碳化硅器件市場規(guī)模持續(xù)擴大

• 薛圳揚 2024年5月30日 來源：中研網(wǎng) 757 45
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碳化硅器件主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、充電等領(lǐng)域。未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業(yè)、通訊等領(lǐng)域滲透率提升，碳化硅器件市場規(guī)模有望持續(xù)擴大，其中新能源車和光伏下游為主要驅(qū)動因素。

一、碳化硅功率器件應(yīng)用場景廣泛

碳化硅功率器件性能優(yōu)異，應(yīng)用場景廣泛。功率器件用于實現(xiàn)對電能的處理、轉(zhuǎn)換和控制?，F(xiàn)有的功率器件大多基于硅材料，其能效和性能已逐漸接近極限。相比之下，碳化硅功率器件能有效滿足電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化要求，且經(jīng)過30年的研究開發(fā)，碳化硅襯底和功率器件制造技術(shù)在近年逐步成熟，廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通、可再生能源開發(fā)、工業(yè)電機、數(shù)據(jù)中心、家用電器、移動電子設(shè)備等方面。

圖表：碳化硅功率器件在下游的應(yīng)用領(lǐng)域

資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院撰寫的《2024-2029年中國SiC和GaN功率器件行業(yè)市場環(huán)境與投資分析報告》顯示：

碳化硅器件主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、充電等領(lǐng)域。未來隨著碳化硅器件在新能源汽車、能源、工業(yè)、通訊等領(lǐng)域滲透率提升，碳化硅器件市場規(guī)模有望持續(xù)擴大，其中新能源車和光伏下游為主要驅(qū)動因素。

二、電動汽車用SIC市場

碳化硅在電動汽車領(lǐng)域主要用于：主驅(qū)逆變器、車載充電系統(tǒng)(OBC)、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(車載DC/DC)和非車載充電樁。

逆變器是一種將直流信號轉(zhuǎn)化為高壓交流電的裝置，由于輸出電壓和輸出頻率可以任意控制，所以被廣泛用于控制交流電機和無刷電機的轉(zhuǎn)速，是新能源發(fā)電、不間斷電源、電動汽車、軌道交通、白色家電、電力配送等領(lǐng)域重要的功率轉(zhuǎn)換裝置。雖然當前碳化硅器件單車價格高于Si IGBT，但上述優(yōu)勢可降低整車系統(tǒng)成本。2018年特斯拉在Model3中首次將Si IGBT替換為SiC器件，汽車逆變器效率大幅提升，當前越來越多的車廠如比亞迪、蔚來、小鵬、保時捷等正在轉(zhuǎn)向在電驅(qū)中使用碳化硅MOSFET器件。

車載充電系統(tǒng)(OBC)可將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電對電池進行充電，實現(xiàn)為電動汽車的高壓直流電池組充電的功能，是決定充電功率和效率的關(guān)鍵器件。碳化硅MOSFET相比Si基器件能提升約50%的系統(tǒng)功率密度，從而能減少OBC的重量和體積，并節(jié)省磁感器件和驅(qū)動器件成本。

電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(DC/DC)是轉(zhuǎn)變輸入電壓并有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器，可將動力電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，主要給車內(nèi)動力轉(zhuǎn)向、水泵、車燈、空調(diào)等低壓用電系統(tǒng)供電。未來隨著電動汽車電池電壓升至800V高壓平臺，1200V的SiC MOSFET有望被廣泛應(yīng)用于DC-DC轉(zhuǎn)換器中。

高壓充電樁能有效解決充電速度和里程焦慮的問題，帶來對SiC器件需求的增加。當前我國的車樁比難以匹配需求，車載充電及充電樁效率仍待提高，因此越來越多的整車廠布局800V高壓平臺。800V高壓系統(tǒng)通常指整車高壓電氣系統(tǒng)電壓范圍達到550—930V的系統(tǒng)，相較于600V平臺，在同等充電功率下，工作電流更小，節(jié)省線束體積，降低電路內(nèi)阻損耗，提高充電效率和安全率;在同等電流的情況下，800V平臺可大幅提升總功率，顯著提高充電速度，已成為快速直流電充電的新解決方案。對于直流快速充電樁來說，充電電壓升級至800V會帶來充電樁中的SiC功率器件需求大增。與MOSFET/IGBT單管設(shè)計的15-30kW相比，SiC模塊可將充電模塊功率提高至60kW以上，且和硅基功率器件相比，SiC功率器件可以大幅降低模塊數(shù)量，具有小體積優(yōu)勢。

2022年新能源汽車市場爆發(fā)帶動車用SiC、GaN突破68.5億元，預(yù)計到2026年將增長至245億元，年復(fù)合增長率達到37.5%;2022年國內(nèi)新能源汽車市場需求量25萬片6英寸，預(yù)計2026年接近100萬片。800V高壓平臺將在2022年至2023年快速上量，加速SiC在車用領(lǐng)域的滲透。

圖表：國內(nèi)電動汽車市場SiC、GaN功率市場規(guī)模及晶圓需求規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：CASA Research，中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

三、光伏用SiC市場

光伏發(fā)電是當前利用可再生能源的重要形式，通過光伏逆變器將太陽能電池陣列的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以直接消耗或通過電網(wǎng)傳輸。使用Si基器件的傳統(tǒng)逆變器會帶來較大的系統(tǒng)能量損耗，而碳化硅的寬帶隙、高熱導(dǎo)率、高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻使其能在更高的電壓及頻率下切換，散熱能力更佳，擁有更好的開關(guān)效率和熱量累計。使用碳化硅功率器件的光伏逆變器可將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。

光伏方面，未來光伏設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢是提高功率，減小體積與質(zhì)量和提高穩(wěn)定性。光伏逆變器是保障光伏發(fā)電系統(tǒng)高效、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行的重要一環(huán)。低阻抗、適應(yīng)高頻高壓環(huán)境工作SiC材料將在光伏發(fā)電領(lǐng)域有巨大潛力。

欲了解更多行業(yè)的市場數(shù)據(jù)及未來行業(yè)投資前景，請點擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院報告《2024-2029年中國SiC和GaN功率器件行業(yè)市場環(huán)境與投資分析報告》。

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