定制款有望贡献收入。此外，公司积极布局第三代半导体，SiC产线预计将于年底前完工，年后逐步起量。随新能源占比提升及自动化改造，公司毛利率有望提升。光伏及新能源汽车用IGBT毛利率较高，随公司产品结构优化，综合毛利率将稳步提升。此外，公司新建产线采取智能化管理，人工数量大幅减少亦会带来毛利率提升。
5.3士兰微
士兰微是国内IDM龙头。士兰微成立于年9月，3年3月在上交所主板上市。公司主要产品包括集成电路、分立器件和LED等三大类。经过二十多年的发展，公司从一家纯芯片设计公司发展成为目前国内为数不多的以IDM模式为主要发展模式的综合型半导体产品公司。
年士兰微营业收入42.81亿元，同比增长37.61%。其中，分立器件、集成电路、发光二极管收入分别为22.03亿元、14.20亿元以及3.91亿元，分别占总收入的51.47%、33.17%以及9.13%。分立器件中，IGBT产品营收2.6亿元，占收入比重为6.07%。
公司已开始进入光伏等新能源市场，IGBT收入将快速增长。受益国产替代，H1公司IGBT器件收入1.9亿元，同比+%；IPM产品方面，国内白电整机厂加速导入，H1公司IPM模块在变频空调等白电上使用超1万颗，同比+%，实现收入4.1亿元，同比+%。除白电、工控市场外公司已开始进入光伏、新能源车等新兴市场，预计全年IGBT相关产品将保持快速增长。
公司12吋产线积极扩产，持续巩固竞争优势。H1士兰集科12吋芯片总产量5.72万片，预计年底月产能将达3.5万片。年士兰集科已着手实施《新增年产24万片12英寸高压集成电路和功率器件芯片技术提升和扩产项目》，进一步加大12吋产线投入，预计Q4月产能将达6万片。（报告来源：未来智库）
5.4扬杰科技
扬杰科技是老牌功率半导体IDM厂家，产品覆盖广泛。公司成立于6年，年在深交所上市。公司产品主要包括分立器件芯片、整流器件、保护器件、小信号、MOSFET、功率模块、SiC等。产品主要应用在电源、家电、照明、安防、网通、消费电子、新能源、工控、汽车电子等多个领域。年公司硅片、芯片和器件收入占比分别为4.88%、15.23%和78.69%。
把握国产替代良机，逐步向中高端产品进发。公司深耕功率半导体领域，目前已拥有4吋和6吋晶圆生产线，并进一步规划8吋晶圆产线和对应的中高端功率二极管、MOSFET以及IGBT封装工厂，持续投资扩充晶圆制造及先进封测产能。在MOSFET板块，公司计划加速研发SGT-MOSFET、SJ-MOSFET等高端产品，积极对标国际品牌，尽早完成进口替代；在IGBT板块，公司拟加大芯片研发投入，实现IGBT芯片的量产，并加快8吋IGBT晶圆研发设计。
5.5新洁能
新洁能主营MOSFET、IGBT等分立器件产品。公司成立于年，于年在上交所上市。公司目前已经形成沟槽型功率MOSFET、超结功率MOSFET两类主要产品系列，以及屏蔽栅沟槽型功率MOSFET（SGT）、IGBT和功率模块等新产品系列。公司主要为Fabless模式，并向封装测试环节延伸产业链。
IGBT产品进展喜人，光伏储能等领域取得突破性进展。借助华虹8+12吋先进特色工艺，公司IGBT产品在光伏逆变、储能逆变（UPS）、工控、电动工具马达驱动、家电变频控制等行业都获得突破性进展，与行业头部客户开展合作。此外，公司IGBT模块自Q2推出相关产品后，已取得部分客户订单。
H1，公司IGBT产品收入2,.22万元，同比+.60%。与华虹合作紧密，8+12吋产能持续增长。公司主要芯片代工厂包括华虹宏力和华润上华，公司与华虹合作密切，在华虹8吋及12吋平台均有产能。在持续争取现有代工厂产能情况下，公司亦不断拓展境内外芯片代工供应渠道。H1公司8吋芯片实现回货10.3万余片，12吋芯片实现回货3.2万余片。代工产能吃紧情况下，争取到更多的芯片产能有助公司快速扩展下游市场份额。
5.6时代电气
时代电气是我国城轨牵引变流系统龙头，具有“器件+系统+整机”完整产业链。公司主营包括除以轨道交通牵引变流系统为主的轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等外，还布局功率半导体器件、工业变流产品、新能源汽车电驱系统、传感器件、海工装备等领域。年公司营收.34亿元，同比下降1.66%。其中，轨道交通装备收入.90亿元，占收入比重为86.63%；功率半导体器件收入8.01亿元，同比增长54.48%，占收入比重为5.00%。
公司是我国高压IGBT龙头，采用IDM模式布局。在功率半导体领域，公司建有6吋双极器件、8吋IGBT和6吋SiC产业化基地。公司功率半导体器件应用于输配电、轨道交通和工业等多个领域。公司已为新能源汽车、风力发电、光伏发电、高压变频器等批量供应IGBT器件，V和1VIGBT应用至新能源汽车，并已与国内多个龙头整车企业成为重要合作伙伴。
5.7比亚迪半导体
比亚迪半导体以车规级半导体为核心。主营业务包括功率半导体、智能控制IC、智能传感器及光电半导体。公司成立于4年10月，年6月比亚迪半导体向深交所递交了招股说明书，拟在深交所创业板上市。
功率半导体方面，公司采取IDM模式经营。功率半导体方面，公司拥有从芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试到系统级应用测试的全产业链IDM模式。在汽车领域，公司已量产IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS图像传感器、电磁传感器、LED光源及显示等产品，应用于汽车的电机驱动控制系统、整车热管理系统、车身控制系统、电池管理系统、车载影像系统、照明系统等重要领域。
公司是国内新能源乘用车电控IGBT龙头。在IGBT领域，根据Omdia统计，以年IGBT模块销售额计算，公司在中国新能源乘用车电机驱动控制器用IGBT模块全球厂商中排名第二，仅次于英飞凌，市场占有率19%，在国内厂商中排名第一，年公司继续保持全球第二国内第一的领先地位。
同时，公司积极拓展工业电焊机、变频器、家电、光伏等非车规领域。在SiC器件领域，公司已实现SiC模块在新能源汽车高端车型电机驱动控制器中的规模化应用，也是全球首家、国内唯一实现SiC三相全桥模块在电机驱动控制器中大批量装车的功率半导体供应商。
年比亚迪半导体实现收入14.41亿元，同比增长31.46%。其中，功率半导体、智能传感器、光电半导体、智能控制IC、制造及服务分别实现收入4.61亿元、3.23亿元、3.20亿元、1.87亿元以及1.32亿元，占比分别为31.99%、22.39%、22.17%、13.00%以及9.15%。
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