受益於新能源汽車、光伏、風電、UPS、工業電機等新能源產業的快速增長,新能源產業相關被動元件進入增長發展期,新能源被動元件市場預計將從2021年的74億美元增長優2027年的117億美元,複合年增長率為7.9%。
1.1 無源元件在電氣化中發揮重要作用
電子元件是電子電路的主要元件,是二十世紀發展很迅速、應用很廣泛的科技產品。電子元件通常分為兩類:有源元件和無源元件。有源元件又稱有源元件,主要特點是自身消耗電能,需要外部供電才能正常工作,一般用於信號放大、轉換等。無源元件又稱無源元件,主要特點是不需要外部電源即可工作,一般用於信號傳輸。
有源器件包括集成電路、分立器件等。在機動化方面,有源元件具有電氣控制、電流放大等功能。常見元件如晶體管、 MOSFET 、IGBT、放大器和邏輯門。
無源元件包括RCL元件和RF元件兩大類。 RCL元件包括電容器、電感器和電阻器,是電子電路必不可少的基礎電子元件,約佔無源元件總產值的90%。其中電容在電路中起到濾波、去耦的作用,電感在電路中用於穩定電流,電阻是應用廣泛的限流元件。
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隨著全球雙碳政策發力,光伏、風電、新能源汽車、鐵路、工業電機、UPS等新能源領域電氣化變革深入,相關行業的電源產品需求給被動元件市場帶來新的增長。在光伏、風電領域,逆變器是電站的核心部件,逆變器的效率和壽命與無源器件密切相關,光伏發電變流器電容、電感、電阻成本分別為4%、4%、4%,風電變流器電容、電感、電阻成本分別為6%、5%、2%。在新能源汽車領域,電驅動系統和車載充電機OBC需要大量的無源器件來實現AC/DC轉換、升壓、逆變等功率轉換功能,新能源汽車功率變換器電容、電感、電阻的成本分別佔10%、10%、10%、2%。在工業電機領域,AC/DC和DC/AC轉換器的效率優關重要,電容器、電感器、電阻器分別佔成本的9%、6%、8%。新能源電氣化變革給被動元件行業帶來新的巨大市場機遇。
1.2電容器:耐壓元件需求增加,薄膜電容器成更大贏家
在新能源領域,薄膜電容器有取代鋁電解電容器的趨勢。
電容器是一種能量存儲元件。電容器由兩個導電板組成,兩個導電板由介電絕緣材料隔開。電容器作為三大無源元件之一,更大的特點是通過交流、直流電阻,主要作用是用來儲存電能,在電源電路中起到降壓、濾波、調諧、旁路和耦合的作用,常與電感、電阻等其他無源元件配合使用。儲能功能是將電能以電場的形式存儲起來,平滑功能使電壓變化變得平滑,耦合功能可以阻斷直流電流只讓交流電流通過,去耦功能可以起到旁路高頻噪聲成分的作用。
電容器主要分為陶瓷電容器、薄膜電容器、鋁電解電容器和鉭電解電容器。電容器可根據極性、介電常數、形狀、功能等不同參數進行分類。根據極性,電容器可分為兩類:有極性電容器和無極性電容器。有極性的電容有正負極引線,必須分別接正負電壓;無極性電容器既沒有正極性也沒有負極性,可以在電路內任意方向連接。按介質可分為陶瓷電容器、薄膜電容器、鋁電解電容器、鉭電解電容器,2019年各類電容器的市場份額分別為52%、8%、33%和7%。
電容器應用場景豐富,薄膜電容器在新能源行業有取代鋁電解電容器的趨勢。陶瓷電容器具有電容量範圍大、工作溫度範圍寬、介電損耗小、小型化優勢明顯等優點,特別適合消費類電子產品,佔據電容器市場更大份額。鋁電解電容器容量大、價格低廉,主要應用於工業、家電和照明領域。鉭電解電容器可靠性高、漏電流小、溫度影響小,主要應用於高端軍工領域。薄膜電容器性能介於陶瓷電容器和電解電容器之間,具有頻率特性好、耐壓高、可靠性高,特別適用於新能源汽車、光伏、風電、工業控制等新能源領域。超級電容器性能介於傳統電容器和鋰電池之間,在新能源領域應用前景廣闊。
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電容器的發展趨勢呈現小型化、固化化、超薄型、耐高溫方向。下游電子產品逐漸走向小型化,促使上游陶瓷電容器走向小型化。工作環境溫度過高或過低,都可能導致傳統液態鋁電解電容器電解液沸騰或凝固,會影響其性能,固態鋁電解電容器具有比傳統電解液高得多的電導率,使其克服了傳統鋁電解電容器溫度和頻率特性較差的缺點,是未來鋁電解電容器的發展方向。隨著軍用電子設備性能的提高,鉭電容器的發展趨勢將向小型化、大容量、高可靠性方向發展。新能源汽車、光伏、風電等行業對薄膜電容器的性能要求越來越高,逐漸向超薄、耐高溫方向發展。
電容器類型 | 陶瓷電容器 | 薄膜電容器 | 鋁電解電容器 | 鉭電解電容 |
電介質 | 各種陶瓷 | 塑料薄膜 | 一個發光體 | 二鉭五氧化 |
電壓範圍 | 6-250V | 50-1600V | 4-400V | 6-160V |
靜電容量 | 1pF-100uF | 100pF-100uF | 0.1uF-1000uF | 0.1uF-10000uF |
工作溫度 | 125℃ -150℃ | 105℃ -130℃ | 85℃ -105℃ | 150℃ -200℃ |
體積 | 小的 | 較大 | 大的 | 較大 |
成本 | 低的 | 高的 | 緩和 | 高的 |
優勢 | 大、穩定性高、 電容範圍 工作溫度範圍寬 | 良好的 頻率特性和 耐高電壓 | 容量大、價格低 | 可靠性高、漏電流小、受溫度影響小 |
缺點 | 電容小 | 尺寸大且難以小型化 | 性能受溫度影響較大,高頻特性較差 | 產量小、市場規模小、價格高 |
應用 | 消費電子、汽車電子 | 新能源汽車、光伏、風電、工業 | 工業、家電、照明 | 雷達、飛機 |