充電樁行業(yè)市場分析

充電樁行業(yè)市場分析1.充電樁行業(yè)趨勢：高壓快充大勢所趨充電時長成電動汽車痛點之一，提高充電速度迫在眉睫根據(jù)麥肯錫發(fā)布的《2023麥肯錫中國汽車消費者洞察》，電動汽車消費者最關注的問題就是續(xù)航里程與充電時間，高達56%的受訪者都認為此非常重要，遠大于第二、第三關注因素的動態(tài)體驗（48%）和用車成本（46%）。基于此，提高充電樁的充電速度迫在眉睫。高壓大功率比大電流方案更有效率基于“電池充電電量=充電功率x時間”的充電原理，我們可知充電功率越大，充電時間越短。根據(jù)P=UI（功率=電壓x電流），實現(xiàn)大功率充電可以通過增大充電電流和提高電壓兩種方式：增大充電電流：即提高單體電芯的最大充電電流，需要對電芯的材料體系和結構進行升級，降低電池在快充過程中產(chǎn)熱和析鋰，避免引起熱失控等安全問題。以特斯拉Mode13為代表，最大充電電流可達到700A,可實現(xiàn)31分鐘充80%的電量1。提高電池系統(tǒng)電壓：以保時捷為代表，電壓平臺從400V提升至800V,最大電流僅為334A的情況下，實現(xiàn)22.5分鐘從5%充電至80%的電量2。由于增大電流會使得能量損失嚴重，轉化效率低，且對熱管理系統(tǒng)造成較大負擔，因此高壓大功率更有效率。車企不斷提升車輛電壓平臺，高壓快充將成未來趨勢在電動推廣初期，消費者對電動汽車充電速度關注不多，電動汽車補能方式以慢充為主，直流充電的電壓/電流普遍在350V/125A以下。隨著電動汽車快速上量，原有補能效率已不能滿足用戶需求。2015年發(fā)布的GB/T20234.3《電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分直流充電接口要求》，將直流充電接口電流從原來的125A提升至上限250A,以滿足電池容量增加帶來的充電功率增加。隨后車企主要通過提升車輛電壓平臺，來實現(xiàn)基于250A電流下的快充。電壓平臺由350V逐步向450V、750V演進，實現(xiàn)充電倍率1-2C。當前部分車企通過提升電流到500A來實現(xiàn)3-4C的快充。隨著耐高壓、低損耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入應用，950V左右的的電壓平臺逐步被車企提上日程，并將成為未來3-5年的重要趨勢。950V/500A的高壓快充樁可達480kW的充電功率，實現(xiàn)5min左右的快速補能，真正實現(xiàn)“充電像加油一樣快捷”。國家有關部門已將1000V納入乘用車大功率快充充電接口標準中，以適應未來“千伏”高壓平臺的落地。主流車企紛紛布局高壓快充車型2020年保時捷首次推出支持800V高壓快充的Tycan后，全球車企加快研發(fā)高壓快充車型，補電時間向10min以內(nèi)邁進。廣汽、小鵬、北汽、東風、長安等均已推出基于800V及以上高壓平臺的高端車，且快充性能可以達到“充電10min續(xù)航增加200km左右”。例如廣汽埃安在2021年4月發(fā)布的6C超快充系統(tǒng)，最大電壓達800V，最大電流大于500A，只需8min即可完成0%-80%SOC的充電。目前800V高壓平臺車型已經(jīng)成為當前頭部車企布局的主力，據(jù)我國主要車企規(guī)劃2002年逐步量產(chǎn)，2023年滿足3C以上高壓快充的高端車型將密集上市，2025年主流車型均將支持高壓快充。根據(jù)華為發(fā)布的《高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2023-2025》預測，預計到2026年底，支持高壓快充車型的市場保有量將達1300萬輛以上。為適應高壓快充車型，高壓快充樁不斷布局根據(jù)華為測算，要實現(xiàn)5min以內(nèi)快充，充電樁功率須向480kw演進。為適應未來大功率高壓快充發(fā)展趨勢，主流車企及充電運營商已經(jīng)開始布局大功率快充樁。如：國網(wǎng)快充樁招標中，80kw充電樁占比已從2020年的63%下降至2022年的37%，而160kw和240kw分別從35%和1%上升至57%和4%，并已開始布局480kW的大功率快充樁，此外廣汽埃安的A480超級充電樁最大充電功率亦是達到480kW。2.碳化硅為高壓快充樁發(fā)展帶來新機遇碳化硅作為第三代半導體材料前景廣闊半導體材料的發(fā)展歷程可分為三代，首先是以硅、鍺為代表的第一代半導體，發(fā)展最成熟，應用相對廣泛，主要應用于低壓、低頻、中低功率晶體管領域；其次是以GaAs、InP等化合物為代表的第二代半導體材料，一般應用于微波通訊、光通訊等特色芯片領域；最新誕生的第三代半導體材料，以SiC、GaN等化合物為代表，由于材料具有禁帶寬度大、電子遷移率高、擊穿電壓高、導熱率高等特性，適合應用在高壓，高頻、高溫、抗輻照等領域，在軌道交通，新能源汽車，特高壓輸電、大功率電源及電驅(qū)應用領域中具有廣闊的應用前景。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈以襯底制造為核心碳化硅的產(chǎn)業(yè)鏈從上游的襯底和外延，到中游的器件和模塊制造(包括器件設計、制造和封測等)，最后是下游的終端應用。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈價值量倒掛，關鍵部分主要集中在上游端，其中襯底生產(chǎn)成本占總成本的47%，外延環(huán)節(jié)成本占23%，合計上游成本占到碳化硅生產(chǎn)鏈總成本的約70%5。其中襯底制造技術壁壘最高、價值量最大，既決定了上游原材料制備的方式及相關參數(shù)，同時也決定著下游器件的性能，是未來碳化硅大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推進的核心。碳化硅襯底根據(jù)技術路徑不同，應用于不同領域半絕緣型：碳化硅的耐熱性和導熱性都較好，可以彌補氮化鎵器件耐熱性較差的缺點。因此業(yè)界采取半絕緣型碳化硅做襯底，在襯底上生長氮化鎵外延層，制得碳化硅基氮化鎵外延片后進一步制成半絕緣型碳化硅基射頻器件，主要用于5G通信、車載通信、國防應用、數(shù)據(jù)傳輸、航空航天等領域。導電型：通過在導電型襯底上生長碳化硅外延層，得到碳化硅外延片后進一步加工制成導電型碳化硅功率器件，品種包括造肖特基二極管、MOSFET、IGBT等。導電型碳化硅功率器件具備耐高壓、耐高溫、低能量損耗等性能優(yōu)勢，主要用于電動汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、數(shù)據(jù)中心、充電等基礎建設。碳化硅對比傳統(tǒng)硅材料優(yōu)勢突出碳化硅半導體開關的禁帶寬度是普通硅質(zhì)開關器件的3倍左右，臨界擊穿電場強度更是高達硅質(zhì)半導體開關的10倍以上，因此所，支持功率電子電路在遠超100V/ns和10A/ns的電壓和電流擺率下工作。能承受的峰值電壓更高，輸出功率更大。降低導通電阻，是降低器件損耗的必要條件。對于高壓硅基功率器件來說，為了維持比較高的擊穿電壓，一般需要使用較低摻雜率以及比較寬的漂移區(qū)，因此漂移區(qū)電阻在總電阻中占比較大。而碳化硅材料高臨界電場強度的特性意味著，單位面積下碳化硅器件的導通電阻更低，即相同電壓等級下，碳化硅半導體開關需要的漂移區(qū)厚度比硅質(zhì)半導體開關器件更薄，使得功率模塊整體尺寸更小，從而能夠極大提高整個模塊的功率密度。碳化硅引入充電樁，快速充電再升級充電模塊是充電樁的核心零部件，約占充電樁總成本的50%；其中，半導體功率器件又占到充電模塊成本的30%，即半導體功率模塊約占充電樁成本15%。在高壓快充的趨勢下，碳化硅器件的運用能有效解決充電樁設備目前亟需采用更耐高壓、耐高溫、安全的新型器件的痛點，降本增效實現(xiàn)電動車快速充電。從效率角度來看，SiCMOSFET和二極管產(chǎn)品依賴其耐高壓、耐高溫、開關頻率快的特性，可以很好地用于充電樁模塊。與傳統(tǒng)硅基器件相比，碳化硅模塊可以增加充電樁近30%的輸出功率，并且減少損耗高達50%左右。同時，碳化硅器件的抗輻射特性還能夠增強充電樁的穩(wěn)定性。從成本角度來看：碳化硅的優(yōu)秀特性能夠有效提高單位功率密度，減小模塊體積并簡化電路設計，對降低充電樁產(chǎn)品成本起到至關重要的作用。3.碳化硅在其他電力設備中亦被廣泛運用碳化硅亦被廣泛運用在其他電力設備中中國碳化硅功率器件應用市場規(guī)模飛速增長，從2017年的18.5億元增長至2021年的71.1億元，CARG達40.01%。鑒于碳化硅材料在高電壓下的優(yōu)良性能，碳化硅材料在新能源汽車、光伏逆變器等產(chǎn)業(yè)都有極為理想的應用前景。截至2021年碳化硅器件在新能源汽車/消費類電源/光伏逆變器/機車牽引/風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應用占比分別為40%/19%/15.50%/12.00%/6.50%8。未來隨著新能源汽車以及光伏產(chǎn)業(yè)高壓驅(qū)動，碳化硅器件市場規(guī)模還有巨大成長空間，在電力設備行業(yè)中將有更大的應用。新能源車：“千伏”電驅(qū)動直流電壓平臺，運用SiC成趨勢鑒于SiC的性能等各方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)材料，國內(nèi)外知名零部件及整車企業(yè)均在積極推動碳化硅器件的應用。其中，特斯拉是全球第一家將SiCMOSFET應用于乘用車主逆變器的廠商。隨后國內(nèi)廠商迅速跟進，比亞迪在漢EV上搭載了自主研發(fā)的SiC功率模塊，東風嵐圖亦于2019年發(fā)布基于SiC的800V高壓平臺。此外，頭部零部件企業(yè)德爾福等均已發(fā)布基于SiC的800V高壓逆變器或電驅(qū)動系統(tǒng)。從車規(guī)器件層面來看，1200V的SiCMOS已成為當前應用主力。從SiC模塊來看，1200V的SiC模塊已成為當前的主流成熟產(chǎn)品，可以較好滿足800V電壓平臺的批量應用。但目前碳化硅基功率器件市占率僅約5%，行業(yè)仍處于發(fā)展的早期，相關技術選型、工藝路線、客戶綁定以及電動車格局等遠未定型，也給國內(nèi)企業(yè)留下了足夠的空間和時間。光伏：逆變器布局SiC優(yōu)勢突出，市場滲透率不斷增加光伏裝機快速增加，驅(qū)動逆變器需求增長。據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2022年全球光伏新增裝機230GW，同比增長35.3%，預計2023年全球新增光伏裝機量將達到280-330GW，逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵組件之一，光伏行業(yè)的高速增長也必然會推動逆變器的需求大幅增加。光伏行業(yè)趨勢明確，逆變器應用碳化硅優(yōu)勢突出。隨著光伏行業(yè)邁入“后1500V”以及“20A大電流”時代，要建成更大組串，進一步降低成本，需要降低組件工作電壓和提高電站的電壓等級，采用SiC后，光伏逆變器系統(tǒng)轉化效率可從96%提升到99%以上，能量損耗降低30%以上，功率密度增加50%，能顯著提高循環(huán)設備的使用壽命，降低系統(tǒng)的體積，節(jié)約系統(tǒng)成本10%。多家逆變器企業(yè)布局SiC，市場滲透率不斷增加?；谔蓟璧膬?yōu)良性能，多家光伏逆變器企業(yè)布局SiC領域，跨國企業(yè)英飛凌、安森美、富士電機等已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?，國內(nèi)企業(yè)陽光電源推出第一款采用SiCMOSFET器件的光伏逆變器，于2017年規(guī)?；瘧?。CASAResearch數(shù)據(jù)顯示，2020年碳化硅功率器件在光伏逆變器的滲透率為10%，仍處于低位，隨著光伏電壓等級的提升，碳化硅光伏逆變器的滲透率將不斷提高，預計2048年將達到85%。4.投資分析盛弘股份：應用碳化硅技術，引領電能質(zhì)量新時代聚焦充電模塊核心技術，領先電能質(zhì)量領域。盛弘股份以電能質(zhì)量設備起家，逐步拓展儲能、充電樁、電池化成領域，始終堅持技術革新以及產(chǎn)品優(yōu)化，引領行業(yè)產(chǎn)品向“高端化、智能化”發(fā)展。公司業(yè)務主要聚焦于工業(yè)配套電源、新能源電能變換設備、電動汽車充電設備、電池檢測及化成設備，目前近60萬套充電模塊及6萬套充電樁在線運行，產(chǎn)品覆蓋全球50多個國家及地區(qū)。公司電能質(zhì)量產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋諧波治理、無功補償、地鐵儲能、電壓暫降、保障用電安全的工業(yè)UPS等領域。布局大功率超充，引領充電“分鐘級”時代。2022年8月，盛弘股份推出40KWSiC高效充電模塊，顯著降低電源損耗，提高開關頻率、延長樁的使用壽命；2022年11月，盛弘股份堅持高效“智”造，推出50kW直流充電模塊，最高效率超過97%，是目前行業(yè)內(nèi)實測效率最高的一款50kW模塊；2023年2月，盛弘股份持續(xù)聚焦碳化硅產(chǎn)品創(chuàng)新，發(fā)布APF碳化硅P5系列；2023年6月，盛弘股份宣布與Wolfspeed合作，攜手開發(fā)新碳化硅產(chǎn)品。英杰電氣：新能源業(yè)務拓展迅速，電源引入碳化硅新工藝主營工業(yè)電源構建平臺優(yōu)勢，新能源業(yè)務發(fā)展迅猛。公司作為國內(nèi)綜合性工業(yè)電源研發(fā)及制造領域具有較強實力和競爭力的企業(yè)之一，專注于電力電子技術在工業(yè)各領域的應用，主要從事以功率控制電源、特種電源為代表的工業(yè)電源設備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。在綠色經(jīng)濟趨勢下，公司基于自身工業(yè)電源技術的平臺優(yōu)勢，擴展了新能源汽車充電樁電源模塊及充電樁/站研發(fā)及制造業(yè)務，并自主設計開發(fā)了一系列滿足不同功率需求的電動汽車充電設備。亮相上海光伏展，新工藝引入碳化硅器件。公司攜前沿電源系統(tǒng)解決方案亮相上海于2023年5月24-26日舉行的“SNEC第十六屆(2023)國際太陽能光伏與智慧能源(上海)大會暨展覽會”向外界展出了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈一體化電源解決方案，其中應用的高性能射頻電源，結合了第三代半導體碳化硅做功率器件，其轉換效率優(yōu)異,能夠最大程度保證薄膜沉積的均勻性和一致性。舉辦碳化硅應用研討會，促進產(chǎn)學結合。2023年6月，公司與蓉矽半導體等企業(yè)以及來自四川大學、電子科技大學和西南交通大學等高校的科技工作者，共同舉辦“碳化硅應用研討會”，就碳化硅器件的機理、與硅基器件相比較的優(yōu)劣勢、制造和應用中的難題和未來的而發(fā)展方向展開了探討，并為下一步產(chǎn)學結合，共克難關達成了一定的共識?？剖窟_：新產(chǎn)品碳化硅應用已落實，加速籌備技術研發(fā)深耕能源行業(yè)，技術市場雙驅(qū)動。公司深耕數(shù)據(jù)中心、光伏新能源、電動汽車充電、儲能等領域，已經(jīng)成為行業(yè)領先的智能網(wǎng)