走进“芯”时代系列深度之四十六“新能源芯”：乘碳中和之风基础元件腾飞.pdf

请仔细 阅读在本报告尾部的重要法律声明 华西电子团队 走进“芯”时代系列深度之 四十六 “新能源芯” 乘碳中和之风，基础元件腾飞 孙远峰 /刘奕司 /王 海维 /王臣复 /熊军 SAC NO： S1120519080005 SAC NO： S1120521070001 2021年 11月 3日 仅供机构投资者使用 证券研究报告 1 核心结论 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 随着碳中和、碳达峰的政策推广，新能源领域将迎来重大发展，到 2050年光伏风电等新型能源发电将超过国内发电总量的一半。这 将会为电力电子行业带来全新的发展机遇。 电源管理产品将迎来重大发展。因为风电和光伏产的电不能直接上网，需要电源管理产品将电压进行转换后才能上网。其中逆变器 更是成为了必需品。同时在新能源汽车领域，也会大量使用此类产品，该行业将会随着我国能源结构切换迎来重大发展。 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 电力电子行业中，电源管理产品主要是 SMPC类产品，其主要有电感、电容以及电子开关组成。以光伏逆变器为例，电感占到总成本 的 14%，电子开关占到 12%，电容占到 10%。 电容主要使用铝解电容和薄膜电容，主要用于直流电容和滤波，决定了逆变器的使用寿命。 电感主要用于升压和滤波，是成本的大头。 开关主要使用 IGBT，通过对开关的控制，输出希望得到的电压，是核心元件；二极管配套 IGBT使用，在换相时，起到导通的作用。 3.受益 公司 解析 从电力电子产业链看，目前国内电容、电感磁芯以及继电器的产品能力经过 20余年的发展，积累了大量历史数据，有能力为终端厂 商提供成熟可控、性能高效的产品。未来电容和磁芯，有望进一步替代日韩公司，国内龙头厂商有望更进一步发展。 IGBT以及相关开关元件，主要为欧美和日系厂商垄断。国内厂商在该领域技术实力相对薄弱，特别是没有长期历史数据积累，在安 全可靠方面相比国外厂商存在一定差距。但目前看， IGBT等功率半导体厂商，在电动车领域渗透率速度较快，未来有望在新能源汽 车中取得一定的份额。 重点推荐：铂科新材（电感磁芯）、江海股份（电容）、三安光电（三代）、斯达半导（功率器件）、华润微（功率、三代）、捷 捷微电（功率）、扬杰科技（功率） 核心受益：法拉电子（薄膜电容）、中芯国际（代工）、华虹半导体（代工）；士兰微（功率器件）、时代电气（功率器件）、宏 微科技（功率器件）、宏发股份（继电器）、京泉华（绕线） 风险提示： 光伏装机量不及预期；新能源汽车销量不及预期；上游原材料涨价增加公司成本；限电影响公司开工；疫情反复。 2 3 目录 contents 01、能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 02、电感、电容和开关是电源管理的核心元件 03、 受益 公司 解析 04、风险提示 01 能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 4 5 资料来源 ： DEV GL，华西证券研究所 图 1： 1980-2050全球能源结构发展趋势 新能源大致可分为太阳能、风能、核能、生物质能、地热能等。碳中和背景下，新能源产业发展已成为 全球共识，清洁低碳成为全球能源转型大趋势。 根据 DNV GL发布的全球能源结构走势，未来新能源发电 所占比例将持续增高，其中光伏将逐步成为主要发电方式。 在 “碳中和” 背景下，全球能源体系重构势在必行。随着各国大力发展新能源产业，光伏和新能源汽 车进入快速发展阶段，而光伏、新能源汽车的发展也大幅提升了储能的需求。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.1 新能源转型已成全球大趋势 6 资料来源：中国电动汽车百人会，华西证券研究所 图 1： 2020-2050我国能源结构发展趋势 2020年我国总发电量 7.62万亿 kWh，其中非化石能源发电量占比 33.9%，风光发电量占比 9.5%。据估算， 2030年我国总发电量 11.28万亿 kWh，其中非化石能源发电量占比 44.5%，风光发电量占比 20.8%。 2050年我 国总发电量 16.36万亿 kWh，其中非化石能源发电量占比 88.5%，风光发电量占比 60.3%。 可见，未来我国非化石能源发电量占比将提升，新能源发电占比将持续提高。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.1 新能源转型已成全球大趋势 7 随着光伏发电成本不断降低和发电效率逐年提升，全球光伏平价时代正式来临。光伏因其绿色、环保的特 点，在全球范围内持续高速发展，装机容量不断增长，技术持续创新。根据国际可再生能源署（ IRENA）预 测，到 2050年，全球光伏渗透率将达到 25%，相当于目前的 10倍，光伏行业的发展速度和发展空间将大幅提 升。据 SolarPower Europe预测， 2025年全球光伏市场新增装机可达 346.7GW， 2021-2025年年复合增速 15%。 我国“碳达峰”、“碳中和”目标的确立，标志着以光伏、风电为代表的新能源将成为未来我国能源增长 的主要力量。中国光伏行业协会预测“十四五”我国年均光伏新增 70-90GW。根据国家可再生能源中心数据 预测，我国光伏市场年均新增装机在中长期内将大幅增加。 资料来源 ： SolarPower Europe，华西证券研究所 图 2：我国光伏市场年新增装机及预测（ GW）图 1： 2021-2025年全球光伏市场年新增装机预测（ GW） 资料来源：中国光伏行业协会，华西证券研究所 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.2 光伏年新增装机量将持续增加 34.5 53 44.26 30.1 55 60 70 80 90 48.2 65 75 90 100 110 0 20 40 60 80 100 120 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 保守预测 乐观预测 8 图 1： 2016-2020年中国累计投运光储市场及增长情况 资料来源：中关村储能产业技术联盟，华西证券研究所 光、风等自然条件多变，导致光伏、风电输出功率不稳定，无法时刻满足并网的功率要求 ， 储能系统 则 可以解决光伏发电 、风力发电 系统 间歇性和不稳定性 的问题 。除了 保证系统的稳定可靠 外 ，储能系统还 是解决电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径。 截至 2020年底，中国已投运光伏配置储能项目累计装机规模达到 883.0MW。根据中关村储能产业技术联 盟保守预测，十四五期间我国储能系统累计装机 年复合增长率 有望超 60%， 2025年储能系统累计装机 将 达到 35.5GW-55.9GW。 0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% 120.00% 140.00% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2016 2017 2018 2019 2020 累计装机规模（ MW） 年增长率 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.3 储能是高质量发展新能源的关键 9 图 1： 2015-2020年中国新能源汽车销量及增长情况 资料来源：中汽协， REN21，华西证券研究所 2020年 11月国务院发布 新能源汽车产业发展规划（ 2021-2035年） ，计划 2025年新能源汽车销量占比汽车 销量的 20%。此举为新能源汽车未来发展打下了坚实的基础。同时，各地方政府也陆续出台相关政策鼓励新能 源汽车消费。国家与地方在政策层面给予了新能源汽车极大的支持，预计未来短时间内政策扶持仍将发挥重 要作用。 据中国汽车工业协会统计， 2020年我国新能源汽车产销量分别为 136.6万辆和 136.7万辆，同比增长 7.5%和 10.9%；纯电动汽车产销量分别为 110.5万辆和 111.5万辆，同比增长 5.4%和 11.6%。碳达峰、碳中和背景下， 汽车电动化已成为全球趋势，目前我国新能源汽车仍有较大发展空间，有望实现并超过 2025年目标。 91 153 261 381 492 73 125 211 310 400 0 100 200 300 400 500 600 2016 2017 2018 2019 2020 新能源汽车保有量（万辆） 纯电动汽车保有量（万辆） 33.11 50.7 77.7 125.6 120.3 136.7 -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 350% 400% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 2015 2016 2017 2018 2019 2020 新能源汽车销量（万辆） 增长率 图 2：近 5年中国新能源汽车和纯电动汽车保有量 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.4 国家政策助力新能源汽车快速发展 10 资料来源：铂科新材，华西证券研究所 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.5 能源结构切换，带来电源管理产业链迎来新机会 图 1：光伏发电流程 与传统方式发电不同，光伏和风电产生的电不能直接并网，需要经过一系列 AC/DC和 DC/DC的变化，将产生的电变为 可用的电。 随着光伏和风电发电占比逐渐提高，电源管理产品，如逆变器、升压降压等，以及相关产业链将会迎来重大的发展 机会。 资料来源：风力发原理及风力发电的工艺流程，华西证券研究所 图 2：风电发电拓扑图 电源管理 11 资料来源：汽车之家，华西证券研究所 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.5 能源结构切换，电力电子行业迎来产业将迎来高速发展 在新能源汽车领域，包括纯电车和混动车，都需要一系列 AC/DC和 DC/DC产品对电压进行变换从而可以驱动电机和为 电池充电。 特别是混动汽车，还需要一套升压系统，其对于电源管理产品的需求量更大。 图 1： BYD DM-i混动平台 12 图 1：逆变器结构图 资料来源： UTD，华西证券研究所 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.5 能源结构切换，电力电子行业迎来产业将迎来高速发展 电源管理主要分为四类产品，其中 AC-DC、 DC-DC、 DC-AC在新能源领域中应用较为广泛，其中 DC-AC逆变器是最为不 可缺少的部分。 在电力电子行业，大部分电源管理产品都属于 SMPC类产品，其中电容电感和电子开关是最基本组成原件。由于逆变 器最为不可缺少，后续将对逆变器做重点介绍。 图 2：电源管理产品基本组成部分 资料来源： UTD，华西证券研究所 boost inverter 13 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.5 能源结构切换，电力电子行业迎来产业将迎来高速发展 逆变器是新能源领域中最必不可少的基本模块。无论是新能源车、光伏还是风电，都需要经过 AC/DC的环节，所以逆 变器是新能源领域的核心环节。 图 1：逆变器在新能源领域的作用 资料来源：阳光电源，隆基股份，华西证券研究所 14 图 1：逆变器结构图 资料来源： Hitech Solutions，华西证券研究所 逆变器通过电力电子开关器件（ IGBT、 MOSFET等）高频率开合（常常是 5KHz以上）来“调整”电压波形，变直流电 为交流电。 逆变器的工作原理：直流电经直流滤波去除电流波动和电磁干扰，进入逆变电路，在逆变电路中被转换并整流为正 弦波交流电，再由输出端的交流滤波滤除逆变过程中产生高频干扰信号，从而并入电网或者直接供应负载。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.6 逆变器：将直流电转变为交流电的电子设备 15 图 1：逆变器分类 资料来源：集贤网、 ResearchGate，华西证券研究所 根据逆变电源的类型，逆变器可分为电压源型逆变器 (VSI)和电流源型逆变器 (CSI)。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.7 电压源型逆变器是主流 指标 电压型逆变器 电流逆变器 直流侧电源 电压源 电流源 储能元件 电容器 电抗器 输出波形 输出电压为脉冲波，电流为正弦波 输出电流为脉冲波，电压为正弦波 结构图 16 图 1：不同逆变器的拓扑结构 资料来源：电流型光伏并网逆变器控制系统关键技术研究，华西证券研究所 目前大多场景下，包括新能源汽车和光伏发电等领域，电压源型逆变器（ VSI)被使用较多。 VSI在直流侧电压低于交 流侧电压时，通常引入 boost电路，需要采用多级式拓扑结构。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.7 电压源型逆变器是主流 相比电流源型（ CSI)逆变器，特别是多级 VSI，其结构复杂成本较高。 但由于 CSI需要使用到双向具有正反耐压特性 的电子开关管，这类产品成本高。同时 CSI需要一个较大的母线电感，由于存在铜损，会降低逆变器效率。所以目前 在绝大多数应用场景下， VSI还是被使用最多的。 表 1：不同类型逆变器的优略势 资料来源：电流型光伏并网逆变器控制系统关键技术研究，华西证券研究所 电压型逆变器 电流逆变器 优势 技术应用成熟，无需正反耐压特性功 率器件，输入端无电感，效率高 无需升压，系统简单。无需母线电容，系 统寿命长。特别在光伏领域，直流侧串联 光伏电池数量少，降低整体故障率。同时 在低光照下，依然可以实现 MPPT。 劣势 有母线电容，寿命短。需要升压电路， 增加系统复杂度同时在光伏领域，遇 到低光照天气效率大幅降低。 有母线电感，存在铜损，影响效率。需要 正反耐压功率器件，成本高。 17 图 1： 2020年各企业逆变器出货量 资料来源： Wood Mackenzie ，华西证券研究所 2020年光伏逆变器国产份额迅速提升，华为、阳光电源继续保持龙头地位。 2015年起阳光电源和华为一直稳居逆变 器行业龙头，出货量始终保持行业前二，据 Wood Mackenzie统计， 2020年两大龙头合计出货约 78GW，合计市占率 42% 左右。近年来我国主要逆变器企业出货量占比稳定在 50%左右，自 2018年起，随着其他国内企业的快速发展，国产逆 变器份额快速提升， 2020年，排名前六的国产企业出货在全球的占比高达 60%。 在搭配储能后，光伏将获得可持续的发展动力，目前“光伏 +储能”已成为光伏开发的趋势，光伏、储能逆变器的需 求将快速增长。同时，随着新能源汽车渗透率的持续提升，逆变器作为新能源汽车电机控制系统的核心部件，其需 求也将大幅增加。中商产业研究院数据显示， 2025年全球光伏逆变器新增及替换市场达到 401GW。 1.能源结构切换，电力电子行业迎来大发展 1.8 光伏逆变器市场情况：行业规模快速增长，国产份额持续提 升 23% 19% 7%5%5% 5% 4% 4% 4% 4% 3% 17% 华为 阳光电源 SMA Power Electronics 古瑞瓦特 锦浪科技 Fimer 上能电气 固德威 TMEIC SolarEdge 其他 图 2：全球光伏逆变器市场规模（ GW）预测 资料来源：中商产业研究院，华西证券研究所 135.7 187 221 269.8 334.5 401 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 02 电感、电容和开关是电源管理的核心元件 18 19资料来源：锦浪科技招股说明书，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.1 电感、功率器件和电容是逆变器重要成本组成 几大电子元件在逆变器中主要起到了如下作用： IGBT：一种电子开关，逆变电路核心器件，将直流电转换为交流电； 电感：主要作为逆变器输入端的升压电感和输出端滤波电感用，其用量非常大； 电容：逆变器中主要使用薄膜电容和铝解电容。其中铝解电容主要作为输入端母线电容来使用；薄膜电容主要用于 输出端与电感搭配做滤波器来使用同时也会搭配铝解电容作母线电容； 继电器：对隔离逆变器和电网起到物理隔绝； 图 1：逆变器核心结构 薄膜电容 IGBT/ Diode 薄膜电容 电感继电器 铝电解电容 薄膜电容电感 20 图 1：固德威逆变器直接材料成本结构 （ 2017-2019平均值） 资料来源：固德威招股说明书，锦浪科技招股说明书，华西证券研究所 逆变器原材料主要是电子元器件、机构件以及辅助材料等，其中电子元器件包括功率半导体、集成电路、电感磁性 元器件、电容等。根据固德威、锦浪科技公司公告，机构件 /散热器及逆变器箱体类、电感、半导体器件 /晶体管、 电容、集成电路 /IC 器件是逆变器中占比最高的前五大原材料。电感约占原材料成本的 12.8%-14.4%，电容约占 7.7%-11.2%。 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.1 电感、功率器件和电容是逆变器重要成本组成 机构件 25% 电感 13% 半导体器件 13% 电容 9% 集成电路 5% 控制组件 4% PCB 线路板 5% 连接器 4% 变压器 4% 包装类 3% 光伏系统组件 7% 其他 8% 机构件 电感 半导体器件 电容 集成电路 控制组件 PCB 线路板 连接器 散热器及逆变 器箱体类 21% 电感 14% 晶体管 13%电容 10% IC器件类 8% PCB板 5% 传感器 5% 其他 24% 散热器及逆变器箱体类 电感 晶体管 电容 IC器件类 PCB板 传感器 其他 图 2：锦浪科技逆变器直接材料成本结构 （ 2016-2018平均值） 21 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.2 铝电解电容：在逆变器中主要用作母线电容 铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成的电容器。 图 2：铝电解电容主要特点 资料来源：艾华集团招股说明书，华西证券研究所 类别 主要优点 缺点 电容量 应用范围 应用领域 铝电解电容 电容量大、体 积小、成本低； 电压范围大； 中高压大容量 领域具有独特 优势 等效串联电阻 （ ESR）较高、 高频特性较差、 易受温度影响； 介质损耗大； 有极性 1uF-100000uF 适合大容量、中 低频率电路，如 电源电路、变频 器电路、逆变器 等。也用于储能 消费电子产品、 通信产品、电脑、 新能源、自动化 控制、汽车工业、 光电产品、高速 铁路与航空及军 事装备 在电子线路中起到通交流、阻直流的作用，具有滤波、旁路、耦合和快速充放电的功能，并具备体积小、储存电量 大、成本低、电性能好、可靠性高的特性。 图 1：铝电解电容基本结构 资料来源：艾华集团招股说明书，华西证券研究所 22 在光伏和汽车的逆变器中，铝解电容通常被用于母线电容。母线电容通常需要具备以下几点要求： 高电压、高耐纹 波能力和长寿命 。 高耐纹波能力： 逆变器的直流母线电容要能流过逆变器额定电流 20% 的纹波电流 ( 经验值 ) ， 500kW 逆变器的额定 电流是 1000A，纹波电流就为 200A，而单个电解电容的纹波能力是 10A左右，须采用多个电解电容并联。 高耐压： 一般大功率的逆变器，光伏组件的输入电压为 850V 左右，可以选择两只以上耐压为 450V 的电解电容串 联，这样才能保证电容的耐压值在安全范围内 长寿命：逆变器使用寿命的短板主要由铝解电容决定，是逆变器品质极为重要的一环。 在设计时电解电容器通过串 并联组成直流母线电容，获得较大的直流母线电容量，从而可以加大使用寿命。 通常来说，实际使用的电容量都要比设计计算时用量大，以确保达到逆变器的要求。通常来说，电容量与逆变器寿 命等指标成相关性。在光伏和新能源车领域的逆变器通常需要总电容量为几百到上千 F 。 图 1：逆变器内部电路结构 资料来源： FOX官网，华西证券研究所 Number 10pcs Capacity 1200F Brand NIPPON CHEMI-CON World No.1 Price 180 Total all 1200F capacitor can increase the expect life by 20% 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.2 铝电解电容：在逆变器中主要用作母线电容 23 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.3 铝电解电容：受益于新能源产业发展，铝解电容市场将保持增长 铝电解电容器广泛应用于消费电子产品、通信产品、电脑及周边产品、新能源、自动化控制、汽车工业、光电产 品、高速铁路与航空及军事装备等。 图 1：铝电解电容器在各应用领域中的用量 资料来源： NCC官网，华西证券研究所 据中国电子元件协会预测， 2021年全球铝电解电容市场规模将达到 63.3亿美元。根据前瞻产业研究院的数据， 2019年铝电解电容占电容器市场的 32.7%。未来随着铝电解电容行业向中高端市场转移，我国铝电解电容器市场规 模将保持较快增速，据智研咨询预测， 2023年我国铝电解电容器需求量将达 2446亿只，市场规模达 360亿元。 267 285 304 323 341 360 0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 铝电解电容器市场规模（亿元） 增长率 资料来源：智研咨询，中国电子元件行业协会，华西证券研究所 图 2： 2018-2023年中国铝电解电容器市场规模及预测 388.9 392.8 396.7 400.5 404.4 408.3 375 380 385 390 395 400 405 410 2016 2017 2018 2019 2020 2021E铝电解电容器市场规模（亿元） 图 2： 2016-2021年全球铝电解电容器市场规模及预测 24 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.4 铝电解电容：日系厂商份额过半，国内厂商奋起直追 铝电解电容领域市场竞争格局集中，日本厂商长期占据主要地位， CR5超过 60%，主要企业包括 NCC、 Nichicon、 Rubycon。此外，中国大陆江海和艾华以及中国台湾企业立隆电子和韩国企业 Sam Young也拥有一定的市场占有率。 图 1： 2019 年全球铝电解电容器企业市场份额 中美贸易摩擦背景下，国内终端厂商为保证供应链自主可控主动寻求元器件国产化；海外厂商生产活动受新冠疫情 影响较大，终端产品和零部件转单效应明显， NCC、 Nichicon等日系厂商近两年营收下滑明显。而国内厂商复工态势 强劲，依托成本、产业链、政策优势以及多年的产品技术和数据积累不断推进国产替代。同时日系大厂计划逐步退 出中低端铝电解电容市场，聚焦于汽车电子、工业控制等高附加值市场，国内厂商有望借此机会迅速成长。 图 2： 各公司营业收入（亿元） 资料来源： Paumanok Publication ，华西证券研究所 资料来源： Wind， NCC公司公告， Nichicon公司公告，华西证券研究所 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2016 2017 2018 2019 2020 NCC Nichicon 艾华集团 江海股份 图 3： NCC产品应用领域变化 23% 17% 10%8% 6% 36% NCC Nichicon Rubycon 艾华集团 Panasonic 其他企业 25 图 1：薄膜电容基本结构 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.5 薄膜电容：在逆变器中主要起到滤波的作用 薄膜电容是以塑料薄膜为电介质，以金属箔为电极，将电极与塑料薄膜层叠后卷绕而成的电容器。依塑料介质膜种 类可分为聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚碳酸电容。 图 2：薄膜电容主要特点 资料来源： TDK，华西证券研究所 类别 主要优点 缺点 电容量 应用范围 应用领域 薄膜电容 损耗低、阻抗 低、高耐压、高 频特性好 电容量小、易 老化体积相对 较大 0.3pF-1uF 应用于对损耗低、 高频特性好、耐电 压要求高的电路 伽垫、通讯、电气 化铁路、混合动力 /纯电动汽车、 照 明、家电、工业控 制以及新能源发电 薄膜电容具有寿命长、耐压高、频率响应广、温度特性好等特点，能承受反压、无酸污染并且可长时间存 贮。主要用于整流器、逆变器、变频器等变流电路领域，下游市场主要包括照明、家电、工业控制以及新 能源发电、汽车等。 资料来源： TDK，华西证券研究所 26 图 1：并网逆变器主电路 资料来源：单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究，华西证券研究所 薄膜电容在逆变器中主要充当滤波作用。逆变器在交流测为了提供更纯净的 50HZ交流电，通常会在负载端前加入滤 波电路。同时由于该电容容值不大，通常会选用薄膜电容。 薄膜电容因为其较长的使用寿命且耐压高，目前也逐渐在母线电容中被使用。但由于其容值较低，成本较高，所以 目前只是部分被使用。目前母线电容会将铝解电容与薄膜电容串并联混合使用，以起到逆变器寿命更长和抗纹波能 力更强的作用。 图 2： 商业 电容器的适用范围 资料来源：单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.5 薄膜电容：在逆变器中主要起到滤波的作用 27 图 1： 2013-2020年我国薄膜电容器行业市场规模及预测 资料来源：前瞻产业研究院，立鼎产业研究院，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.6 薄膜电容市场情况：市场集中度低，以海外厂商为主导 根据前瞻产业研究院数据， 2019年全球薄膜电容市场规模约为 158.6亿元，国内薄膜电容市场规模约为 90.4亿元，占 全球市场 57%。 2010年至 2019年，我国薄膜电容器行业市场规模年复合增长率为 13%，远高于全球薄膜电容器市场 8% 的复合增长率。随着光伏风电、新能源、工控等新兴应用领域高速崛起，我国薄膜电容市场再次进入增长期。 从全球来看，薄膜电容器市场竞争格局分散，主要供应商包括日本的松下、 Nichicon和 TDK，美国的 KEMET和 Vishay，以及国内的法拉电子。薄膜电容市场目前仍以海外厂商为主导，国内仅法拉一家规模较大。第一梯队厂商 为松下、 KEMET、法拉电子、 Nichicon、 TDK。 -10.00% -5.00% 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020E 薄膜电容行业市场规模（亿元） 增速 图 2： 2018年全球薄膜电容器企业市场份额 9% 8% 8% 8% 7% 5% 55% 松下 KEMET 法拉电子 Nichicon TDK-EPCOS Vishay 其他 28 图 1：不同类型薄膜电容竞争情况 资料来源：公开资料，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.7 薄膜电容：高端市场被海外厂商占据 高压大容量类薄膜电容器为高端产品，主要应用于新能源、工控等领域，其技术壁垒高、附加值高，核心技术均由 国际龙头企业掌握。该领域市场以日系、欧美厂商为主导，国内仅有法拉电子一家。我国制造技术较国际尖端企业 仍有较大差距，短期内难以进入高端市场。 中低压、低压类薄膜电容主要应用于电子器件、家电等领域，其发展程度较为成熟，制造技术普及程度高，市场竞 争激烈。中国企业在此领域有成本优势，该领域竞争格局呈中国与日本企业角逐的状况。 新能源、工控 日系、欧美厂商主导 电子器件、家电 中国、日系厂商竞争 附加值 低 高 薄膜电容器市场完全开放、充分竞争。而由于产品整体盈利能力较弱，众多厂商逐步退出传统领域，仅存少数几 家高端供应商，传统产品规模逐步缩小，释放一定的市场空间，竞争重点主要转向新能源、电网等电力电子电容 方向发展；国内市场上，大、中、小各类生产厂商并存，产品质量水平参差不齐，主要配套传统家电及照明市 场，市场竞争激烈，盈利能力不强。 高压类 中低压类 低压类 29 资料来源：松下官网，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.7 薄膜电容：高端市场被海外厂商占据 松下集团（ Panasonic）是全球性电子厂商，从事各种电器产品的生产、销售，也是全球领先的薄膜电容器厂商。据 立鼎产业研究中心估计，薄膜电容收入约占公司总收入的 0.4%。 2020年，公司整体销售额受新冠疫情以及日本住房 业务去整合的影响下滑严重。而得益于数据通信需求的扩大，公司电容器业务市场表现强劲。 图 1：松下薄膜电容产品 法拉电子市占率居全球第三，其进入市场时间较早，积累了丰富生产经验，技术水平比肩日本领先企业，同时具备 生产成本优势。法拉电子营业收入稳步增长， 2020年营收同比增长 12.5%，该增长得益于新基建与新能源的持续推 进。随着未来新能源行业的高速发展，法拉电子的营收将快速增长。 88.5% 9.6% 2.0% 薄膜电容器 变压器 其他 图 2：法拉电子营业收入 图 3：法拉电子主营构成 资料来源：法拉电子公司公告，华西证券研究所 电子设备用薄膜电容器 电气设备薄膜电容器 电动车和工业用 薄膜电容器 15.21 16.98 17.21 16.8 18.91 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2016 2017 2018 2019 2020 营业收入（亿元） 30 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.8 铝电解电容器与薄膜电容器对比 表 1：铝电解电容器与薄膜电容器对比 资料来源：火炬电子招股说明书，电子发烧友，华西证券研究所 铝电解电容器 薄膜电容器 电容量 1uF-100000uF（大） 0.3pF-1uF（小） 额定电压 6.3-450V（小） 6.3-1000V（大） 应用领域 工业、家电、照明 工控、光伏、风电领域 主要厂商 NCC、 Nichicon、 Rubycon、 艾华集团、 Panasonic、 江海股份 松下、 KEMET、法拉电子、 Nichicon、 TDK 市场空间 2019全球 市场规模 400.5亿元；国内 市场 规模 285亿元 2019年全球市场规模 158.6亿元；国内市场 规模 90.4亿元 竞争格局 竞争格局分散，海外厂商主导 市场竞争格局集中（ CR350%），日系厂商 主导 逆变器中的应用 场景 直流母线电容 直流母线电容、滤波 逆变器中使用的电容器有铝电解电容器和薄膜电容器，两者各具特点，应用领域有所差异，市场情况也有所不同。 31 图 1：绕线型与多层型功率电感 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.9 电感：在逆变器中主要起到滤波和升压的作用 资料来源： Murata Chip Inductor Catalog，华西证券研究所 电感主要分功率电感、去耦电感和高频电感三类。逆变器中主要使用的是功率电感，而功率电感中大部分都是绕线 电感，其可以提供大电流、高电感；多层功率电感的电感值、体积较小，多应用于手机等小型产品中。 升压电感 图 2：并网逆变器主电路 在逆变器中，电感主要被用于交流侧的滤波和直流侧的升压。特别是在分布式光伏和混动电动车中，由于输入电压 普遍相对不高，所以需要在逆变器前加升压模块，这也加大了对电感量的需求。 资料来源：单相并网逆变器母线电容纹波分析与抑制研究，华西证券研究所 32 图 1： 2018-2026年全球电感市场规模及预测 资料来源：中国电子元件行业协会 ， Mordor Intelligence，华西证券研究所 根据 ECIA数据， 2019年全球电感器市场规模为 46亿美元，中国电子元件行业协会预计，未来几年，全球电感器市场 规模年均增幅约 7.5%， 2026年将达 76亿美元。目前，电感元器件由三家日系厂商村田、 TDK、太阳诱电主导，合计市 场份额达 40%。大陆顺络电子的市占率居全球第五。 14% 13.50% 12.50% 8%7%4% 41% 村田 TDK 太阳诱电 奇力新 顺络电子 美磊 其他 图 2： 2019年全球电感器市场份额 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.10 电感市场主要以日系厂商占主导 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 市场规模（亿美元） 图 1：电感元件结构图 资料来源： TDK官网，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.11 磁芯是电感的关键材料，金属软磁材料受到重视 电感在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等 功能。电感一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯等组成。 骨架一般为塑料、胶木、陶瓷制成的支架；绕组是具有规定功能的一组线圈； 屏蔽罩能够减少电感器在工作时对其它电路及元器件的磁场影响； 封装材料一般采用塑料或环氧树脂等； 磁芯包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、硅钢片、坡莫合金等 磁芯是电感元件的核心部件。 以圆柱形线圈为例，其电感公式如下，可以看出电感的大小与线圈以及电感磁芯有 关。其中线圈可以通过改变匝数、横截面积、纵向长度来影响电感大小，而磁芯的磁导率是其固有属性，由其材料 特性决定。 资料来源：嵌入式专栏，华西证券研究所 图 2：圆柱形线圈电感公式 28 34 图 1：软磁材料分类 资料来源：新材料在线，铂科新材，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.11 磁芯是电感的关键材料，金属软磁材料受到重视 电感元件中的磁芯大都采用软磁材料。软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，易于磁化，也易于退 磁，其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输，其广泛应用于各种电能变换设备中。 软磁材料主要包括铁氧体软磁材料、金属软磁材料以及其他软磁材料。 软磁材料种类 简介 主要特点 铁氧体软磁材料 含有铁氧化物的一系列复合氧化物材料，包括锰锌铁氧体材 料、镍锌铁氧体材料等。饱和磁感应强度较低，但磁导率比 较高，而目电阻率很高因此高频使用时有利于降低祸流损耗 适合在高频下使用。 低饱和磁感应强度，高磁导 率，电阻率高，用于 高频。 饱和 磁通密度低，居里温度 低，低 功率使用 金 属 软 磁 材 料 传统金属软磁材 料（工业纯铁及 传统合金） 最早使用的软磁材料，包括纯铁、铁硅合金、铁硅铝合金等。 磁导率和饱和磁化强度较高，但电阻率低，高频下使用 涡流 损耗较高 。 高磁导率，高 饱和磁化强 度 ，电阻率低，涡流损耗 大， 适用于低频 非晶及纳米晶体 软磁材料 20世纪 70年代问世的新型材料，其采用超急冷凝固技术使合 金钢液到薄带材料一次成型，同时采用纳米技术，制成介于 巨观和微观之间的纳米态（ 10-20nm）的软磁物质。其特性 优异，被誉为 21世纪新型绿色节能材料。 高磁导率、高饱和磁感应强 度、低损耗、高电阻率、良 好温度特性和温度稳定性 等 优点 金属软磁粉芯 符合性能要求的金属或合金软磁粉末绝缘包覆并混合压制而 成的复合软磁材料。包括铁粉芯、铁硅磁粉芯、铁硅铝磁粉 芯、铁镍磁粉芯、坡莫合金磁粉芯等。具有比非晶纳米晶更 高的电阻，比铁氧体更高的饱和磁感应强度，在最近十几年 取得了相当大的进展。 高电阻，高饱和磁感应强度， 损耗低，频率稳定性好，使 用频率范围广 其他软磁材料 35 图 1：全球软磁材料市场规模及预测 资料来源 ： Research And Markets，华西证券研究所 2.电感、电容和开关是电源管理的核心元件 2.12 电感磁芯市场情况：全球市场稳定增长，高频低损是发展 方向 受益于光伏、家电、电子、通讯和汽车等各种终端用户行业的扩张，全球软磁材料市场将持续增长。据市场研究机 构 Research And Markets预测，全球软磁材料市场将从 2019年的 259亿美元增加到 2026年的 346亿美元，年复合增长 率为 4.2%。同时研究人员预测，