光伏逆變器是太陽能光伏系統的心臟。光伏逆變器將太陽電池發出的直流電轉化為符合電網電能質量要求的交流電，并配合一般交流供電的設備使用。光伏逆變器的性能可以影響整個光伏系統的平穩性、發電效率和使用年限。
IGBT是光伏逆變器的核心器件。光伏裝機容量的迅速提升驅動逆變器行業成長，同時為IGBT的高速發展提供動力。
政策激勵拉動逆變器出貨量提升。各國政府的各項激勵措施極大促進了光伏行業的發展，光伏逆變器的出貨量大幅提高。2020年全球光伏逆變器的出貨量達到185GW，2013-2020年間復合增速為24%。
存量替換需求持續。逆變器中IGBT等電子元器件使用年限一般為10-15年，而組件的運營周期是25年，所以逆變器在光伏組件的生命周期內至少需要更換一次。據測算，2020年全球光伏逆變器的更替需求約為8.7GW，同比增長近40%。
資料來源：索比光伏網，北極星太陽能光伏網，方正證券研究所整理
歐洲、中東、非洲（EMEA地區）是光伏逆變器替換需求量[敏感詞]的地區。EMEA地區在2019年更換需求達到了3.4GW，占全球的54%，主要因為早期光伏裝機集中在了這些地區。
國內光伏裝機容量增長，拉動逆變器需求。隨著市場對新能源的需求增長以及國家對光伏發電實施政策的引導，國內光伏市場的裝機容量呈現大規模增長的態勢，大幅拉動光伏逆變器的需求。2019年中國光伏逆變器出貨量達83GW，在全球的市場份額達65%。
資料來源：北極星太陽能光伏網，固德威上市招股說明書，前瞻產業研究院，方正證券研究所整理
光伏發電直接產生直流電，經光伏逆變器將直流轉變為交流電最終并入電網。
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國產光伏逆變器廠商持續發力。2020年全球光伏逆變器市場出貨量達到185GW，華為、陽光能源和SMA市占率分別為23%、19%、7%，連續五年位列前三。華為、陽光能源、上能電氣、古瑞瓦特等中國廠商合計市場份額已超50%，成為全球光伏逆變器供應主力。
分布式光伏裝機占比提升。2016年以來，分布式發電發展迅速，累計裝機容量的市場份額持續提升，2019年我國分布式光伏發電累計裝機容量市場占比首次超過30%。
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組串式逆變器出貨量占據絕大多數市場。目前逆變器產品主要分為三類，即組串式逆變器、集中式逆變器和集散式逆變器。組串式逆變器由于其生產技術的進步，逆變器結構有所優化，大功率組串式逆變器的成本加速降低，組串式逆變器逐步替代集中式逆變器，2020年組串式逆變器市場出貨份額達到67%。
資料來源：前瞻經濟學人，華經產業研究院，方正證券研究所整理
2019年固德威原材料采購金額達5.7億元，其中半導體器件類（主要為IGBT元器件）采購金額為6006萬元，占比10.6%，2021年上半年，固德威的原材料中，以IGBT為主的半導體器件占逆變器成本約10%~15%左右，金額達到為21,440.75萬元，占原材料采購總額的比例26.34%，隨著市場供需緊張，IGBT BOM占比有望提升。
相比于集中式逆變器，組串式逆變器毛利率更高。固德威的產品以組串式逆變器為主，相比其他三家公司來說平均毛利率較高，2020年毛利率為38%。
資料來源：固德威招股說明書，固德威2021年半年度報告，方正證券研究所整理
地面光伏系統的初始投資成本由組件、支架、逆變器、土地及建設等成本組成，其中組件的價格占比[敏感詞]，占整體初始成本的40.7%，集中式逆變器占比較小，僅為3%。
與地面光伏系統相比，分布式光伏系統大多建立在房屋上，因此減少了土地使用費用，增加了屋頂的加固和租賃費用，并且組串式逆變器的成本占比高于集中式逆變器，達到5%。
資料來源：北極星太陽能光伏網，中國光伏行業協會，方正證券研究所整理
2020年，大型地面電站占比為67.8%，分布式電站占比為32.2%，其中戶用光伏可以占到分布式市場的65.2%左右。隨著2020年公布的競價項目和平價項目以及特高壓外送項目的逐步并網，預計2021年大型地面電站的裝機量占比將進一步上升。
2021年6月20日，國家能源局綜合司發布了《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，指出開展整縣（市、區）推進屋頂分布式光伏建設，有利于整合資源實現集約開發，是加快推進屋頂分布式光伏發展的重要舉措，分布式項目仍將保持一定的市場份額。
我國電站式光伏系統的初始全投資主要由組件、逆變器、支架、電纜、一次設備、二次設備等關鍵設備成本，以及土地費用、電網接入、建安、管理費用等部分構成，其中逆變器等關鍵設備成本隨著技術進步和規模化效益，有一定下降空間。
2020年，我國電站式光伏系統的初始全投資成本為3.99元/W左右，預計2021年，隨著產業鏈各環節新建產能的逐步釋放，組件價格回歸合理水平，光伏系統初始全投資成本可下降至3.81元/W，其中集中式逆變器的成本占比達3%，約0.12元/W。
2020-2030年我國電站光伏系統初始全投資變化趨勢（單位：元/W）：
我國分布式光伏系統的初始全投資主要由組件、逆變器、支架、電纜、建安費用、電網接入、屋頂租賃、屋頂加固以及一次設備、二次設備等部分構成。其中一次設備包括箱變、開關箱以及預制艙。
2021年我國分布式光伏系統初始投資成本為3.24元/W，其中組串式逆變器的成本占比達到5%，約為0.18元/W。
2020-2030我國分布式光伏系統初始投資成本分布（單位：元/W）：
各國政府從環境保護和能源可持續發展戰略的角度出發，紛紛制定政策鼓勵和支持太陽能光伏發電技術，光伏行業在全球迅速發展。2020年，全球新增光伏裝機容量127GW，同比增長10.43%，近5年的年均復合增長率達到19.10%，預計2025年全球光伏新增裝機量將超過270GW，樂觀情形下將達到330GW。
2011年以后，中國、日本、美國在太陽能光伏應用領域發展迅速，成為驅動全球光伏應用增長的主要動力。
資料來源：中國光伏行業協會，固德威上市招股說明書，方正證券研究所整理
資料來源：華經產業研究院，方正證券研究所測算，1GW=109W
采用功率場效應管MOSFET構成的推挽式逆變電路比較簡單，變壓器的中性抽頭接于電源正極，MOSFET的一端接于電源負極，交替工作最后輸出交流電力，但是帶感性負載的能力差，而且變壓器的效率也較低，因此應用起來有一些條件限制。
采用絕緣柵雙極晶體管IGBT構成的全橋逆變電路，其中Q1和Q2之間的相位相差180°，輸出交流電壓的值隨Q1和Q2的輸出變化而變化。Q3和Q4同時導通構成續流回路，能夠承載的電壓更大，變壓器的效率也更高，因此采用IGBT構成的逆變電路的應用較為廣泛。
光伏IGBT芯片的國產化難度高。工控外接負載電機，會有過載的情況發生，電流過載使得溫度升高，最終導致模塊失效，所以廠家在應用IGBT模塊時留很大的余量，比如模塊的額定電流為100A，降等用40-50A。而光伏是將直流電逆變到交流電，再上傳到電網，它沒有過載，所以光伏逆變器的企業基本上把IGBT模塊用到[敏感詞]，所以光伏企業對IGBT芯片的可靠性要求高于工控領域。
集中式光伏逆變器只有DC到AC的拓撲結構，功率大多是125千瓦起步。
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一只500千瓦的集中式光伏逆變器里面使用4只125千瓦的逆變器進行系統并聯，一只125千瓦里通常使用三個半橋的1200V 600A的IGBT模塊。
半橋模塊也稱為2 in 1模塊，可以直接構成半橋電路。半橋模塊的電流/電壓規格指的均是其中的每一個模塊單元，如1200V 600A的半橋模塊，表示其中的2個IGBT管芯的電流/電壓規格都是1200V 600A，即C1和C2之間可以耐受[敏感詞]2400V的瞬間直流電壓。
一個半橋的1200V 600A的IGBT模塊內部使用兩組IGBT芯片，每一組里面使用四顆150A芯片進行并聯，模塊內共計使用八顆150A IGBT芯片。
組串式光伏逆變器在單個光伏(PV)電池板上轉換電源，單個光伏電池板的額定功率通常為400W。組串式光伏逆變器通常基于兩級式電源轉換。首先，DC-DC升壓電路將可變直流電壓轉換為固定直流電壓（通常為40V-60 V），同時，通過[敏感詞]功率點跟蹤技術（MPPT）從光伏板獲取能量（通常FSW=100 KHz）。接著在直流轉交流階段，逆變器將直流電源轉換成與電網兼容的1Φ的交流電源。
資料來源：安世半導體官網，新潔能官網，方正證券研究所整理
資料來源：英飛凌公司官網，貿澤電子官網，方正證券研究所整理
相比集中式逆變器，組串式逆變器的結構更為復雜，使用的IGBT數量更多。組串式逆變器進行并聯要控制諧振，否則可能造成大面積脫網現象。
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在DC-DC升壓階段可以使用模塊，也可以并聯多個單管，單管的數量根據器件的電流計算。假設電流為300A，可以使用4個75A的IGBT單器件或者6個50A的IGBT單器件進行并聯，后續DC-AC階段與集中式逆變器相同，大功率的采用三電平IGBT模塊。
NPC拓撲最常用的有兩種結構，“I”字型（也稱NPC1）和“T”字型（也稱NPC2、MNPC、TNPC、NPP等），由4個IGBT和兩個鉗位二極管組成。
ANPC結構是基于“I”字型NPC結構發展出來的一種改進型。NPC拓撲的損耗分布不均勻，會導致溫升不均衡，進而限制模塊的功率輸出能力。而ANPC結構多了兩個開關管以及相應的兩個中性點換流回路，可以更加靈活任意的配置開關管可以使損耗沒有那么的不均衡，一定程度上可以提高模塊的輸出功率。
逆變器的功率密度顯著提升。2020年集中式逆變器功率密度為1.16kW/kg，集中式電站用組串式逆變器功率密度為2.14kW/kg，單相戶用光伏逆變器功率密度為0.57kW/kg，三相戶用逆變器功率密度為1.00kW/kg。
集中式逆變器功率大于組串式逆變器。2020年，集中式逆變器單機功率為3125kW/臺，集中式電站用組串式逆變器單機功率為225kW/臺。戶用光伏逆變器單機功率，在220V電壓下為8kW/臺，在380V電壓下約15-20kW/臺。
逆變器功率密度及額定功率的提升，對IGBT模塊的需求量將提升。
海外企業良性循環：市占率越高，產品的反饋數據越多，積累的經驗越多，產品越成熟，利潤體量越大，投入新一代研發也越多。2020年英飛凌在IGBT單管和模塊的市場份額均為首位，分別為29.3%/36.5%。
國內企業發展受阻：貿易摩擦之前，由于產品長期得不到客戶使用，無法積累大規模量產情況下的數據，產品小批量出了問題也不知道如何解決。
資料來源：英飛凌官網，方正證券研究所整理
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