國內廠商作為全球光伏逆變器行業領軍者,為碳化硅器件本土化提供便利條件。近年來,光伏逆變器市場格局發生巨大變化,國內逆變器廠商從追隨者轉變為領軍者。根據伍德麥肯茲數據,2020 年在全球逆變器出貨排名前十中,有六家來自中國的供應商,分別是華為、陽光電源、古瑞瓦特、錦浪科技、上能電氣和固德威。華為逆變器出貨量占全球的23%,位列第一;陽光電源的出貨量占全球的19%,位列第二。
據Wood Mackenzie數據,華為和陽光電源均已累計出貨超過100GW,逐漸走向領軍地位。碳化硅功率器件是光伏逆變器中的關鍵部件,價值量占比較高,國內光伏逆變器市場的發展將帶來碳化硅器件需求增長。采用碳化硅方案可有效提高光伏逆變器轉換效率、提升功率密度、減少重量和體積。
碳化硅光電性能優越,SiC的帶隙寬度大約是硅的3 倍,其導熱率為硅的3.3 倍,寬禁帶使得其可在高溫環境下穩定運行,較高的導熱系數意味著碳化硅的器件可以縮小冷卻結構,減小系統重量和體積,如碳化硅二極管在開通過程中可基本實現零正向恢復電壓,在關斷過程中沒有過剩載流子復合過程,可以減小逆變器恢復損耗、提高開關效率。
根據產業調研,采用碳化硅方案的光伏逆變器,整體系統效率可提升1%-2%左右,能量損耗降低50%以上,體積和重量減少40%-60%左右,大幅降低系統度電成本及安裝維護成本。現階段主要采用硅基IGBT+碳化硅SBD方案,碳化硅成本下降空間大,未來5年有望在光伏領域滲透率加速提升。
碳化硅MOS方案能夠明顯提升發電效率,但由于目前碳化硅模塊價格仍為硅基IGBT的3-4倍,成本高昂,現階段業內多采用硅基IGBT+碳化硅SBD混合方案,以SiC SBD替換FRD來降低恢復損耗、提高電源效率。根據各光伏逆變器龍頭公司官網,國際大廠紛紛布局碳化硅方案,如英飛凌、安森美、富士電機等國際大廠已經實現了規模化應用,國內陽光電源也在2014年推出第一款采用SiC MOSFET器件的光伏逆變器,并于2017年規模化應用。
隨著碳化硅生產技術的成熟,碳化硅成本將進一步下降,采用碳化硅方案提升轉換效率所創造的價值將抵消碳化硅成本,提高碳化硅在光伏領域的滲透率。據產業調研,隨著碳化硅成本的下降,2025年SiC在光伏逆變器領域的滲透率有望達30%-50%,預計其在光伏及儲能領域有近七十億級別市場,前景廣闊。