2022光伏重大挑战之“缺芯”

近日，美商务部长吉娜·雷蒙多（Gina Raimondo）在接受美媒采访时表示，如果中国大陆企业对俄罗斯提供芯片产品或代工服务，将切断中芯国际、联想集团和小米等中国企业制造芯片所需的关键美国技术来源，并认为“这将对中国生产这些芯片的能力造成毁灭性的打击。”

IGBT芯片的光伏应用

不管雷蒙多的话最终会不会兑现，她的采访中却透露了一个关键信息：制造芯片的关键技术，仍然掌握在欧美巨头企业手中。

何谓芯片？芯片的学名叫“半导体元件产品”，简单理解，就是用半导体元件集成的电路来实现某种功能。几十年时间，集成电路的外型尺寸不断缩小，每个芯片可以封装的电路越来越多，应用的范围也越来越广泛，现代计算、交流、制造和交通系统，包括互联网，全都依赖于集成电路的存在。作为将太阳能从直流电转换成交流电的关键设备，光伏逆变器的生产，同样离不开芯片。

用在逆变器中的芯片，主要有功率器件（模拟芯片）和IC芯片（逻辑芯片）两种。其中的功率器件主要以IGBT为主，也有少量SiC的使用，Mosfet由于功率段偏低较少应用在逆变器领域；IC芯片包括MCU（单片机）、DSP（数字信号处理）等。

所谓“IGBT”，是一种绝缘栅双极型晶体管，是功率半导体的一种主流应用。主要功能是将繁杂不一的电力，处理为终端产品所需的规格。具有变频、整流、变压、功率放大、功率控制、节能等功效。小到家电、数码产品，大到轨道交通、航空航天，以及清洁发电、新能源汽车、 智能电网等战略性新兴产业，都能看到它的身影。

IGBT芯片用途广泛，对它的需求量也特别大，但受困于极高的技术壁垒，特别是光刻机技术，芯片市场多年来一直被国际巨头企业所垄断。

高技术壁垒让欧美巨头垄断芯片

芯片在成型之前，只是一块十分普通的硅片，想要让在硅片植入晶体管变成芯片，就必须要通过特殊的机器，也就是光刻机来进行雕刻。这里的雕刻不是指艺术品的雕刻技术，而是要通过光刻机对硅片的线路和功能区进行精细刻画。这也是芯片生产中最难的部分。如果没有先进的光刻机，就没办法推动高端芯片研发。

高端光刻机的制造困难在于它不是一个国家的技术，而是用整个西方最先进的工业体系在支撑。比如生产模具来自德国，其余的一些的元件则来自于美国、法国、英国、日本等多个科技巨头。即使是在这么多国家合力的情况之下，光刻机的每一年的产量也是屈指可数。

因为一方面，光刻机想在每一环节都做到世界级的精度，几乎是一个不可能完成的任务；另一方面，欧美等国家为了保护他们的核心技术不外泄，制定了《瓦纳森协议》，虽然这个协议由40多个国家共同制定，但是基本受美国掌控。

据兴储世纪科技有限公司总裁助理刘继茂介绍，美国的功率器件一直处于世界领先地位，拥有一批Fairchild、Linear、IR、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay 具有全球影响力的厂商；欧洲同样拥有 Infineon、ST和 NXP 三家全球半导体大厂，产品线齐全，无论是功率 IC 还是功率分离器件都具有领先实力；日本功率器件厂商主要有富士Fuji、三菱Mitsubishi 、西门康semikron，东芝TOSHIBA 等，而中国大陆功率半导体市场占世界市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，主要依赖进口。反应在市场上，就是目前全球五强分别被德国的英飞凌、美国的安森美、意大利和法国公司合并的意法半导体、日本的三菱和东芝所占据。据不完全统计，这五家企业几乎占据了全球市场份额的70%。其中英飞凌独占38.5%的销售额，超出第二至第四名总和7个百分点，具有绝对控制地位。

正因如此，去年4月9日，当英飞凌、恩智浦、Microchip、意法半导体(ST)等53家芯片原厂发布涨价及调价声明后，国内的多家逆变器企业也只能被迫跟涨。

国产芯片的突破

为了尽快摆脱芯片核心部件受控的局面，在政府的支持下，国内相关企业近些年加大了相关技术的研究力度。比如，比亚迪已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节，拥有IGBT完整产业链；上海微电子已成为封测龙头企业的重要供应商，在国内市场占有率高达80%，全球市场占有率达40%。

在光伏应用领域，斯达半导体针对高效率的应用场景，研发第五代MPT IGBT芯片650V超快速系列，直接对标英飞凌第五代H5650V，且已有样品正在试用，对标英飞凌第七代IGBT的产品也正在研发中。据悉该公司已进入华为光伏供应链；而中车时代，已成为国际少数同时掌握大功率晶闸管、IGCT、IGBT及SiC器件及其组件技术的集成企业代表，拥有国内首条、全球第二条8英寸IGBT芯片线。光伏和风电领域已进入阳光电源、远景能源、金风科技等集团供应链。

尽管如此，由于国产品牌导入需要时间，且大多不被国外企业所接受，在最重要的核心元器件，软件控制算法、设计应用软件等方面，目前与国际先进水平的差距仍远大于工控与车用，所以短期内对于缓解芯片紧张并不能构成实质性的帮助。这也是从去年4月份延续至今，芯片危机仍然持续的主要原因，也是美国敢于用芯片技术卡中国企业脖子的原因。

中国逆变器企业芯片现状 

“目前我们的芯片、IGBT等元器件主要供应商还是来自海外品牌，英飞凌、安森美、TI等，国产虽然有在导入，但效率值相对来说低于欧美甚至日系品牌，并且稳定性还待验证，尤其是海外市场对国产芯片还不太能接受。”固得威相关负责人表示，2022年以来，受之前国际大环境的影响，以及光伏行业的爆发对芯片需求大，芯片产能无法迅速扩产，短期之内可能还是无法彻底解决，但固德威正在和芯片厂家积极沟通，通过签订战略协议的形式锁死芯片厂家的产能来保障芯片的库存，目前的库存正往积极利好的方向发展。

“今年持续缺芯，主要是功率器件，IGBT模块，IGBT单管、碳化硅MOS\二极管，另外主控IC DSP及信号链IC任然紧缺，主要品牌涉及 Infineon/ON/ST/TI/Cree等。”另一家不愿透露姓名的逆变器生产企业表示，’“缺芯会导致生产产出不畅，甚至减产，从我们实际情况看，公司仍然维持了高于同行的增长率，重点在于与核心半导体供应商有良好的合作关系，有签订重要协议，另外我们在解决供货方面，研发做了多个备份方案/替代，现阶段库存充足。”

逆变器头部企业之一锦浪科技在2月份发布的上一年度年报预公告中，同样提到了缺芯问题。年报表示，锦浪科技2021 年业绩预告低于预期，预计主要受芯片持续短缺、供应链压力加大影响。

为了保障供应链，锦浪科技积极纳入海外芯片供应商，预计将于2022 年1-2 季度实现供货；同时也在持续认证国内芯片供应商，有望在2022 年3-4 季度导入。多项并举有望缓解上游原材料紧缺影响。此外，拟加大海运保障，进一步完善供应链。

国产化替代需要时间但目前价格稳定

尽管芯片紧缺，但逆变器产品的价格暂时还比较稳定，上述不愿透露姓名的逆变器企业表示，目前户用逆变器在2毛到3毛之间，工商业逆变器1毛6左右。逆变器在2021年已经有2-3轮的涨价，涨价幅度在20%左右。近期没有涨价计划，后期要看原材料及芯片价格。

固德威相关负责人同样表示，目前户用工商业2毛-3毛左右，地面在1毛多，产品是否涨价，要根据近期金属、芯片等大宗商品的价格而定。

缺芯问题持续已久，到底能够何时彻底解决？“就我所知，目前国内主流的厂家都在国产化导入，头部企业像华为、阳光、固德威等，针对国内市场的机型替换要稍微快一些，海外由于客户对国产芯片的接受度的问题，比较缓慢。”固得威相关负责人表示，逆变器产品想要

全部国产化替代，需要国产芯片的稳定性、转换率等性能都能满足市场的要求，路途任重而道远，这并不是应用端想多长时间替代就能决定的。

“国内企业都有在做国产替代，在中低风险器件上已将国产（头部品牌）器件纳入一定份额应用。”上述不愿透露姓名的逆变器企业则认为，随着时间推移，产业需求端增速下滑，供给端半导体产能扩充，国产替代预计在未来1-2年就能达到供需平衡，而芯片要实现全部国产化替代，要实现国内技术突破，最少还要三五年以上。

国产化完全替代还需时日，但曙光就在前方。据了解，目前各大光伏逆变器企业都在针对特定的市场和机型，加大国产IGBT的使用力度，以确保芯片供应链的安全；而“十四五”规划中，也明确将IGBT列为未来重点攻关技术之一。在企业和政府的共同努力下，相信芯片行业的未来也必将像光伏行业一样，从“三头在外”到领先世界，彻底摆脱海外企业卡脖子的局面！