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从高压快充看碳化硅在电力设备中的运用充电桩行业报告长城证券产业金融研究院分析师于夕朦执业证书编号S1070520030003 联系人于振洋执业证书编号S1070122080010 联系人张靖苗执业证书编号S1070122050026 证券研究报告评级（强于大市）时间2023年08月21日摘要 ◼ 充电桩行业趋势高压快充大势所趋，充电设备的高效性和安全性亟待升级。充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。高电压和大电流可缩短电池充电时间，但高压大功率比大电流方案更有效率。目前，主流车企纷纷布局高压快充车型， 2026年预计800V以上高压车型销量将过半。但我国适配高压快充的高压充电桩数量不足，为适应未来大功率高压快充发展趋势，主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。但高压快充对充电桩的高效性和安全性都提出了更高的要求，在设备方面亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件。 ◼ 碳化硅对比传统硅材料优势突出，为高压快充桩发展带来新机遇。 ➢ 半导体材料已发展至第三代，碳化硅作为第三代半导体材料优势突出，具有禁带宽度大、电子迁移率高、击穿电压高、导热率高等特性。在高压快充的趋势下，碳化硅器件的运用能有效解决充电桩设备目前亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件的痛点，降本增效实现电动车快速充电。具体从效率角度看，与传统硅基器件相比，碳化硅模块可以增加充电桩近30的输出功率，并且减少损耗高达50左右。同时，碳化硅器件的抗辐射特性还能够增强充电桩的稳定性。从成本角度看，碳化硅能够有效提高单位功率密度，减小模块体积并简化电路设计，对降低充电桩产品成本起到重要作用。 ➢ 但目前，在充电桩市场里SiC尚处于导入阶段，2021年碳化硅在直流充电桩的充电模块渗透率仅17。在高压快充的大背景下，“SiC”“800V”组合逐步成为新能源车企和充电桩桩企的布局热点，预期未来随着成本的降低，SiC在充电桩市场的渗透率将进一步提升，并快于整车市场，预计到2025年中国充电桩行业的SiC渗透率可达35。预计2025年中国碳化硅直流整桩规模将近200亿。此外，以盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、英可瑞、易事特、优优绿能、华为为代表的众多充电桩制造企业、新能源车企及电力设备企业已将碳化硅运用到产品当中，率先发力的企业有望抢占市场先机。 nMzQoMpPyRnOqPqQrOtQnP6MbP9PsQoOsQpMeRpPxPeRsQoMaQrQsPuOpOtQvPpPrR 摘要（续） ◼ 碳化硅在其他电力设备中亦被广泛运用。中国碳化硅功率器件应用市场规模飞速增长，从2017年的18.5亿元增长至2021年的71.1亿元， CARG达40.01。鉴于碳化硅材料在高电压下的优良性能，碳化硅材料在新能源汽车、光伏逆变器等产业都有极为理想的应用前景。截至2021年碳化硅器件在新能源汽车/消费类电源/光伏逆变器/机车牵引/风力发电产业的应用占比分别为40/19/15.50/12.00/6.50。未来随着新能源汽车以及光伏产业高压驱动，碳化硅器件市场规模还有巨大成长空间，在电力设备行业中将有更大的应用。预计碳化硅功率器件在光伏逆变器的渗透率将从2020年的10增长至2048年的85。 ◼ 投资建议在高压快充的大背景下，产业链相关公司不断加大研发力度、确保先进技术能紧跟行业趋势和需求，并根据市场和客户实际情况，将碳化硅方案等先进技术实际应用于充电模块等充电设备中，这已成充电桩设备制造企业破局的关键。我们看好充电桩广阔的市场需求以及高压快充趋势下带来的新一轮广阔前景。此外，对于碳化硅产业链上游衬底等材料生产领先企业及下游应用中积极运用碳化硅等方案进行技术革新的企业，我们亦推荐关注。个股方面，我们建议持续关注盛弘股份、英杰电气、许继电气、科士达、易事特、天岳先进、露笑科技、均胜电子。 ◼ 风险提示新能源车景气度下滑，充电桩利用率不及预期，充电桩市场竞争加剧，技术更迭风险。 1.充电桩行业趋势高压快充大势所趋 1.1 充电时长成电动汽车痛点之一，提高充电速度迫在眉睫资料来源2023麦肯锡中国汽车消费者洞察,长城证券产业金融研究院图影响电动汽车消费者的关键因素 www.cgws.com | 5 ◼ 充电时长成影响用车体验的关键因素，提高充电速度迫在眉睫。根据麦肯锡发布的2023麦肯锡中国汽车消费者洞察，电动汽车消费者最关注的问题就是续航里程与充电时间，高达56的受访者都认为此非常重要，远大于第二、第三关注因素的动态体验（48）和用车成本（46）。基于此，提高充电桩的充电速度迫在眉睫。 0 10 20 30 40 50 60 零售体验车辆残值碰撞安全性智能功能（如自动驾驶、智能网联）售后服务质量充电支持静态体验（如内饰、空间等）我信赖该品牌先进的电池技术用车成本（如电耗、保养等）动态体验（如转向、底盘等）续航里程与充电时间占比资料来源Enabling Fast Charging A Technology Gap Assessment，智库，长城证券产业金融研究院表高压直流快充和大电流直流快充对比 ◼ 高电压和大电流可缩短电池充电时间，高压大功率比大电流方案更有效率。基于“电池充电电量充电功率x时间”的充电原理，我们可知充电功率越大，充电时间越短。根据PUI （功率电压x电流），实现大功率充电可以通过增大充电电流和提高电压两种方式 ➢ 增大充电电流即提高单体电芯的最大充电电流，需要对电芯的材料体系和结构进行升级，降低电池在快充过程中产热和析锂，避免引起热失控等安全问题。以特斯拉Mode13为代表，最大充电电流可达到700A,可实现31分钟充80的电量1。 ➢ 提高电池系统电压以保时捷为代表，电压平台从400V提升至800V,最大电流仅为334A的情况下，实现 22.5分钟从5充电至80的电量2。由于增大电流会使得能量损失严重，转化效率低，且对热管理系统造成较大负担，因此高压大功率更有效率。 www.cgws.com | 6 1.2 高压大功率比大电流方案更有效率高压直流快充大电流直流快充充电方式串联充电并联充电常见类型 400v、800v 150A-600A 优势 1.安全性较高；2.串联充电结构简单；3.成本低；4.可以有效降低系统热损耗，提升续航里程；5.可以有效提高电池放电倍率，有助于提升电动车动力性能现有充电平台兼容性高，改造工期短，仅需改变电池载体即可电阻随并联电池数量的增加而递减，有助于可供电时间的延长劣势 1.对于电芯一致性要求较高；2.现有充电平台改造周期较长 1.能量损失严重，转化效率低；2.线缆粗细会限制大电流模式的上限；3.热管理系统造成较大负担 1.来源icspec，“小米300W快充技术新突破，新能源车赛道能借力吗” 2.来源软件赋能汽车，“初探保时捷Taycan整车架构” 资料来源华为高压快充产业发展报告2023-2025，长城证券产业金融研究院图高压快充是必然趋势 ◼ 车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势。 ➢ 在电动推广初期，消费者对电动汽车充电速度关注不多，电动汽车补能方式以慢充为主，直流充电的电压/电流普遍在350V/125A以下。随着电动汽车快速上量，原有补能效率已不能满足用户需求。 ➢ 2015年发布的GB/T20234.3电动汽车传导充电用连接装置第3部分直流充电接口要求，将直流充电接口电流从原来的125A提升至上限250A,以满足电池容量增加带来的充电功率增加。 ➢ 随后车企主要通过提升车辆电压平台，来实现基于250A电流下的快充。电压平台由350V逐步向450V、 750V演进，实现充电倍率1-2C。当前部分车企通过提升电流到500A来实现3-4C的快充。 ➢ 随着耐高压、低损耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入应用，950V左右的的电压平台逐步被车企提上日程，并将成为未来3-5年的重要趋势。950V/500A的高压快充桩可达480kW的充电功率，实现5min 左右的快速补能，真正实现“充电像加油一样快捷”。 ➢ 国家有关部门已将1000V纳入乘用车大功率快充充电接口标准中，以适应未来“千伏”高压平台的落地。 www.cgws.com | 7 1.3 车企不断提升车辆电压平台，高压快充将成未来趋势 ◼ 目前，主流车企纷纷布局高压快充车型。 2020年保时捷首次推出支持800V高压快充的Tycan后，全球车企加快研发高压快充车型，补电时间向10min以内迈进。广汽、小鹏、北汽、东风、长安等均已推出基于800V及以上高压平台的高端车，且快充性能可以达到“充电10min续航增加200km左右”。例如广汽埃安在2021年4月发布的6C超快充系统，最大电压达800V，最大电流大于500A，只需8min即可完成0-80SOC的充电3。 ◼ 2026年预计800V以上高压车型销量将过半。目前800V高压平台车型已经成为当前头部车企布局的主力，据我国主要车企规划2002年逐步量产，2023年满足3C以上高压快充的高端车型将密集上市，2025年主流车型均将支持高压快充。根据华为发布的高压快充产业发展报告2023-2025预测，预计到2026年底，支持高压快充车型的市场保有量将达1300万辆以上。 www.cgws.com | 8 图800V 高压平台车型是当前头部车企布局的主力图800V高压车型销量占比预计资料来源华为高压快充产业发展报告2023-2025，长城证券产业金融研究院资料来源各车企公开信息，华为高压快充产业发展报告2023- 2025，长城证券产业金融研究院 1.4 主流车企纷纷布局高压快充车型 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400 500 600 700 2023E 2024E 2025E 2026E 800V电动车销量（万辆） 800V电动车销售占比（） 3.来源埃安官网，“2021广汽科技日，埃安黑科技闪亮登场” ◼ 随着高压快充车型的加快增长，高压快充充桩不断布局。根据华为测算，要实现 5min以内快充，充电桩功率须向480kw演进。为适应未来大功率高压快充发展趋势，主流车企及充电运营商已经开始布局大功率快充桩。如国网快充桩招标中，80kw充电桩占比已从2020年的63 下降至2022年的37，而 160kw和240kw分别从35 和1上升至57和4，并已开始布局480kW的大功率快充桩，此外广汽埃安的A480超级充电桩最大充电功率亦是达到480kW4。 www.cgws.com | 9 图实现 5min 以内快充，充电桩功率需向 480kW 演进资料来源华为高压快充产业发展报告2023-2025，长城证券产业金融研究院 1.5 为适应高压快充车型，高压快充桩不断布局图实现 5min 以内快充，充电桩功率需向 480kW 演进时间快充桩招标指标 80kw 160kw 240kw 480kw 2020 数量 1656 902 20 70占比 63 34 1 3 2021 数量 1794 1769 75 70占比 48 48 2 2 2022 数量 2025 3098 242 39占比 37 57 4 1 资料来源国家电网，长城证券产业金融研究院 4.来源埃安官网，“让充电像加油一样快，广汽埃安全球首发超倍速电池技术A480超充桩” 1.6 高压快充桩机遇与挑战并存，四大痛点亟待解决资料来源英飞凌工业半导体，充电桩视界，能链研究院，长城证券产业金融研究院图高压大功率充电桩面临的四大主要痛点 ◼ 高压快充桩面临多重挑战，设备器件亟待更新。为应对广大用户日益高涨的快充需求，大功率高压快充桩已成为电动汽车充电的主流趋势。然而，当前高压快充桩仍面临多重挑战和一系列痛点，包括充电模块在更高电压下的承受能力，在更大电流和更高开关频率下的散热能力和能量损耗，在恶劣条件下的安全和稳定性问题，以及来自建设规划与运营商等多方的成本控制要求等。这些难题对充电桩的高效性和安全性都提出了更高的要求。因此在设备方面，亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件。 www.cgws.com | 10 3 4 1 2 1.需要有相适配的耐高压能力目前实现大功率充电的方式主要依托于高压架构，随着电压等级和充电等级的提高，充电模块需要有更高的耐高压能力和功率密度，一定程度上提高了充电桩的技术门槛。 2.安全标准升级大功率充电会在一定程度上影响电池内部的稳定性，从而可能带来衰减、起火等不利因素。为保证电池的安全性，必须重视对电池持续的热管理系统的降温，因此大功率充电桩对于散热性能的要求更高。 4.需成本控制和提高效率市场竞争激烈导致对系统整体成本下降的要求，建设用地紧张导致对充电桩更高的功率密度要求，运营商因成本压力而提出越来越高的整机效率要求三重压力迫使要成本控制手段和更高效率的方案。 3.对材料可靠性提出更高要求充电桩在恶劣环境下（如高温、高湿、盐雾、灰尘等）长时间工作会导致可靠性问题，增加能量损耗，影响设备寿命，需采用更高可靠性的材料制造元件。 2.碳化硅为高压快充桩发展带来新机遇 ◼ 半导体材料已发展至第三代，碳化硅作为第三代半导体材料前景广阔。 ➢ 半导体材料的发展历程可分为三代，首先是以硅、锗为代表的第一代半导体，发展最成熟，应用相对广泛，主要应用于低压、低频、中低功率晶体管领域；其次是以GaAs、InP等化合物为代表的第二代半导体材料，一般应用于微波通讯、光通讯等特色芯片领域；最新诞生的第三代半导体材料，以SiC、 GaN等化合物为代表，由于材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、击穿电压高、导热率高等特性，适合应用在高压，高频、高温、抗辐照等领域，在轨道交通，新能源汽车，特高压输电、大功率电源及电驱应用领域中具有广阔的应用前景。 www.cgws.com | 12 表不同半导体材料特性对比资料来源ROHM，第三代半导体SiC芯片关键装备现状及发展趋势，长城证券产业金融研究院 2.1 碳化硅作为第三代半导体材料前景广阔材料 Si GaAs GaN 4H-SiC 所属阶段第一代半导体第二代半导体第三代半导体第三代半导体禁带宽度EGeV 1.12 1.43 3.5 3.26 电子迁移率μNcm2/VS 1400 8500 1250 900 空穴迁移率μPcm2 600 400 200 100 击穿电场强度EBV/cm106 0.3 0.4 3 3 热导率W/cm℃ 1.5 0.5 1.3 4.9 电子饱和漂移速率VScm/s107 1 2 2.7 2.7 相对介电常数εS 11.8 12.8 9.5 9.7 p.n 控制 ○ ○ △ ○ 2.2 碳化硅产业链以衬底制造为核心资料来源中商情报网，亿渡数据中国SIC碳化硅器件行业深度研究报告，长城证券产业金融研究院表碳化硅产业链示意图 ◼ 碳化硅产业链价值倒挂，衬底制造是核心。 ➢ 碳化硅的产业链从上游的衬底和外延，到中游的器件和模块制造包括器件设计、制造和封测等，最后是下游的终端应用。碳化硅产业链价值量倒挂，关键部分主要集中在上游端，其中衬底生产成本占总成本的47，外延环节成本占23，合计上游成本占到碳化硅生产链总成本的约705。其中衬底制造技术壁垒最高、价值量最大，既决定了上游原材料制备的方式及相关参数，同时也决定着下游器件的性能，是未来碳化硅大规模产业化推进的核心。 www.cgws.com | 13 衬底（47）外延（23）器件（20）应用碳化硅衬底半绝缘型导电型 GaN外延 SiC外延功率器件微波射频器件 5G通信，航空航天等新能源汽车，电力系统等 5.来源亿渡数据，中国SIC碳化硅器件行业深度研究报告 2.3 碳化硅衬底根据技术路径不同，应用于不同领域资料来源亿渡数据中国SIC碳化硅器件行业深度研究报告，天岳先进官网，长城证券产业金融研究院表半绝缘型和导电型碳化硅衬底对比 ◼ 根据衬底类型进行划分，可将碳化硅器件分为半绝缘型和导电型两种技术路线 ➢ 半绝缘型碳化硅的耐热性和导热性都较好，可以弥补氮化镓器件耐热性较差的缺点。因此业界采取半绝缘型碳化硅做衬底，在衬底上生长氮化镓外延层，制得碳化硅基氮化镓外延片后进一步制成半绝缘型碳化硅基射频器件，主要用于5G通信、车载通信、国防应用、数据传输、航空航天等领域6。 ➢ 导电型通过在导电型衬底上生长碳化硅外延层，得到碳化硅外延片后进一步加工制成导电型碳化硅功率器件，品种包括造肖特基二极管、MOSFET、IGBT等。导电型碳化硅功率器件具备耐高压、耐高温、低能量损耗等性能优势，主要用于电动汽车、光伏发电、轨道交通、数据中心、充电等基础建设7。 www.cgws.com | 14 项目半绝缘型碳化硅衬底导电型碳化硅衬底电阻率高电阻率电阻率≥105Ω·cm 低电阻率电阻率区间为15-30mΩ·cm 尺寸以4英寸为主，逐渐向6英寸衬底发展以6英寸为主，8英寸衬底开始发展外延氮化镓外延层碳化硅外延层适用环境适用于高频、高温工作环境适用于高压、高温工作环境器件射频器件功率器件应用领域制成HEMT等微波射频器件，应用在微波射频、光电和中低压功率半导体等领域，主要应用于5G通信、卫星、雷达等领域。制成碳化硅二极管、碳化硅MOSFET等功率器件，主要应用于新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域。示意图 6.7.来源亿渡数据，中国SIC碳化硅器件行业深度研究报告 2.4 碳化硅对比传统硅材料优势突出碳化硅对比传统硅材料优势突出，具体其优势展现在以下方面 ◼ 宽禁带特性，耐压能力强大。 ➢ 碳化硅半导体开关的禁带宽度是普通硅质开关器件的3倍左右，临界击穿电场强度更是高达硅质半导体开关的10倍以上，因此所，支持功率电子电路在远超100V/ns和10A/ns的电压和电流摆率下工作。能承受的峰值电压更高，输出功率更大 ◼ 降低导通电阻，提高功率密度。 ➢ 降低导通电阻，是降低器件损耗的必要条件。对于高压硅基功率器件来说，为了维持比较高的击穿电压，一般需要使用较低掺杂率以及比较宽的漂移区，因此漂移区电阻在总电阻中占比较大。而碳化硅材料高临界电场强度的特性意味着，单位面积下碳化硅器件的导通电阻更低，即相同电压等级下，碳化硅半导体开关需要的漂移区厚度比硅质半导体开关器件更薄，使得功率模块整体尺寸更小，从而能够极大提高整个模块的功率密度。 www.cgws.com | 15 图SiC能同时满足高压和大电流图SiC器件可制作高效率高功率变换器资料来源泰科天润官网，长城证券产业金融研究院资料来源泰科天润官网，长城证券产业金融研究院 2.4 碳化硅对比传统硅材料优势突出（续） ◼ 低能量损耗，高开关频率。 ➢ 硅基二极管在关断时有反向恢复时间，会产生反向恢复损耗，严重限制了硅二极管在高频下的应用。相比之下，碳化硅二极管无反向恢复特性，适合在高频下工作。与此同时，碳化硅半导体开关的导通电阻更小，有效降低开关过程中的导通损耗，提升了整个模块的效率。 ➢ 碳化硅半导体开关的载流子饱和速率更高，相比硅质半导体开关高10倍以上，因此碳化硅器件的开关频率是硅基IGBT的5至10倍，增强了器件的高频能力。 ◼ 抗辐射能力强。 ➢ 碳化硅不仅临界位移能力比硅高2倍以上，而且其对辐射的稳定性比硅基高10-100倍，碳化硅基器件具备更高的抗电磁冲击和抗辐射破坏的能力，适合用于制作耐高温抗辐射的大功率微波器件。 www.cgws.com | 16 图SiC开关显著降低开关损耗资料来源英飞凌官微，长城证券产业金融研究院图同规格碳化硅器件与硅器件对比资料来源天科合达招股说明书，长城证券产业金融研究院 2.4 碳化硅对比传统硅材料优势突出（续） ◼ 高热导率强化散热，通态电阻更耐高温。 ➢ 碳化硅半导体开关的热传导率是硅质半导体开关的3倍以上，因此具备更强的散热能力，有效降低了对散热系统的要求。 ➢ 若要缩小开关电源的体积，元件之间的间距缩短将不可避免地导致工作温度升高，这会影响到通态电阻。碳化硅器件的通态电阻在半导体材料中对温度的依赖性相对最低。如下左图，在100℃标准下，碳化硅器件的通态电阻比氮化镓低26，比硅器件的值低32。这表明，碳化硅器件的耐热性更强。 ◼ 简化元件布局，促进系统轻量化。 ➢ 碳化硅器件所需的外部元器件更少，系统布局更可靠，制造成本也更低。碳化硅基逆变器通过提高能量传导效率，可以做到比硅基逆变器更小、更轻。此外，由于效率更高、外形尺寸更小以及重量更轻，智能设计的冷却要求也相应降低。 www.cgws.com | 17 图硅、碳化硅和氮化镓器件在不同结温下的通态电阻图碳化硅材料特性促进系统轻量化资料来源英飞凌官微，长城证券产业金融研究院资料来源英飞凌官微，长城证券产业金融研究院 2.5 碳化硅引入充电桩，快速充电再升级 ◼ 碳化硅器件助推充电桩革命，降本增效实现电动车快速充电。 ➢ 充电模块是充电桩的核心零部件，约占充电桩总成本的50；其中，半导体功率器件又占到充电模块成本的30，即半导体功率模块约占充电桩成本15。在高压快充的趋势下，碳化硅器件的运用能有效解决充电桩设备目前亟需采用更耐高压、耐高温、安全的新型器件的痛点，降本增效实现电动车快速充电。 ➢ 从效率角度来看，SiC MOSFET 和二极管产品依赖其耐高压、耐高温、开关频率快的特性，可以很好地用于充电桩模块。与传统硅基器件相比，碳化硅模块可以增加充电桩近30的输出功率，并且减少损耗高达50左右。同时，碳化硅器件的抗辐射特性还能够增强充电桩的稳定性。 ➢ 从成本角度来看碳化硅的优秀特性能够有效提高单位功率密度，减小模块体积并简化电路设计，对降低充电桩产品成本起到至关重要的作用。 www.cgws.com | 18 图完整的碳化硅端到端产业链资料来源安森美官网，长城证券产业金融研究院图25kW碳化硅模块直流充电桩功率级资料来源安森美官网，长城证券产业金融研究院 2.6 材料高价格与综合高收益，如何平衡成重要课题 ◼ 碳化硅成本受限于上游材料，价格远超硅基器件。 ➢ 碳化硅器件与硅基器件在成本结构方面差异显著碳化硅器件的上游成本（衬底和外延）占比接近 70，而硅基器件的成本主要集中在硅晶圆制造上，约50，且衬底成本占比极少。碳化硅器件成本和产能受上游材料制约较大，这导致碳化硅器件的供应量受限且价格更高，可达硅基器件的3-5倍。 ◼ 碳化硅性能优异，平衡高价格与综合收益成重要课题。 ➢ 由于碳化硅器件耐高压、耐高温、低能量损耗等优秀特性，具备增大功率密度、减小设备体积、优化散热系统等多方面优势，通过以上多种渠道可对系统整体成本降低起到重要帮助。因此，如何平衡碳化硅器件自身的高价格，与其带来的系统综合效益，将成为后续行业发展的一大重点课题。 www.cgws.com | 19 图碳化硅器件成本结构图硅基器件成本结构资料来源CASA，TelescopeMagazine，亿渡数据，长城证券产业金融研究院资料来源CASA，TelescopeMagazine，亿渡数据，长城证券产业金融研究院 50 19 7 24 晶圆制造设备/工艺能效维护衬底其他原材料 47 23 19 6 5 衬底外延前段研发费用其他 2.7 碳化硅器件未来价格呈下降趋势，市场前景向好 ◼ 大尺寸衬底技术助力碳化硅衬底和外延价格下降。 ➢ 目前，碳化硅衬底市场重心向大尺寸衬底转移，更大的衬底尺寸，意味着单片芯片数量的提升以及产出率和利用率的提高。随着大直径衬底量产产线的普及和产品更新换代，可以预计碳化硅衬底价格在未来将会进一步下降，碳化硅渗透率即将迎来加速上升。 ➢ 基于SiC衬底，外延环节普遍采用化学气相沉积技术CVD获得高质量外延层，随后在外延层上进行功率器件的制造。碳化硅外延片的成本主要来源于原材料成本（即衬底），约占52左右。伴随碳化硅衬底价格的下降趋势，碳化硅外延片价格下降也将成为未来的必然趋势。 ◼ 技术革新和国产化推动碳化硅成本下降，与硅基器件差距正在缩小。 ➢ 由于大尺寸衬底技术等技术的革新以及国产化等因素驱动，碳化硅器件成本已开始呈现下降趋势，碳化硅器件与硅基器件价格差距正在缩小。据CASA数据显示，1200V SiC SBD实际成交价与Si器件价差已缩小至2-2.5倍之间。 www.cgws.com | 20 图 SiC衬底价格发展趋势（元/cm²）图 SiC外延片价格发展趋势（元/cm²）资料来源CASA，第三代半导体电力电子技术路线图（2018），亿渡数据，长城证券产业金融研究院资料来源CASA，第三代半导体产业发展报告2020，亿渡数据，长城证券产业金融研究院 0 10 20 30 40 50 60 70 2022年 2025E 2030E 2035E 2040E 2045E 0 20 40 60 80 100 120 140 2022年 2025E 2030E 2035E 2040E 2045E ◼ 碳化硅新型充电桩市场渗透率仍处低位，市场前景广阔。 ➢ 2017年，“碳化硅新型充电桩示范工程启动暨技术与应用研讨会”召开，许继电源、青岛特锐德电气、中兴通讯、国家电网、中车、中电科等企业代表共约100多人出席，标志中国首个碳化硅（SiC）新型充电桩示范工程正式开启，彰显SiC逐渐在充电市场中被引起重视。 ➢ 但目前，在充电桩市场里SiC尚处于导入阶段，根据CASA的测算显示，2018年碳化硅在直流充电桩的充电模块渗透率仅约10，虽2021年增长至17，但碳化硅新型充电桩市场渗透率仍处低位。 ➢ 在高压快充的大背景下，越来越多的充电桩制造企业开展碳化硅的研发并将碳化硅运用至充电模块及相关产品中，“SiC”“800V”组合逐步成为新能源车企和充电桩桩企的布局热点，预期未来随着成本的降低，加之电动汽车对于充电速度要求的不断提升，SiC在充电桩市场的渗透率将进一步提升，并快于整车市场。预计到2025年中国充电桩行业的SiC渗透率可达到35。 www.cgws.com | 21 图中国首个碳化硅新型充电桩示范工程正式启动资料来源CASA，长城证券产业金融研究院 2.8 碳化硅新型充电桩市场渗透率仍处低位，市场前景广阔图中国充电桩行业SiC渗透率预测资料来源未来智库，长城证券产业金融研究院 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2021 2022 2023E 2024E 2025E 充电桩SIC渗透率 www.cgws.com | 22 图部分公司布局碳化硅材料情况资料来源公司官网，公司公告，长城证券产业金融研究院 2.9 多家企业布局碳化硅运用，抢先占领优势地位 ⚫截至目前，盛弘股份已经推出40KW SiC高效充电模块；50kW直流充电模块；APF碳化硅P5系列产品； 2023年，盛弘股份宣布与Wolfspeed合作，开发新碳化硅产品。盛弘股份 ⚫公司的太阳能光伏产业链一体化电源解决方案，使用了高性能射频电源，该电源结合了碳化硅做功率器件。2023年，与高校共同举办“碳化硅应用研讨会”。英杰电气 ⚫2018年，获专利“一种碳化硅MOS管驱动保护电路”。在2022年实现了6.5kV级碳化硅材料-芯片-器件 -测试-驱动-装置应用全链条技术突破。许继电气 ⚫公司拟在福建福州实施研发中心建设项目，利用以碳化硅为代表的第三代半导体器件进行项目研究。 2023年，科士达推出以碳化硅为材料的100kW/125kW超大功率模块UPS。科士达 ⚫公司采用SiC开关器件开发产品。英可瑞入选2022年绿色低碳产业专项资金资助计划，获得“基于国产SiC高功率密度整流器的开关电源产业化及关键环节提升”项目资金100.2万元。英可瑞 ⚫2017年，公司与西南交通大学合作开展基碳化硅器件等的工作。2023年6月，成功申报项目“超级充电桩关键技术研究及产业化”，围绕基于国产碳化硅器件的超级充电桩开发与批量推广应用开展研究。易事特 ⚫优优绿能先后推出20kW/30kW/40kW/40kW SiC充电模块产品，满足市面上60480kW常规充电桩的应用，支撑各类电动汽车ChaoJi充换电的需求，整体性能处于业界领先水平。优优绿能 ⚫华为通过碳化硅，实现能源部件提升，基于高效SiC模组寻优平台，在一次电源（AC/DC）及二次电源 DC/DC基础上选用碳化硅材料，深入扎根半导体行业,实现对SIC全产业链投资。华为 ◼ 多家企业布局碳化硅运用，抢先占领优势地位。 ➢ 碳化硅材料的运用成为高压快充背景下的大趋势，众多充电桩制造企业、新能源车企业及电力设备企业已将碳化硅运用到产品当中，抢占市场先机。 www.cgws.com | 23 图中国碳化硅直流整桩市场空间测算资料来源公司官网，公司公告，长城证券产业金融研究院 2.10 预计2025年中国碳化硅直流整桩规模将近200亿 ◼ 预计2025年中国碳化硅直流整桩规模将近200亿。基于中国碳化硅发展和碳化硅充电桩引入情况，我们对中国充电桩碳化硅市场进行测算，预计2025年中国碳化硅直流整桩规模将达到197.44亿元。具体来说，核心假设如下 ➢ 假设一新能源车销量假设。分别为25/20/15。考虑到双碳目标鼓励新能源车销量增长，预期 2023-2025年国内新能源车销量增速 ➢ 假设二新增充电桩假设。鉴于我国公共充电桩的结构性短缺以及政策扶持，公共充电桩预计将继续保持相对高速增长，预期2023-2025年国内新增公共充电桩增速分别为50/40/30。其中考虑到高压快充成为趋势，假设2023-2025年新增公共充电桩中直流的占比每年提升1pct。 ➢ 假设三新增碳化硅充电桩及碳化硅充电桩模块数假设。考虑到高压快充趋势下碳化硅器件优势的凸显及碳化硅成本的下降，预期2023-2025年国内充电桩碳化硅渗透率将保持每年5的稳步增长。此外，预期单个碳化硅充电桩模块数将逐年增长， 2023-2025年分别增长至4个/6个/8个。 ➢ 假设四碳化硅直流整桩价格假设。鉴于技术革新和规模化下碳化硅价格趋于下降，2024年和 2025年单个碳化硅器件有望降至40元/个。但高压快充趋势下，充电桩各项零部件优化、成本增加，参考充电桩采购成为在0.35-0.4元/kw左右，假设国内碳化硅直流整桩均价将以10的增速增长。 2022 2023E 2024E 2025E 国内新能源车销量（万辆） 687.23 954.95 1157.82 1316.28 YoY 95.95 38.96 21.24 13.69 国内新能源车保有量（万辆） 1310.00 2133.95 3078.37 4086.81 YoY 67.09 62.90 44.26 32.76 车桩比 2.51 2.40 2.37 2.20 充电桩保有量（万台） 520.96 890.34 1298.72 1856.81 YoY 99.06 70.90 45.87 42.97 新增充电桩（万台） 259.25 369.38 517.13 672.27 公共充电桩占比 8.51 49.60 107.75 196.66 公共充电桩保有量（万台） 21.39 118.89 255.39 432.84 新增公共充电桩（万台） 65.00 97.50 136.50 177.45 YoY 91.43 50.00 40.00 30.00 新增公共直流充电桩 29.10 44.63 63.84 84.77 直流占比 44.77 45.77 46.77 47.77 碳化硅渗透率 20.00 25.00 30.00 35.00 碳化硅充电桩增量（万台） 5.82 11.16 19.15 29.67 单个碳化硅充电桩模块数 2.00 4.00 6.00 8.00 平均单充电桩碳化硅器件用量（个） 8.00 8.00 8.00 8.00 单个碳化硅器件价值（元） 50.00 50.00 40.00 40.00 充电桩碳化硅器件市场规模（亿元） 0.47 1.79 3.68 7.60 碳化硅直流整桩单价（万元） 5.00 5.50 6.05 6.66 碳化硅直流整桩规模（亿元） 29.10 61.36 115.87 197.44 3.碳化硅在其他电力设备中亦被广泛运用 ◼ 碳化硅亦被广泛运用在其他电力设备中。 ➢ 中国碳化硅功率器件应用市场规模飞速增长，从2017年的18.5亿元增长至2021年的71.1亿元，CARG达 40.01。 ➢ 鉴于碳化硅材料在高电压下的优良性能，碳化硅材料在新能源汽车、光伏逆变器等产业都有极为理想的应用前景。截至2021年碳化硅器件在新能源汽车/消费类电源/光伏逆变器/机车牵引/风力发电产业的应用占比分别为40/19/15.50/12.00/6.508。未来随着新能源汽车以及光伏产业高压驱动，碳化硅器件市场规模还有巨大成长空间，在电力设备行业中将有更大的应用。 www.cgws.com | 25 资料来源CASA，亿渡数据，长城证券产业金融研究院 3.1 碳化硅亦被广泛运用在其他电力设备中图2017-2021中国碳化硅功率器件应用市场规模（亿元）图2021年中国碳化硅功率器件应用市场结构（）资料来源CASA，亿渡数据，长城证券产业金融研究院 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2017 2018 2019 2020 2021 新能源汽车, 40 风力发电, 6.50 机车牵引, 12 光伏逆变器, 15.50 工业机电, 1 消费类电源, 19 不间断电源 UPS, 3.50 其他, 2.50 8. 来源亿渡数据，中国SIC碳化硅器件行业深度研究报告 ◼ 新能源车“千伏”电驱动直流电压平台，新能源车企推进SiC器件应用成趋势。 ➢ 鉴于SiC的性能等各方面明显优于传统材料，国内外知名零部件及整车企业均在积极推动碳化硅器件的应用。其中，特斯拉是全球第一家将SiC MOSFET应用于乘用车主逆变器的厂商。随后国内厂商迅速跟进，比亚迪在汉EV上搭载了自主研发的SiC功率模块，东风岚图亦于2019年发布基于SiC的800V高压平台。此外，头部零部件企业德尔福等均已发布基于SiC的800V高压逆变器或电驱动系统。 ➢ 从车规器件层面来看，1200V的SiC MOS已成为当前应用主力。从SiC模块来看，1200V的SiC模块已成为当前的主流成熟产品，可以较好满足800V电压平台的批量应用。 ➢ 但目前碳化硅基功率器件市占率仅约5，行业仍处于发展的早期，相关技术选型、工艺路线、客户绑定以及电动车格局等远未定型，也给国内企业留下了足够的空间和时间。 www.cgws.com | 26 资料来源华为中国高压快充产业发展报告2023-2025，长城证券产业金融研究院图1200V SiC模块上市时间在2019年之前，具备量产条件 3.2 新能源车“千伏”电驱动直流电压平台，运用SiC成趋势企业参数上市时间 Powered 100A/1200V Tjmax1