SiC市場增長主要驅(qū)動(dòng)力有哪些？

根據(jù) Yole，新能源汽車、光伏儲(chǔ)能是 SiC 市場增長的主要驅(qū)動(dòng)力。

1.新能源車是 SiC 器件應(yīng)用的最大驅(qū)動(dòng)力，或迎替代機(jī)遇

1.1. 角度一： SiC 電驅(qū)系統(tǒng)搶先上車，體積、損耗有效下降

SiC 功率器件做電驅(qū)，電力損耗有效下降。新能源汽車系統(tǒng)架構(gòu)中涉及到功率半 導(dǎo)體應(yīng)用的組件包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、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。其中電驅(qū)是 SiC 功率器件最主要的應(yīng)用部位，行 業(yè)內(nèi)也都率先在電驅(qū)采用 SiC 器件。 根據(jù)美國能源部對純電動(dòng)車Nissan-Leaf的能耗分析，電驅(qū)能量損耗約為16%， 其中功率器件占其中的 40%，因此，電控里功率器件能量損耗約占整車的 6.4%。 若使用 SiC 器件，通過導(dǎo)通/開關(guān)等維度，總損耗相比硅器件下降 70%，全車總 損耗下降約 4.48%，也相當(dāng)于相同的電池容量下行駛里程提升比例。 據(jù)汽車之家拆分，動(dòng)力電池占純電動(dòng)汽車總成本的 40%-50%，假設(shè)某中高端電 動(dòng)車價(jià)格為 20 萬元，電池成本約 8-10 萬元，如以 SiC 方案提升里程 5%計(jì)算， 相同性能的產(chǎn)品條件下，僅電池系統(tǒng)就為總成本節(jié)省 4000-5000 元。

采用 SiC 可減小電力電子系統(tǒng)體積、減少能量損失。SiC 模塊可以在實(shí)現(xiàn) 50kHz 以上的高頻驅(qū)動(dòng)（傳統(tǒng) IGBT 模塊無法實(shí)現(xiàn)），推動(dòng)電感等被動(dòng)器件的小型化。 另外，IGBT 模塊存在開關(guān)損耗引起的發(fā)熱問題，只能按照額定電流的一半進(jìn)行 使用，而 SiC 模塊開關(guān)損耗較小，即使在高頻驅(qū)動(dòng)時(shí)也無需進(jìn)行大幅的電流降 額，散熱系統(tǒng)要求也相對較低，同樣減小了 SiC 器件的體積。采用 SiC 模塊可 以加速高集成、高密度三合一電驅(qū)的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性體積的縮小，進(jìn)而帶來風(fēng) 阻（占驅(qū)動(dòng)損耗的 1/3）的減小，促進(jìn)能量損耗進(jìn)一步降低。

使用 SiC 并未增加整車成本。雖然 SiC 器件成本高于硅基器件，但使用 SiC 器 件可以降低系統(tǒng)體積、降低電池?fù)p耗、提升續(xù)航里程，從而促進(jìn)整車成本的降低。 據(jù) Wolfspeed(Cree)測算，在新能源汽車使用 SiC 逆變器，可以提升 5%-10% 的續(xù)航，節(jié)省 400-800 美元的電池成本，與新增 200 美元的 SiC 器件成本抵 消后，還能實(shí)現(xiàn) 200-600 美元的單車成本節(jié)約，未來，隨著 SiC 規(guī)模化量產(chǎn)之 后，成本有望逐步降低，將為整車成本創(chuàng)造更大空間。

SiC 在城市工況、電池容量大、電壓低的方向上能夠提升更大系統(tǒng)效率。一方面， 電池基礎(chǔ)容量越大，可以提升的絕對里程數(shù)就越多；鋰電池成本越高，可以節(jié)省 的單位電池成本越大。另一方面，在固定電池電壓后，電池功率近似跟輸出電流能力成正比，輸出電流能力近似跟芯片的使用數(shù)量成正比，功率約高則相應(yīng)使用 SiC 器件越多，替換成本越高。此外，越是處于頻繁開關(guān)/頻繁剎車加油的低速工況下，獲得的效率優(yōu)勢就更高， 所以在城市工況中運(yùn)行，使用 SiC 器件帶來的效率提升的優(yōu)勢更加明顯。2018 年特斯拉在其 Model3 車型首次將 Si IGBT 換成了封裝尺寸更小的 SiC 模塊， 使開關(guān)損耗降低了 75%，系統(tǒng)效率提高了 5%，續(xù)航里程提升 5-10%。

1.2. 角度二：電動(dòng)汽車架構(gòu)向高壓過渡，成為 SiC 上車催化劑

補(bǔ)能時(shí)間長是新能源汽車的最大痛點(diǎn)。如今車企推出的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航多在 500km 上下，甚至高達(dá) 700km，和普通燃油車?yán)m(xù)航里程接近，續(xù)航已不再是最 大負(fù)累。但是電動(dòng)車還是面臨里程焦慮的問題，主要原因還是燃油車加油時(shí)間僅 為 15 分鐘，而電動(dòng)車快充至少需要 60 分鐘，在高峰期充電排隊(duì)等候時(shí)間亦進(jìn) 一步拉長。

續(xù)航越高、充電效率越高，電動(dòng)車在通勤中耗時(shí)與燃油車約接近。根據(jù)《Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment》做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：在 525 英 里（1 英里=1.6 公里）的旅程中，普通燃油車只需要加油一次，總耗時(shí) 8 小時(shí) 23 分鐘；而續(xù)航 300 英里 400KW 的直充電動(dòng)車單次充電僅需 23 分鐘，旅途 總計(jì)耗時(shí) 8 小時(shí) 31 分鐘，整體耗時(shí)不輸燃油車。

根據(jù) P=UI，提升充電效率的方向有二，提升電壓最佳。根據(jù)發(fā)熱量公式 Q=I²Rt， 提升電流模式充電過程會(huì)產(chǎn)生大量熱量，對汽車散熱系統(tǒng)和熱管理有更高的要求。 在用大電流充電時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致極化現(xiàn)象出現(xiàn)、電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不充分，對于電 池的傷害較大。此外，大電流模式的應(yīng)用場景有限制，目前大電流模式僅在 10%- 20%SOC 進(jìn)行最大功率充電，在其他區(qū)間充電效率也有明顯下降。而提升電壓 模式除了減少能耗、提高續(xù)航里程外，還有減少重量、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，是目前 廠商普遍采用的模式。

相同功率下高電壓比大電流更優(yōu)。華為分別測算了高電壓 800V/250A，大電流 400V/500A，相較基準(zhǔn) 400V/250A 的電池系統(tǒng)成本和整車成本變化，高電壓 架構(gòu)下整車成本的上升不足 2%，比大電流方案更優(yōu)。根據(jù)戴姆勒奔馳研究，在 800V 高壓平臺(tái)采用 SiC 模塊較硅基 IGBT 模塊整車低了 7.6%的能耗，相比中 低壓能耗降低更多。

越來越多汽車廠商布局 800V 平臺(tái)。受限于硅基 IGBT 功率元器件的耐壓能力， 之前電動(dòng)車高壓系統(tǒng)普遍采用的是 400V 電壓平臺(tái)。如今，高壓快充路線受到越 來越多主機(jī)廠的青睞，先是保時(shí)捷 TaycanTurboS、小鵬，隨后現(xiàn)代、起亞等國 際巨頭，比亞迪、長城、廣汽等國內(nèi)主機(jī)廠也相繼推出或計(jì)劃推出 800V 平臺(tái)， 高壓快充體驗(yàn)將會(huì)成為電動(dòng)車市場差異化體驗(yàn)的重要標(biāo)準(zhǔn)。未來，隨著市場對續(xù) 航里程、充電速度要求的提高，電動(dòng)車電壓有望升至 800V-1000V。

高壓架構(gòu)未來向中小車型滲透。根據(jù)車型劃分，可將乘用車劃分為 A00、A0、 A、B、C 級(jí)車等多個(gè)級(jí)別。根據(jù)各車企官網(wǎng)數(shù)據(jù)，A 級(jí)以下微型或小型車型普 遍采用低壓系統(tǒng)，而在 B 級(jí)/C 級(jí)中大型車型中，高壓平臺(tái)逐漸普及。長期看快 充對于中小車型亦是剛需，800V 架構(gòu)升級(jí)具備長期趨勢。

高電壓平臺(tái)需要各部件耐高壓、耐高溫，將導(dǎo)致 SiC 器件的替代需求顯著增長。 高壓平臺(tái)看起來只是升高了整車的電壓，但對于技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，卻是“牽一 發(fā)而動(dòng)全身”的系統(tǒng)工程。 1）電機(jī)電控：800V 平臺(tái)要求下，硅基 IGBT 的開關(guān)/導(dǎo)通損耗將大幅升高，而 SiC 器件在耐壓、開關(guān)頻率、損耗等多個(gè)維度表現(xiàn)優(yōu)異，因此電機(jī)控制器需要采 用 SiC MOSFET 代替硅基 IGBT。 2）車載 OBC：主流功率從 3.6kW、6.6kW 升級(jí)到 11kW、22kW，并向雙向 逆變升級(jí)。雙向 OBC 不僅可將 AC 轉(zhuǎn)化為 DC 為電池充電，同時(shí)也可將電池的DC 轉(zhuǎn)化為 AC 對外進(jìn)行功率輸出，需要使用 SiC 器件。 3）DC/DC：直流快充樁原本輸出電壓等級(jí)為 400V，可直接給動(dòng)力電池充電， 但車系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)為 800V 后需要額外的升壓產(chǎn)品使電壓能夠上升到 800V，配 合 OBC 給動(dòng)力電池進(jìn)行直流快充。此外，DC/DC 轉(zhuǎn)換器還可將高電池電壓轉(zhuǎn) 換為低電壓，為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空調(diào)以及其他輔助設(shè)備提供所需的電力，同樣需 要耐高壓材質(zhì)的 SiC 器件。 4）空調(diào)壓縮機(jī)：由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為系統(tǒng)提供主動(dòng)制冷/熱的動(dòng)力，在汽車熱管理 系統(tǒng)中處于重要地位，隨著動(dòng)力源向更高電壓切換，SiC 器件有很大的優(yōu)勢。

實(shí)現(xiàn)大功率快充的高壓系統(tǒng)架構(gòu)共有三類，全系高壓快充有望成為主流架構(gòu)。 1）全系高壓，即800V 電池+800V 電機(jī)電控+800V OBC、DC/DC、PDU+800V 空調(diào)、PTC。全系高壓的優(yōu)勢是能量轉(zhuǎn)化率高，但是短期成本較高，但長期來看， 產(chǎn)業(yè)鏈成熟以及規(guī)模效應(yīng)具備之后，整車成本下降。 2）部分高壓，即 800V 電池+400V 電機(jī)、電控+400V OBC、DC/DC、 PDU+400V 空調(diào)、PTC。部分高壓的優(yōu)勢是基本沿用現(xiàn)有架構(gòu)，僅升級(jí)動(dòng)力電 池，車端改造費(fèi)用較小，短期有較大實(shí)用性，但是能量轉(zhuǎn)化率沒有全系高壓高。 3）全部低壓架構(gòu)，即 400V 電池（充電串聯(lián) 800V，放電并聯(lián) 400V）+400V 電機(jī)、電控+400V OBC、DC/DC、PDU+400V 空調(diào)、PTC。其優(yōu)勢是短期成 本最低，但是對充電效率提升有限。

高壓將進(jìn)一步加速主驅(qū)、OBC 和 DC/DC 的 SiC 滲透率提升。以 22kW 800V 雙向 OBC 為例，從 Si 轉(zhuǎn)到 SiC 設(shè)計(jì)，因從一個(gè)三電頻降到兩電頻開關(guān)拓?fù)洌?DC 端器件數(shù)量從 16 顆到降到了 8 顆器件，驅(qū)動(dòng)電路、pcb 板面積也減半，同 時(shí)提高了運(yùn)行效率，替換具有顯著優(yōu)勢。根據(jù) CASA 預(yù)測，SiC 功率器件滲透 率將在電機(jī)逆變器及 DC/DC 器件中持續(xù)增長。

1.3. 角度三：充電樁向大功率方向發(fā)展，SiC 器件滲透率進(jìn)一步提升

中國公共充電樁快速增長，總量占比超過全球半數(shù)。IEA 數(shù)據(jù)顯示，2021 年全 球共公共充電樁保有量為 176 萬個(gè)，其中有 120 萬個(gè)為低速充電樁（功率≤ 22kW），56 萬個(gè)為高速充電樁（功率＞22kW）。根據(jù)各國已宣布的氣候承諾方 案，預(yù)測 2022-30 年全球年均建設(shè) 100 萬/50 萬個(gè)低速/高速充電樁，2030 年全球?qū)碛?1000 萬/550 萬個(gè)低速/高速充電樁。 2021 年底中國擁有 115 萬個(gè)公共充電樁，占全球 65%。根據(jù)中國電動(dòng)汽車充 電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，2022 年 1-9 月新增公共充電樁 48.9 萬 臺(tái)，充電配套設(shè)施建設(shè)逐步完善。

我國有望于 2025 年在城市和城際重點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn) 2-3C 公共充電樁的初步覆蓋。 根據(jù)《中國電動(dòng)車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略與路線圖研究（2021-2035）》，我國將 于 2025 年實(shí)現(xiàn) 2-3C 的充電樁在重點(diǎn)區(qū)域的城市和城際公共充電設(shè)施的初步 覆蓋；于 2030 年實(shí)現(xiàn) 3C 及以上公共快充網(wǎng)絡(luò)在城鄉(xiāng)區(qū)域與高速公路的基本覆 蓋；于 2035 年實(shí)現(xiàn) 3C 及以上快充在各應(yīng)用場景下的全面覆蓋。

充電樁向大功率方向發(fā)展。《交通運(yùn)輸部關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)建設(shè)的 指導(dǎo)意見》中明確要在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)超級(jí)快充、大功率充電汽車充電設(shè)施。 據(jù) EVICPA 統(tǒng)計(jì)，2016-20 年中國新增直流樁的平均功率從 70kW 提升至 131kW，在新增直流樁中 150kW 的比例從 9%增至 28%；從用戶使用習(xí)慣的 角度來看，99.3%用戶在公用場站充電選擇快充樁，87%用戶選擇 120kW 及以 上的大功率充電樁。國家電網(wǎng)是國內(nèi)最大的充電樁公開招標(biāo)企業(yè)，2022 年招標(biāo) 的充電樁中，功率為 160kW、240kW 和 480kW 的占比分別為 53%、3%和 16%，160kW 超越 80kW 成為主力招標(biāo)功率。

更高功率、更多數(shù)量的超充站布局。截至 2022 年 6 月，特斯拉在中國大陸已建 立 1200 多座超級(jí)充電站，8700 多個(gè)超級(jí)充電樁，其 V3 充電樁功率為 250kW， 未來還將推出峰值充電功率 350kW 的 V4 充電樁；小鵬汽車 22 年 8 月發(fā)布峰 值充電功率為 400kW 的 S4 超快充樁，計(jì)劃到 23 年新增超過 500 座以上、到 25 年累計(jì)建設(shè) 2000 座超快充站。此外，2022 年 7 月中國主導(dǎo)發(fā)起的 ChaoJi 直流充電接口標(biāo)準(zhǔn)在 IEC 全票通過，有望促進(jìn)超級(jí)充電基礎(chǔ)設(shè)施加速布局。

大功率充電樁帶動(dòng) SiC 滲透率不斷提升。對于充電樁而言，采用 SiC 模塊可將 充電模塊功率提高至 60KW 以上，而采用 MOSFET/IGBT 單管的設(shè)計(jì)還是在 15-30kW 水平。同時(shí)，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。因此，SiC 的小體積優(yōu)勢在城市大功率充電站、充電樁的應(yīng)用場景中具有 獨(dú)特優(yōu)勢。

充電樁運(yùn)營商從減少損耗率和儲(chǔ)能對雙向電流需求兩方面，也傾向使用 SiC。 （1）對特來電、星星充電為首的公共充電樁運(yùn)營商而言，從國家電網(wǎng)買電，到 給新能源車主充電的過程中，存在約 2%的損耗，通過使用 SiC 能夠?qū)p耗降低 到 0.5%，則運(yùn)營成本能顯著降低，加快回收投資。 （2）隨著局部地區(qū)充電站數(shù)量增多、密度變大的情況，為了平抑對電網(wǎng)的沖擊， 需要配套儲(chǔ)能系統(tǒng)，在夜間進(jìn)行儲(chǔ)能，充電高峰期間通過儲(chǔ)能電站和電網(wǎng)一同為 充電站供電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。充電與儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的電流方向變化，而 IGBT 只能單 向流通，使用 SiC 是唯一選擇。

市場上主要由交流樁和直流樁兩種充電樁類型構(gòu)成。交流樁因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟成本 較低，可接入 220V 居民用電而成為公共充電樁的主流，但其充電效率低，耗時(shí) 長，主要適用于家用領(lǐng)域，目前大多仍使用硅基功率器件，隨著 SiC 功率器件成 本降低，未來交流充電樁中 SiC 功率器件的滲透率將進(jìn)一步提升。 直流充電樁充電速度較快，但技術(shù)復(fù)雜且成本高昂，因此早期推廣速度不如交流 充電樁；但對于公共充電樁來說，提升充電效率是用戶的關(guān)注核心。根據(jù) IEA 統(tǒng) 計(jì)，全球 22kW 以上的快充樁占比從 2015 年的 14.4%，上升至 2021 年的 31.8%，公共充電樁中直流樁的滲透率持續(xù)提升。據(jù)中國充電聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯 示，截止 2022 年 9 月我國 163.6 萬臺(tái)公共充電樁中，交流樁達(dá)到 93.1 萬臺(tái)， 而直流樁為 70.4 萬臺(tái)，直流樁占比 43.1%。直流充電樁技術(shù)的未來研發(fā)市場十 分廣闊，SiC 功率器件需求量進(jìn)一步增加。

1.4. 車用 SiC 解決方案市場規(guī)模可達(dá) 240 億元人民幣

由于 SiC 器件在新能源車用領(lǐng)域的優(yōu)勢，隨著 SiC 在新能源車領(lǐng)域的應(yīng)用，SiC 成本的降低，各大廠商紛紛布局 SiC，未來 SiC 在車用領(lǐng)域滲透率會(huì)越來越高。

SiC 新能源汽車市場規(guī)模：根據(jù) EV-Volumes 最新數(shù)據(jù)，全球 2022H1 新能源 汽車銷量達(dá) 430 萬輛，同比+62%，新能源汽車滲透率提升至 11.3%。預(yù)計(jì)到 2025年全球新能源汽車銷量有望接近 2000萬輛，滲透率有望突破 20%，2021- 25 年復(fù)合增長率有望達(dá) 30%以上。 我們假設(shè)車規(guī) SiC 電驅(qū)模塊價(jià)值量約為 3000-4000 元，加之 OBC、DC/DC 等部件使用，整車的 SiC 器件價(jià)值量約為 4500 元。中壓車和低壓車會(huì)部分采用 SiC 器件，通過對不同電壓新能源車滲透率的計(jì)算，我們預(yù)計(jì)全球車用 SiC 器件 市場規(guī)模有望在 2025 年達(dá)到 240 億元以上。

2. SiC 賦能光伏發(fā)電，市場規(guī)模有望增長至百億元

政策驅(qū)動(dòng)光伏國產(chǎn)化進(jìn)程加速，新增裝機(jī)量持續(xù)提升。光伏逆變器是可以將光伏 （PV）太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電（AC）的逆變器， 可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì) （CPIA）數(shù)據(jù)，2021 年全球光伏新增裝機(jī)規(guī)模有望達(dá)到 170GW，創(chuàng)歷史新高，各國光伏新增裝機(jī)數(shù)據(jù)亮眼，其中中國新增裝機(jī)規(guī)模 54.88GW，同比增長 13.9%。 未來在光伏發(fā)電成本持續(xù)下降和全球綠色復(fù)蘇等有利因素的推動(dòng)下，全球光伏市 場將快速增長，預(yù)計(jì)“十四五”期間，全球光伏年均新增裝機(jī)超過 220GW，我 國光伏年均新增裝機(jī)或?qū)⒊^ 75GW。

SiC 賦能光伏發(fā)電，轉(zhuǎn)換率提升顯著。光伏系統(tǒng)是 SiC 器件除了汽車領(lǐng)域外的 重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。根據(jù)天科合達(dá)招股說明書，使用 SiC MOS 或 Si MOS 與 SiC SBD 結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可以從 96%提升至 99%， 能效損耗降低 50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升 50 倍，從而縮小系統(tǒng)體積、增加功 率密度、延長使用壽命。SiC 還可以通過降低無源元件的故障率、減少散熱器尺 寸、減少占地面積和節(jié)省安裝成本等方式間接節(jié)約成本。

海外布局較早，國內(nèi) SiC 企業(yè)也逐漸將產(chǎn)品導(dǎo)入到光伏市場。在海外，英飛凌、 富士電機(jī)等全球知名廠商早在 2012 年起開始布局、開發(fā)、量產(chǎn)應(yīng)用 SiC 器件的 光伏逆變器產(chǎn)品。三安、瞻芯、泰科天潤等企業(yè)都已經(jīng)與國內(nèi)主流的光伏逆變器 生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，逐步擴(kuò)大產(chǎn)能繼續(xù)帶動(dòng)國產(chǎn) SiC 器件的應(yīng)用。

光伏逆變器市場規(guī)模有望增長至百億元。CPIA 預(yù)測到 2025 年，樂觀情景下全 球光伏新增裝機(jī)量有望超 330GW。受益于光伏裝機(jī)量上升，逆變器市場需求將 大幅增長，我們測算 2025 年全球 SiC 光伏逆變器新增市場有望增長至 108.90 億元。