2022光伏重大挑戰(zhàn)之“缺芯”

逆變器企業(yè)依舊面臨缺芯局面。這將影響2022年全球光伏產(chǎn)業(yè)裝機數(shù)據(jù)。

近日，美商務(wù)部長吉娜·雷蒙多(Gina Raimondo)在接受美媒采訪時表示，如果中國大陸企業(yè)對俄羅斯提供芯片產(chǎn)品或代工服務(wù)，將被美方視為違反其單方面指定的所謂制裁措施。將切斷上述中國企業(yè)制造芯片所需的關(guān)鍵美國技術(shù)來源，并認為“這將對中國生產(chǎn)這些芯片的能力造成毀滅性的打擊”。

IGBT芯片的光伏應(yīng)用

不管雷蒙多的話最終會不會兌現(xiàn)，她的采訪中卻透露了一個關(guān)鍵信息：制造芯片的關(guān)鍵技術(shù)，仍然掌握在歐美巨頭企業(yè)手中。

何謂芯片?芯片的學(xué)名叫“半導(dǎo)體元件產(chǎn)品”，簡單理解，就是用半導(dǎo)體元件集成的電路來實現(xiàn)某種功能。幾十年時間，集成電路的外型尺寸不斷縮小，每個芯片可以封裝的電路越來越多，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，現(xiàn)代計算、交流、制造和交通系統(tǒng)，包括互聯(lián)網(wǎng)，全都依賴于集成電路的存在。作為將太陽能從直流電轉(zhuǎn)換成交流電的關(guān)鍵設(shè)備，光伏逆變器的生產(chǎn)，同樣離不開芯片。

用在逆變器中的芯片，主要有功率器件(模擬芯片)和IC芯片(邏輯芯片)兩種。其中的功率器件主要以IGBT為主，也有少量SiC的使用，Mosfet由于功率段偏低較少應(yīng)用在逆變器領(lǐng)域;IC芯片包括MCU(單片機)、DSP(數(shù)字信號處理)等。

所謂“IGBT”，是一種絕緣柵雙極型晶體管，是功率半導(dǎo)體的一種主流應(yīng)用。主要功能是將繁雜不一的電力，處理為終端產(chǎn)品所需的規(guī)格。具有變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制、節(jié)能等功效。小到家電、數(shù)碼產(chǎn)品，大到軌道交通、航空航天，以及清潔發(fā)電、新能源汽車、 智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，都能看到它的身影。

IGBT芯片用途廣泛，對它的需求量也特別大，但受困于極高的技術(shù)壁壘，特別是光刻機技術(shù)，芯片市場多年來一直被國際巨頭企業(yè)所壟斷。

高技術(shù)壁壘讓歐美巨頭壟斷芯片

芯片在成型之前，只是一塊十分普通的硅片，想要讓在硅片植入晶體管變成芯片，就必須要通過特殊的機器，也就是光刻機來進行雕刻。這里的雕刻不是指藝術(shù)品的雕刻技術(shù)，而是要通過光刻機對硅片的線路和功能區(qū)進行精細刻畫。這也是芯片生產(chǎn)中最難的部分。如果沒有先進的光刻機，就沒辦法推動高端芯片研發(fā)。

高端光刻機的制造困難在于它不是一個國家的技術(shù)，而是用整個西方最先進的工業(yè)體系在支撐。比如生產(chǎn)模具來自德國，其余的一些的元件則來自于美國、法國、英國、日本等多個科技巨頭。即使是在這么多國家合力的情況之下，光刻機的每一年的產(chǎn)量也是屈指可數(shù)。

因為一方面，光刻機想在每一環(huán)節(jié)都做到世界級的精度，幾乎是一個不可能完成的任務(wù);另一方面，歐美等國家為了保護他們的核心技術(shù)不外泄，制定了《瓦納森協(xié)議》，雖然這個協(xié)議由40多個國家共同制定，但是基本受美國掌控。

據(jù)興儲世紀科技有限公司總裁助理劉繼茂介紹，美國的功率器件一直處于世界領(lǐng)先地位，擁有一批Fairchild、Linear、IR、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 具有全球影響力的廠商;歐洲同樣擁有 Infineon、ST和 NXP 三家全球半導(dǎo)體大廠，產(chǎn)品線齊全，無論是功率 IC 還是功率分離器件都具有領(lǐng)先實力;日本功率器件廠商主要有富士Fuji、三菱Mitsubishi 、西門康semikron，東芝TOSHIBA 等，而中國大陸功率半導(dǎo)體市場占世界市場的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上，主要依賴進口。反應(yīng)在市場上，就是目前全球五強分別被德國的英飛凌、美國的安森美、意大利和法國公司合并的意法半導(dǎo)體、日本的三菱和東芝所占據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，這五家企業(yè)幾乎占據(jù)了全球市場份額的70%。其中英飛凌獨占38.5%的銷售額，超出第二至第四名總和7個百分點，具有絕對控制地位。

正因如此，去年4月9日，當(dāng)英飛凌、恩智浦、Microchip、意法半導(dǎo)體(ST)等53家芯片原廠發(fā)布漲價及調(diào)價聲明后，國內(nèi)的多家逆變器企業(yè)也只能被迫跟漲。

國產(chǎn)芯片的突破

為了盡快擺脫芯片核心部件受控的局面，在政府的支持下，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)近些年加大了相關(guān)技術(shù)的研究力度。比如，比亞迪已相繼掌握IGBT芯片設(shè)計和制造、模組設(shè)計和制造、大功率器件測試應(yīng)用平臺、電源及電控等環(huán)節(jié)，擁有IGBT完整產(chǎn)業(yè)鏈;上海微電子已成為封測龍頭企業(yè)的重要供應(yīng)商，在國內(nèi)市場占有率高達80%，全球市場占有率達40%。

在光伏應(yīng)用領(lǐng)域，斯達半導(dǎo)體針對高效率的應(yīng)用場景，研發(fā)第五代MPT IGBT芯片650V超快速系列，直接對標(biāo)英飛凌第五代H5650V，且已有樣品正在試用，對標(biāo)英飛凌第七代IGBT的產(chǎn)品也正在研發(fā)中。據(jù)悉該公司已進入華為光伏供應(yīng)鏈;而中車時代，已成為國際少數(shù)同時掌握大功率晶閘管、IGCT、IGBT及SiC器件及其組件技術(shù)的集成企業(yè)代表，擁有國內(nèi)首條、全球第二條8英寸IGBT芯片線。光伏和風(fēng)電領(lǐng)域已進入陽光電源、遠景能源、金風(fēng)科技等集團供應(yīng)鏈。

盡管如此，由于國產(chǎn)品牌導(dǎo)入需要時間，且大多不被國外企業(yè)所接受，在最重要的核心元器件，軟件控制算法、設(shè)計應(yīng)用軟件等方面，目前與國際先進水平的差距仍遠大于工控與車用，所以短期內(nèi)對于緩解芯片緊張并不能構(gòu)成實質(zhì)性的幫助。這也是從去年4月份延續(xù)至今，芯片危機仍然持續(xù)的主要原因，也是美國敢于用芯片技術(shù)卡中國企業(yè)脖子的原因。

中國逆變器企業(yè)芯片現(xiàn)狀

“目前我們的芯片、IGBT等元器件主要供應(yīng)商還是來自海外品牌，英飛凌、安森美、TI等，國產(chǎn)雖然有在導(dǎo)入，但效率值相對來說低于歐美甚至日系品牌，并且穩(wěn)定性還待驗證，尤其是海外市場對國產(chǎn)芯片還不太能接受。”固得威相關(guān)負責(zé)人表示，2022年以來，受之前國際大環(huán)境的影響，以及光伏行業(yè)的爆發(fā)對芯片需求大，芯片產(chǎn)能無法迅速擴產(chǎn)，短期之內(nèi)可能還是無法徹底解決，但固德威正在和芯片廠家積極溝通，通過簽訂戰(zhàn)略協(xié)議的形式鎖死芯片廠家的產(chǎn)能來保障芯片的庫存，目前的庫存正往積極利好的方向發(fā)展。

“今年持續(xù)缺芯，主要是功率器件，IGBT模塊，IGBT單管、碳化硅MOS\二極管，另外主控IC DSP及信號鏈IC任然緊缺，主要品牌涉及 Infineon/ON/ST/TI/Cree等。”另一家不愿透露姓名的逆變器生產(chǎn)企業(yè)表示。“缺芯會導(dǎo)致生產(chǎn)產(chǎn)出不暢，甚至減產(chǎn)，從我們實際情況看，公司仍然維持了高于同行的增長率，重點在于與核心半導(dǎo)體供應(yīng)商有良好的合作關(guān)系，有簽訂重要協(xié)議，另外我們在解決供貨方面，研發(fā)做了多個備份方案替代，現(xiàn)階段庫存充足。”

逆變器頭部企業(yè)之一錦浪科技在2月份發(fā)布的上一年度年報預(yù)公告中，同樣提到了缺芯問題。年報表示，錦浪科技2021 年業(yè)績預(yù)告低于預(yù)期，預(yù)計主要受芯片持續(xù)短缺、供應(yīng)鏈壓力加大影響。

為了保障供應(yīng)鏈，錦浪科技積極納入海外芯片供應(yīng)商，預(yù)計將于2022 年1-2 季度實現(xiàn)供貨;同時也在持續(xù)認證國內(nèi)芯片供應(yīng)商，有望在2022 年3-4 季度導(dǎo)入。多項并舉有望緩解上游原材料緊缺影響。此外，擬加大海運保障，進一步完善供應(yīng)鏈。

國產(chǎn)化替代需要時間但目前價格穩(wěn)定

盡管芯片緊缺，但逆變器產(chǎn)品的價格暫時還比較穩(wěn)定，上述不愿透露姓名的逆變器企業(yè)表示，目前戶用逆變器在2毛到3毛之間，工商業(yè)逆變器1毛6左右。逆變器在2021年已經(jīng)有2-3輪的漲價，漲價幅度在20%左右。近期沒有漲價計劃，后期要看原材料及芯片價格。

固德威相關(guān)負責(zé)人同樣表示，目前戶用工商業(yè)2毛-3毛左右，地面在1毛多，產(chǎn)品是否漲價，要根據(jù)近期金屬、芯片等大宗商品的價格而定。

缺芯問題持續(xù)已久，到底能夠何時徹底解決?“就我所知，目前國內(nèi)主流的廠家都在國產(chǎn)化導(dǎo)入，頭部企業(yè)像華為、陽光、固德威等，針對國內(nèi)市場的機型替換要稍微快一些，海外由于客戶對國產(chǎn)芯片的接受度的問題，比較緩慢。”固得威相關(guān)負責(zé)人表示，逆變器產(chǎn)品想要全部國產(chǎn)化替代，需要國產(chǎn)芯片的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換率等性能都能滿足市場的要求，路途任重而道遠，這并不是應(yīng)用端想多長時間替代就能決定的。

“國內(nèi)企業(yè)都有在做國產(chǎn)替代，在中低風(fēng)險器件上已將國產(chǎn)(頭部品牌)器件納入一定份額應(yīng)用。”上述不愿透露姓名的逆變器企業(yè)則認為，隨著時間推移，產(chǎn)業(yè)需求端增速下滑，供給端半導(dǎo)體產(chǎn)能擴充，國產(chǎn)替代預(yù)計在未來1-2年就能達到供需平衡，而芯片要實現(xiàn)全部國產(chǎn)化替代，要實現(xiàn)國內(nèi)技術(shù)突破，最少還要三五年以上。

國產(chǎn)化完全替代還需時日，但曙光就在前方。據(jù)了解，目前各大光伏逆變器企業(yè)都在針對特定的市場和機型，加大國產(chǎn)IGBT的使用力度，以確保芯片供應(yīng)鏈的安全;而“十四五”規(guī)劃中，也明確將IGBT列為未來重點攻關(guān)技術(shù)之一。在企業(yè)和政府的共同努力下，相信芯片行業(yè)的未來也必將像光伏行業(yè)一樣，從“三頭在外”到領(lǐng)先世界，擺脫企業(yè)卡脖子的局面!