碳化硅器件市场规模持续扩大

一、碳化硅功率器件应用场景广泛

碳化硅功率器件性能优异，应用场景广泛。功率器件用于实现对电能的处理、转换和控制。现有的功率器件大多基于硅材料，其能效和性能已逐渐接近极限。相比之下，碳化硅功率器件能有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求，且经过30年的研究开发，碳化硅衬底和功率器件制造技术在近年逐步成熟，广泛应用于智能电网、新能源汽车、轨道交通、可再生能源开发、工业电机、数据中心、家用电器、移动电子设备等方面。

图表：碳化硅功率器件在下游的应用领域

资料来源：中研普华产业研究院整理

根据中研普华产业研究院撰写的《2024-2029年中国SiC和GaN功率器件行业市场环境与投资分析报告》显示：

碳化硅器件主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、数据中心、充电等领域。未来随着碳化硅器件在新能源汽车、能源、工业、通讯等领域渗透率提升，碳化硅器件市场规模有望持续扩大，其中新能源车和光伏下游为主要驱动因素。

二、电动汽车用SIC市场

碳化硅在电动汽车领域主要用于：主驱逆变器、车载充电系统(OBC)、电源转换系统(车载DC/DC)和非车载充电桩。

逆变器是一种将直流信号转化为高压交流电的装置，由于输出电压和输出频率可以任意控制，所以被广泛用于控制交流电机和无刷电机的转速，是新能源发电、不间断电源、电动汽车、轨道交通、白色家电、电力配送等领域重要的功率转换装置。虽然当前碳化硅器件单车价格高于Si IGBT，但上述优势可降低整车系统成本。2018年特斯拉在Model3中首次将Si IGBT替换为SiC器件，汽车逆变器效率大幅提升，当前越来越多的车厂如比亚迪、蔚来、小鹏、保时捷等正在转向在电驱中使用碳化硅MOSFET器件。

车载充电系统(OBC)可将电网中的交流电转换为直流电对电池进行充电，实现为电动汽车的高压直流电池组充电的功能，是决定充电功率和效率的关键器件。碳化硅MOSFET相比Si基器件能提升约50%的系统功率密度，从而能减少OBC的重量和体积，并节省磁感器件和驱动器件成本。

电源转换系统(DC/DC)是转变输入电压并有效输出固定电压的电压转换器，可将动力电池输出的高压直流电转换为低压直流电，主要给车内动力转向、水泵、车灯、空调等低压用电系统供电。未来随着电动汽车电池电压升至800V高压平台，1200V的SiC MOSFET有望被广泛应用于DC-DC转换器中。

高压充电桩能有效解决充电速度和里程焦虑的问题，带来对SiC器件需求的增加。当前我国的车桩比难以匹配需求，车载充电及充电桩效率仍待提高，因此越来越多的整车厂布局800V高压平台。800V高压系统通常指整车高压电气系统电压范围达到550—930V的系统，相较于600V平台，在同等充电功率下，工作电流更小，节省线束体积，降低电路内阻损耗，提高充电效率和安全率;在同等电流的情况下，800V平台可大幅提升总功率，显著提高充电速度，已成为快速直流电充电的新解决方案。对于直流快速充电桩来说，充电电压升级至800V会带来充电桩中的SiC功率器件需求大增。与MOSFET/IGBT单管设计的15-30kW相比，SiC模块可将充电模块功率提高至60kW以上，且和硅基功率器件相比，SiC功率器件可以大幅降低模块数量，具有小体积优势。

2022年新能源汽车市场爆发带动车用SiC、GaN突破68.5亿元，预计到2026年将增长至245亿元，年复合增长率达到37.5%;2022年国内新能源汽车市场需求量25万片6英寸，预计2026年接近100万片。800V高压平台将在2022年至2023年快速上量，加速SiC在车用领域的渗透。

图表：国内电动汽车市场SiC、GaN功率市场规模及晶圆需求规模

数据来源：CASA Research，中研普华产业研究院整理

三、光伏用SiC市场

光伏发电是当前利用可再生能源的重要形式，通过光伏逆变器将太阳能电池阵列的直流电转换为交流电，以直接消耗或通过电网传输。使用Si基器件的传统逆变器会带来较大的系统能量损耗，而碳化硅的宽带隙、高热导率、高击穿电压和低导通电阻使其能在更高的电压及频率下切换，散热能力更佳，拥有更好的开关效率和热量累计。使用碳化硅功率器件的光伏逆变器可将系统转换效率从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍。

光伏方面，未来光伏设备的技术发展趋势是提高功率，减小体积与质量和提高稳定性。光伏逆变器是保障光伏发电系统高效、经济和稳定运行的重要一环。低阻抗、适应高频高压环境工作SiC材料将在光伏发电领域有巨大潜力。

欲了解更多行业的市场数据及未来行业投资前景，请点击查看中研普华产业研究院报告《2024-2029年中国SiC和GaN功率器件行业市场环境与投资分析报告》。