（报告出品方/作者：德邦证券，陈海进）
1.功率器件供需紧张，风光储拉动新一轮增长
1.1.功率器件交期保持紧张，新能源车功率器件需求旺盛使得海外大厂供不应求
海外大厂功率器件交期保持紧张。根据全球电子元器件代理公司富昌电子发布的电子产品交期数据，主要海外厂商的功率器件产品交期自21Q2开始拉长，并在22Q1进一步升高。目前IGBT和主流的MOSFET产品交期接近50周，反映海外大厂的功率器件供应十分紧张。
新能源车渗透率、单车功率器件价值量的提升将共同推动车用功率器件市场快速增长。我国新能源车渗透率持续攀升，并在年4月达到汽车产量的26%。虽然疫情短期对汽车整体产量造成冲击，但预计疫情缓解后，新能源汽车产量将重拾增长。根据英飞凌的预测，年纯电动汽车中半导体含量会比传统燃油车增长$（增长近一倍），而其中绝大部分增量是功率半导体。新能源车市场的发展，加上单车功率器件用量提升，预计将推动车用功率器件需求量快速增长。功率器件大厂产能供不应求。根据英飞凌数据，其Q1的积压订单金额环比增长19%到亿欧元。英飞凌高管指出，这些订单当中超过五成是汽车相关产品，75%的订单在未来12个月内才能交货；目前积压订单远超出英飞凌的交付能力。
1.2.全球碳中和打开风光储成长空间
全球“碳中和”使风光储装机量有巨大增长空间。根据IEA的统计，截至年9月，全球有53个国家，以及欧盟已经做出到年要达到二氧化碳净零排放的承诺。这些国家加起来占据全球GDP和二氧化碳排放量的60-70%。随着这些国家以及其他国家做出减少排放的努力，预计风电、光伏、储能（统称为“风光储”）的装机量会迅猛增长。英飞凌预计，在IEA可持续发展情景假设下（年全球达到二氧化碳净零排放），~年的风光储年均装机增量分别为、、22GW；在IEA年全球达到净零排放的情景假设下，~年的风光储年均装机增量分别为、、33GW，分别较年新增装机量大幅增长2.1、3.1、6.6倍。
中国碳达峰、碳中和行动也将促进风光储需求增长。我国政府在年做出指导意见，目标在年中国非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，实现二氧化碳排放量达到峰值；在年非化石能源消费比重达到80%以上，顺利实现碳中和目标。根据国家能源局数据，年风电和光伏的累计装机量分别为3.3、3.1亿千瓦。按照国家对年风电和光伏总装机容量的目标，则~年的复合增速在7%以上。预计在我国实现碳达峰、碳中和过程中，风光储装机量将有很大增长潜力。
1.3.光伏市场继续快速成长
中国和全球的光伏新增装机量保持快速增长。根据中国光伏行业协会（CPIA）数据，年，中国光伏新增装机54.88GW，同比增长14%，而全球光伏新增装机GW，同比增长25%。对于年中国光伏新增装机量，CPIA预测将达75~90GW（对应同比增长37%~64%），而中国电力企业联合会预计年我国光伏新增装机量约90GW。CPIA预测年全球光伏新增装机量将达~GW，对应同比增长15%~41%。行业协会的预测值显示我国和全球光伏新增光伏装机量将保持较快增长。
集中式、分布式光伏并行发展。目前光伏发电系统按照电站安装位置可以分为集中式光伏和分布式光伏，其中集中式光伏一般指建于荒漠地区、接入高压输电系统实现远距离供电的大型光伏电站，而分布式光伏一般指建于建筑屋顶等场地的光伏发电项目。在光伏发展早期，因为发电系统成本较高，具有集约化效应的集中式光伏发电效益更好（单瓦发电成本低于组串式光伏），从而首先得到快速发展。随着光伏发电成本的下降，以及光伏平价上网的实现，分布式光伏系统也开始迅猛发展。年，中国分布式光伏新增装机量占比达到53%，占比首次超过集中式光伏。
1.4.风电稳健增长，储能预计迎来爆发
风电新增装机在年预计恢复稳健增长。年，我国受到风电并网补贴即将结束的刺激，出现了一次风电抢装潮，带来了年我国及全球风电新增装机量迅猛增长，并影响到年的装机增速。不过从~年来看，中国风电新增装机量的复合增速为32%，全球为23%，均保持了较高增速。22Q1，我国风电新增装机量达到7.9GW，同比+50%，显示风电装机恢复快速增长。展望未来，GWEC预计年到年全球风电新增装机将有6.6%的复合增长。
以锂离子电池为主的新型储能市场在快速发展。根据CNESA统计，截至年底，全球已投运电力储能项目累计装机量为GW，其中新型储能（包括电化学储能、飞轮储能、压缩空气储能）的累计装机量为25GW，同比增长68%。在新型储能中，锂离子电池占据绝对主导地位，市场份额超过90%。-年，全球新型储能占整体储能累计装机的比例为7.9%，而-年该比例提升到12.2%。新型储能市场在锂离子电池储能的带动下快速发展。
新型储能市场预计迎来高速增长。国务院在年印发《年前碳达峰行动方案》，提出到年，新型储能装机容量达到30GW以上。根据CNESA统计，年我国新型储能累计装机在5.7GW，即意味着~年的年均新增装机量要达到6.1GW以上，是年新增装机（2.5GW）的2.5倍。CNESA预计年我国新型储能累计装机保守预测规模在35.5GW，而乐观预测规模将达到55.9GW，是年规模的近10倍。除了政策推动，风电和光伏发展也会带来一些配套的储能需求，这也将是储能装机成长的另一个推动力。
2.风光储打开功率器件成长新空间
2.1.逆变器是实现交直流转换的核心器件
光伏逆变器是光伏发电系统主要部件之一。光伏系统一般由光伏组件、逆变器、其他配电设备等组成。光伏逆变器主要的功能是把组件所产生的直流电转化成交流电，并跟踪光伏阵列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量并入电网。光伏逆变器主要由输入滤波电路、最大功率点跟踪（MPPT）电路、DC/AC逆变电路、输出滤波电路、核心控制单元电路组成。MPPT电路通过控制太阳能电池阵列的输出电压或电流，使太阳能电池阵列始终工作在最大功率点上。
集中式和组串式逆变器是目前主流产品。光伏逆变器一般可以按照技术路线及功率水平分为集中式逆变器、集散式逆变器、组串式逆变器以及微型逆变器。目前市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主。逆变器又可根据输出交流电压的相数，进一步分为单相逆变器和三相逆变器。不同逆变器有不同的适用功率和发电成本。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，且系统单瓦成本最低。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进行汇总，功率相对较小，但成本都处于适中位置。微型逆变器对应的光伏组件数量最少，优势是低压、安装灵活，但系统成本也最高。（报告来源：未来智库）
2.2.光伏逆变器带动功率器件全面发展
根据不同的电压、功率要求，光伏逆变器中可以使用不同的功率器件实现直流到交流的逆变功能。目前主要使用的功率器件包括IGBT模块、IGBT单管、SiCMOSFET、硅基MOSFET等。根据英飞凌的光伏逆变器功率器件解决方案，不同功率段逆变器推荐的功率器件方案如下：在kW以上功率的逆变器中，推荐使用IGBT模块；在30~kW功率范围的逆变器中，推荐使用IGBT模块，也可以使用SiCMOSFET模块，以及分立方案（IGBT单管或SiCMOSFET）；在30kW以下功率的逆变器中，分立方案占主流，并依据电压的不同，可以选用IGBT单管、SiCMOSFET或者其他硅基MOSFET。
功率器件预计占逆变器成本的10%~15%。逆变器成本结构包括结构件、功率器件（IGBT为主）、IC、被动元器件、PCB板等。参考固德威和锦浪科技过去几年的成本结构可以看到，功率器件占公司整体原材料采购的比例为10%~15%。~年，逆变器占固德威、锦浪科技收入比例在90%以上，所以我们预计功率器件占逆变器原材料成本比例也在10%~15%。
2.3.风电变流器风电装机大容量化，带动高压IGBT和IGCT发展
变流器是风电系统的核心部件之一，实现“交流-直流-交流”的转换。风力发电的原理风叶转动带动发电机发出交流电，但由于风力发电有很大的不稳定性，且风速和设备本身等都会直接影响发电机转动，因此需要使用整流器将交流电整流为直流电，然后把直流电再逆变为固定频率的交流电，最后再升压并网。风电系统中涵盖整流、逆变功能的核心部件就是变流器。
风电变流器主要有双馈式和全功率式两种类型。双馈变流器配套双馈发电机使用，而全功率变流器配套永磁、电励磁同步发动机或者高速异步发电机使用。具体差别为：
双馈发电系统中，发电机的电功率一部分直接经定子馈送到电网，另外一部分由转子经变流器馈送到电网，故其中的变流器称为双馈变流器。双馈发电系统中，风轮直接或通过升速齿轮箱与发电机主轴连接，具备转速调节范围大，变频器所需容量小，成本低的优势，但劣势是齿轮箱会带来后期故障和维护成本。
全功率变流器主要用于直驱或半直驱式同步风力发电机系统，风轮直接与发电机主轴连接。因发电机所有的发电功率需要经变流器馈送到电网，故这里的变流器被称为全功率变流器。全功率变流器具有效率高、节省齿轮箱的优势，但其整体体积大，且变频器容量大、成本贵，使得目前全功率变流器成本较双馈变流器要高。
风电变流器销售单价稳中有降。参考禾望电气和日风电气披露的风电变流器销售单价变化可以看到近年来变流器价格随着技术改进有一定下降。由于全功率变流器的变频器容量较同功率的双馈变流器大，所以全功率变流器销售价格一般较双馈型要贵。日风电气4.0MW的产品以全功率为主，所以根据其年的销售单价，我们估计全功率变流器价格较双馈型贵40%左右。
风机平均装机容量持续提升带来对高压功率器件需求增长。由于大容量风机可以减少风机数量，降低运营和维护成本，所以新增风电装机平均容量在持续增大。年，我国海上风电平均装机容量在4.9GW，而陆上风电平均装机容量在2.6GW。年，我国5MW以上的新增风电装机占比在3.9%，而我们预计未来大容量风机占比将继续提升。大容量风机也将带动高压功率器件需求增长。
功率器件占风电变流器成本比例在15%~20%。~年，禾望电气的营收中风电变流器占比达到80%左右，而这段时间，功率器件在其采购成本中占比达到15%~20%。另外，根据日风电气的披露数据，其~年的主要IGBT采购额占原材料采购总成本在14%~22%。综合来看，我们预计目前以IGBT为主的功率器件占风电变流器成本比例在15%~20%。
变流器中功率器件以IGBT为主，而IGCT在5MW以上变流器中逐步得到推广。目前风电变流器的电压等级主要为V、V、V以及V。由于同等功率下，电压越大时电流就越小，从而可以降低电路损耗以及电缆等成本，所以风电变流器有往高电压等级发展的趋势。从禾望电气、日风电气等变流器厂商的原材料采购情况看，目前风电变流器应用最广泛的开关器件为IGBT模块，而随着变流器容量的增加，IGCT逐步得到推广应用。IGCT是在GTO器件上的改进，其较IGBT有更高的耐受电压和可靠性，适合用于高压大功率场景。目前针对5MW以上容量场景，ABB、西门子、禾望电气等厂商都推出了搭载IGCT器件的变流器。根据禾望电气年的数据，在V变流器中，IGCT约占变流器成本的50%，反映在高功率容量变流器中功率器件成本占比要明显高于普通变流器中IGBT的成本占比。
2.4.储能变流器与光伏逆变器结构相似，打开功率器件成长新空间
储能变流器根据应用有不同产品形态。按照应用场景和容量大小，储能变流器可以分为光伏储能混合式变流器、小功率储能变流器、中功率储能变流器、集中式储能变流器等。一般来说光伏储能混合式、小功率储能变流器应用于户用和工商业场景，可以将光伏发电先供本地负载使用，多余的能量存储到蓄电池，在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网。中功率、集中式储能变流器可以实现更高输出功率，应用于工商业、电站、大型电网等场景中，实现削峰填谷、调峰/调频等功能。
储能变流器预计占储能系统价格比例15%左右。小功率的储能变流器与光伏逆变器结构相似，也都使用如IGBT、PCB、被动元器件等零部件，不过会在逆变电路上再加上整流电路，以实现双向充放电。大功率的储能变流器一般是作为一个储能系统的组成部分，其他部分还有电池、电池管理系统、能量管理系统和其他电气设备。一般来说，电池在储能系统成本中占比最大，然后再是储能变流器。根据上能电气披露的数据，年行业内储能系统中标均价在1.48元/Wh。按照上能电气年储能产品均价0.23元计算，则储能变流器占储能系统价格比例在15%左右。
预计功率器件占储能变流器成本在15%左右。储能变流器内部的电路拓扑结构与光伏逆变器相似，只不过在逆变电路上加上整流功能变成变流电路。参考在光伏逆变器中，功率器件成本占比在10%~15%，我们预计由于变流器中多了整流电路，会使得功率器件在变流器成本占比达到15%左右。
储能变流器中可使用分立器件或者IGBT模块。根据不同功率范围，储能变流器中使用的功率器件也有不同选择。按照英飞凌的推荐储能解决方案，一般在kW以下功率变流器中，由于电压等级不高，可以使用分立器件，如超级结MOSFET、SiCMOSFET和IGBT单管。在kW以上功率变流器中，推荐使用模块产品，包括SiCMOSFET模块和IGBT模块。
2.5.SiC提升逆变器效率，在光伏领域逐步得到应用
SiC有优秀的材料特性。SiC材料相比Si材料具有更宽的禁带宽度、更高的临界击穿电场和高的热导率等物理优点，从而使得SiC功率器件拥有更高的功率频率、阻断电压、耐高温能力和更低开关损耗，进一步推动逆变器系统往小型化、低损耗发展。
光伏逆变器中的开关电路和续流二极管都可以使用SiC器件。逆变器电路中的功率器件分为两大类：开关器件和续流二极管。开关器件用来控制电路的通断，将直流逆变为交流。续流二极管（可选用快恢复二极管或者肖特基二极管）并联在开关器件上，为感性负载上的电流提供通路。这两部分电路都可以通过使用SiC器件来降低损耗。SiC器件可以提升逆变器的效率。通过组合Si和SiC器件的使用，目前逆变器的电路有多种方案，包括：1）全硅基型，是全部使用硅基器件，包括IGBT、二极管；2）混合型，是混合使用硅基与SiC器件，例如SiIGBT+SiC二极管，或SiIGBT+SiCMOSFET；3）全SiC型，是全部使用SiCMOSFET或者SiC二极管。从表现来看，使用全SiC的逆变器在逆变效率上好于混合型，而全硅基型的效率表现弱于前两类逆变器。
SiC器件价格目前仍较高。以安森美公布的功率器件价格为例，目前SiC二极管的产品均价在4.9$，而SiCMOSFET单价在13.3$，更是明显高于IGBT单管价格。随着全球SiC衬底及器件产能的扩充，预计SiC器件价格将逐步下行，从而带动基于SiC的逆变器系统的性价比提升。SiC二极管预计先铺开应用，而SiCMOSFET预计将在高功率密度要求场景下得到应用。考虑到SiC二极管单价占逆变器整体成本比例不大，所以预计其将逐步在逆变器中得到应用。SiCMOSFET目前成本仍较高，预计将先在一些对功率密度要求高的场景下使用，例如地面电站的大型组串式逆变器、追求高效率的大功率组串式逆变器。
3.新能源功率器件市场快速成长
3.1.新能源功率市场预计为亿元，较年复合增长20%
我们预计风光储新能源发电领域中功率器件市场规模将在年达到亿元，较年的复合增速达到20%。在这之中，光伏领域功率器件市场最大，预计在年达到亿元；储能功率器件市场预计随着储能装机规模提升而明显增长；风电功率器件市场预计有小幅增长。IGBT模块占据主导地位，其他功率器件需求复合增速预计在20%以上。分功率器件类型来看，由于IGBT模块在大功率场景下的适用性，预计其在新能源市场中占据主导地位。IGBT单管和硅基MOSFET将受益于组串式光伏、户用光伏和储能市场的发展。考虑到SiC器件在提升效率上的优势，预计其也将在集中式光伏逆变器等场景下得到应用。
3.2.光伏带动功率器件全面成长
新增加替换需求带动光伏逆变器出货量高增长。逆变器的需求除了来自每年的新增光伏装机，也包括老旧逆变器的替换需求。根据锦浪科技招股书，逆变器的使用年限一般在10年左右，在组件的寿命周期内，至少需要更换一次逆变器。WoodMackenzie估计年有21GW的逆变器面临报废，并预计到年全球将有GW逆变器的使用时间高于10年。通过统计老旧逆变器规模（使用计算年份的10年前累计光伏装机量来代表，历史数据来自21世纪可再生能源政策网络），以及假设一定比例的逆变器将得到替换，我们预计出未来几年全球光伏逆变器的替换需求。结合CPIA对未来的全球光伏装机的预测，我们预计年全球逆变器出货量将达GW，使得~年复合增速达到16%。
预计年光伏逆变器中功率器件价值量将达亿元，其中IGBT达亿元。由于IGBT模块和单管的适用性广，所以在未来光伏逆变器中仍是主要的功率器件，预计到年占整体光伏功率器件需求的80%左右。我们预计年，光伏逆变器中，SiC器件市场将达15亿元，而硅基MOSFET市场达12亿元。随着SiC成本的下降，我们预计其会在集中式逆变器（全SiC模块）和组串式逆变器（SiC二极管）中得到应用，而硅基MOSFET（包括超级结、屏蔽栅MOSFET）市场会受益于微型逆变器出货量的提升。（报告来源：未来智库）
3.3.储能市场爆发，风电市场稳健发展，带动IGBT模块需求提升
储能预计配套光伏、风电而快速发展。目前全世界有许多国家都鼓励在光伏装机时配套一些储能装机，而我国也有多省出台文件要求光伏装机要配套10%的储能装机。在储能配套的要求以及储能自身成本下降的推动下，预计储能市场将快速发展。CNESA预计，乐观情况下，年中国新型储能累计装机预计达到56GW，而新增装机达到23GW，较目前装机量有大幅增长。另一方面，我们预计储能装机功率会与光伏装机功率分布相似，而根据IEA数据，年户用、工商业、电站光伏装机量分别占13%、17%、69%，所以我们预计储能变流器中小功率、中功率和大功率比例将与此类似。
在下游市场带动下，储能领域功率器件价值量未来4年复合增速有望在60%以上。我们预计年全球储能功率器件市场达到26亿元，较年复合增速为66%，其中IGBT模块占据主要份额。由于很多光伏逆变器厂商也在同时开发储能变流器产品，所以预计储能市场能给功率器件厂商又增加另一增长动力。
风电变流器功率器件价值量稳健上升，IGCT在大容量风机带动下快速成长。根据全球风能协会（GWEC）的预测，年全球风电装机量预计达到GW，较年的复合增速为6%，显示风电行业保持稳健增长。随着风电装机大容量化以及海上风电的发展，预计5MW以上的装机比例将逐步提升。由于在大容量领域，IGCT较IGBT具有高耐压和可靠性优势，所以我们预计其在5MW以上的使用比例在70%~80%。
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