中国“十四五”规划和2035年远景目标纲要中，碳中和路线图非常明确，并将数字经济、新能源、创新等要素作为实现碳中和目标的关键支柱。我们认为，数字新能源包括数字产业的新能源化和新能源产业的数字化两条主线：数字新能源=数字产业新能源化+新能源产业数字化。本文将重点探讨新能源产业数字化带来的投资机会。
一、数字新能源的内涵与外延
1.数字产业新能源化
随着新能源产业化的日益成熟，此次以新能源为代表的能源革命将进入产业新能源化阶段，也即“新能源+”阶段。类似于“互联网+”，能源所具有的基础性特征，使得其具有向经济社会更广泛领域延伸的条件及必要性，“新能源+”是新能源产业化相对成熟后的必然阶段，标志着新能源产业由成长中期向成熟初期过渡阶段，能源革命将由新能源产业一枝独秀步入各行业全面开花阶段。
数字产业的新能源化即ICT产业的新能源化，包括云计算、车联网、人工智能、物联网、网络安全等行业的使用新能源以及节能减排等“新能源化”发展趋势。根据产业信息网数据，预计2025年我国数据中心年耗电量占全社会用电量比例将达到4.1%；“数据中心+新能源”的成功实践广泛落地，零碳数据中心可期。与此同时，在汽车新三化（电动化、智能化、网联化）驱动下，智能网联汽车产业进入新景气周期。
2.新能源产业数字化
通过ICT实现数字化赋能，助力新能源产业升级。根据国家电网报告，预计 2030年通过电能替代减少其他行业二氧化碳排放共5.5亿吨，占其他行业碳减排任务的8.6%。在此背景下，能源行业的数字化发展，对于提升能源行业产业链效率意义尤为重大。
数字化技术赋能新能源产业链各个环节，通过引入5G、AI、大数据、IoT等数字化技术，并将电力电子技术与数字技术创新性地融合，实现全链路的互联化、数字化和智能化协同，让电力生产效率、运维效率、新能源效率最大化。朗新科技在年报中表示：未来，开放互联、多源协同、多能互补、能源与数字化深度耦合的能源互联网将会是未来新型电力系统的主要形态特征。根据亿欧智库报告，2020年，电力数字化市场规模为2210亿元，预计2025年将达到3700亿元，2020-2025年CAGR 为10.8%。
资料来源：数字能源产业智库
新能源产业的数字化打开了半导体行业的新空间,为功率半导体、车规级半导体、第三代半导体、各类传感器、BMS芯片等带来持续性机会。统计显示，新能源汽车相关半导体市场空间大于消费电子,仅次于通信半导体,叠加光风电储等行业后，整体市场空间超过千亿美元。
新能源产业的数字化也打开了软件行业的新空间。根据沙利文报告，2024年我国新能源软件及数据服务业市场规模预计将达到约44.74亿元，2019-2024年CAGR为10.70%。
二、逆变器核心电子元器件
1.全球逆变器持续高速增长
逆变器是新能源发电设备的核心组件，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。发电设备需要借助逆变器将直流电转换为交流电，才能将产生的电能并入电网或者供负载使用，同时需要把电网的交流电整流为直流电，给储能系统充电。电容、电感、IGBT等为逆变器产业链的核心组件，具备技术壁垒高、覆盖面广等特点。
储能PCS对电子元器件需求量更大。储能PCS是连接电池和电网的中间能量转换环境，把电池的直流电转化为交流电并网，或者是把电网的交流电转换成直流电充到电池里面。PCS是双向变流器，有充电和放电两个方向的能量控制，因此需要更多的电子元器件。以电容为例，单台储能逆变器电容用量比光伏逆变器多44%的用量。
资料来源：网络整理
相比传统燃油汽车，新能源车需要更多电流转换部件，驱动电子元器件需求量攀升。
➢ 充电线路：需要将交流充电桩提供的交流电转换为直流电，才能给车载高压锂离子电池充电。
➢ 汽车驱动线路：需要将电池输出的直流电转换为 220V 交流电。
➢ 传统负载线路：电压相对较低，如空调、雨刮器等采用 12V 电压，而电池输出为 48V 甚至更高的电压，需要大量的电压转化模块（DC-DC）模块进行电压转换。
据测算，2020年风、光、储和新能源车所对应的逆变器市场规模为825亿元，2025年将增长至2153亿元， CAGR为21%。
资料来源：网络整理
2.核心元器件需求持续上行
电容/电感/IGBT等是逆变器的重要成本组成，在逆变器的原材料成本中占据绝大份额。
据固德威招股书，电容/电感/IGBT等在原材料中成本占比10%/13%/13%左右。假设风光储及新能源车逆变器毛利率30%，以IGBT等分立器件为例，我们预测风光储以及新能源车逆变器对IGBT等分立器件市场需求将从2020年77亿元增长至2025年的200亿元，CAGR21%。
数据来源：固德威招股书
3.国内电子元器件厂商迎来机遇
据Wood Mackenzie统计，2020年全球光伏逆变器出货量达185GW。在出货量排名前十的供应商中有六家是中国供应商，其中华为以23%的市占率位居榜首。
然而，电容、电感和IGBT等作为逆变器的核心电子元器件，全球主要市场份额和高端技术还掌握在欧美日系厂商手中，国产化亟待突破。受益于未来技术突破、政策催化和成本优势，需求旺盛叠加国产替代，国内电容、电感和IGBT等厂商将受益于逆变器国内产业链而加速成长。
三、汽车半导体
1.汽车逐步成为半导体行业增长的核心推动力量
电动车革命对整个的汽车零部件与供应链体系产生了革命性影响。过去几年，全球半导体行业增长主要依赖智能手机等电子设备的需求，以及物联网、云计算等技术应用的扩增，随着智能手机渗透率的逐步提升，消费电子对于半导体的拉动已经趋缓，而汽车半导体领域需求强劲，逐步成为半导体企业的重要增长市场。
图：2016-2022年全球半导体行业销售收入及2022年半导体需求结构
资料来源：Garner
根据中国汽车工业协会数据，2022年新能源汽车单车芯片平均数量达到1510颗，相比2017年增长接近80%，而传统燃油车对于芯片的需求也有较大程度增长，2022年单车芯片需求数量为1119颗，相比2017年亦增加了41%。
资料来源：中国汽车工业协会
汽车半导体主要包括传感器、微控制器（MCU）和功率半导体器件。在汽车半导体领域中，Infineon、NXP、Renesas市占率分别达到13.2%、10.9%、8.5%，位列全球一二三位。Infineon在功率半导体领域一马当先，市场占有率达到30.2%，而STMicro仅为 16.3%，而在传感器与MCU方面，Bosch和Renesas分别位于相关细分市场的第一位。
资料来源：Infineon
图：汽车电动化（绿色化）、智能化、网联化对半导体产业影响
资料来源：德勤
对于新能源汽车而言，传感器、MCU和功率半导体分别扮演了触觉、认知和动力的角色，需求量大幅增长。这其中，功率半导体（MOSFET、IGBT）作为电力输出与转化的重要器件，是汽车电动化带来的最主要需求增量。根据Gartner数据，2020年车用功率半导体约占全部车用半导体的43%。
资料来源：Gartner
功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率、直流交流转换等，包括二极管、三极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等，市场主要被国外厂商垄断，各类功率器件原理与应用场景各不相同。其中，MOSFET和IGBT是最主要的功率器件。
资料来源：Infineon
资料来源：公开资料整理
新能源汽车对功率半导体需求大幅提升。在传统汽车场景下，功率半导体主要应用于启动、发电和安全领域；对于新能源车而言，普遍采用高压电路，当电池输出高压时，需要频繁进行电压变化，对电压转换电路需求提升，相关的功率转换系统主要有：主传动/逆变器、车载充电器（On Board Charger）、HV-LV DC-DC 转换、高压辅助驱动、电池管理系统（BMS）等。
作为核心部件，逆变器对IGBT、MOSFET需求大幅增长。逆变器类似于燃油车的发动机管理系统EMS，决定着驾驶行为，设计应最大限度地减少开关损耗并最大限度地提高热效率。其中，IGBT是电动汽车逆变器的核心电子器件，IGBT模块单车价值量非常高，占据整个电控系统成本的40%以上（电控系统占整车成本15~20%）。
资料来源：Onsemi
根据Trend Force等机构发布数据，平均一台传统燃料汽车半导体价值量约450美元，一台纯电动汽车半导体价值量约750美元，Infineon给出的数据，电动汽车含硅量大幅提升，主要系逆变器带来的功率器件需求增长，而OBC、DC-DC、MS等领域对整体功率半导体需求增量的拉动相对较小。
图：相比燃油车，功率半导体在电动汽车上价值量提升最大
资料来源：Trend Force
资料来源：Onsemi
3.智能化带动视觉系统、MCU、存储等需求
从汽车智能化的视角看，增量主要来自传感器，主要包括摄像头和激光雷达。
摄像头目前市场空间在140亿美元，激光雷达在63亿美元，其他传感器包括毫米波雷达、超声传感器、GPS/北斗定位系统等，传感器市场到2025年可达524亿美元。
从自动驾驶的等级来看，从L1到L4/5，L2开始出现超声波传感器和雷达模组，L3开始，短距雷达传感器出现，L3/5开始激光雷达开始出现，超声波传感器和雷达模组用量大幅增长。
图：汽车智能化ADAS、MCU、存储等各类需求的大量增长
资料来源：Infineon
随着传感器尺寸将变得更小，而功能却更为强大。汽车的自适应巡航控制系统将更加广泛地采用雷达和激光雷达传感器和摄像头。由于多传感器融合变得更为复杂，处理能力需得到不断提升，从而完善高级驾驶辅助系统。
资料来源：德勤
图：L4/5 阶段，雷达和传感市场有望获得爆发式发展
资料来源：Infineon
智能网联汽车产业是一个多方共建的生态体系，其中，车辆是载体，实现智能化是目的，而网联化是核心手段。智能交互、智能驾驶和智能服务是智能网联汽车的三大元素。
资料来源：清华大学汽车产业与技术战略研究院
资料来源：公开资料整理
5.充电桩带动SiC产业
充电桩800V高压平台有望普及，SiC产业链值得重视。2019年，保时捷发布全球首款搭载800V电压平台的量产车Taycan，充电功率最高可达270kW，采用800V电压系统充电80%仅需22.5分钟（400V则需90分钟）。2021年10月24日，小鹏汽车CEO何小鹏表示，小鹏汽车希望做到国内首个量产配置SiC芯片的800V高压平台，支持充电5分钟，续航200公里。同时，小鹏汽车也将推出配套的480kW高压超充桩。此外，小鹏还为用户设计了储能站，宣称可一次满30辆车的超充。也就是说，小鹏汽车补能方面将推出800V+480kW 超充+超级储能站的三种方案。
目前汽车半导体主要采用硅基材料，但受自身性能极限限制，硅基器件的功率密度难以进一步提高，硅基材料在高开关频率及高压下损耗大幅提升。与硅基半导体材料相比，以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射能力等特点。SiC器件大幅降低了逆变器能量损失，通过采用SiC方案，车企可有效降低生产成本。2029年第三代半导体市场规模有望达到50亿美金。从下游需求结构来看，电动汽车是拉动SiC的主要场景。
Cree是SiC行业绝对龙头，成立于1987年，1991年全球率先将碳化硅商业化。2021年更名Wolfspeed。目前，Wolfspeed拥有SiC全产业链布局，并在导电型SiC衬底拥有超过60%的市占率，在碳化硅功率器件的市场中也走在前列，II-VI和SiCrystal位列全球二、三位，市占率分别达到16%和12%。国内SiC衬底环节代表厂商为天科合达及天岳先进，目前仍处于追赶者地位；外延环节技术难度和壁垒相对较低，衬底厂商普遍具备外延片的生产能力；器件环节发展仍受到衬底产能的掣肘。
四、电池管理芯片
电池管理系统（BMS）主要功能是实现电池单元的智能化管理及维护，通过状态监测、异常故障保护等方法，监管电池状态，延长电池使用寿命，涉及算法、硬件电路、软件等，该领域长期被TI、ADI等国际模拟龙头垄断。
电池管理芯片系电源管理细分赛道，主要产品形态包括电池计量（电量计）、电池安全、充电管理等三大类芯片：电池计量芯片用于确定电池的电量状态和健康状态，进行电池荷电状态估算；电池安全芯片主要用于电池状态监控和电池单体均衡，避免出现过充、过放、过流和短路等故障；充电管理类芯片用于完成电压转换、调节，电池充电管理以及过压过流保护等功能。
资料来源：华经产业研究院，CSDN
资料来源：CSDN，赛微微电招股说明书
1.动力电池BMS需要高可靠、绝对安全
据头豹研究院和电车资源网，新能源汽车中，动力电池成本占比约40%。动力电池中BMS及热管理系统合计成本占比约10%，车用BMIC涉及AFE、MCU、主动/被动均衡电路、隔离与接口芯片等。部分国内企业已开始车用多节电池管理类产品的研发布局，但该市场仍被欧美等模拟龙头企业垄断，如ADI、TI、ST、英飞凌、NXP、瑞萨、松下等。
汽车动力电池相比手机电池多采用模组电池、大量电芯串并联，对汽车BMS 提出高难度要求。一辆电动汽车中，往往数百个锂离子电池通过串并联的方式连接以满足汽车电机的负载要求，驱动汽车行驶。一般来说，电动汽车的内部电池组电压不低于800V，通常各大厂商采用BMS解决方案来保证电池组的安全可靠以及性能。
资料来源：互联网
汽车BMS芯片技术门槛高，适当情况下需符合ASIL-D认证要求。为保证系统安全有效运行，电池管理芯片需要测量关键电池参数的端子电压、充电/放电电流和温度。测量性能比较严苛，对每个电池单元的测量精度需要达到：电压误差为几毫伏 (mV)，电流误差几毫安 (mA)，温度误差小于 1 摄氏度 (℃)。
汽车安全完整性等级 (ASIL)是由 ISO 26262道路车辆功能安全标准规定的风险分类方案，该标准改编自IEC 61508中关于汽车工业的安全完整性等级 (SIL) 规定。BMIC需要符合相关的安全标准，并能在适当的情况下达到 ASIL-D 汽车应用的认证要求，这是汽车领域最高、最严格认证级别。
2.车用BMIC主要硬件
AFE（模拟前端，Analog Front End Front End）模块实现电池信息采集、状态监测等功能，包含传感器接口、模拟信号调理（Conditioning，包括阻抗变换、程控增益放大、滤波和极性转换等）电路、模拟多路开关、采样保持器、ADC、数据缓存以及控制逻辑等部件的存以及控制逻辑等部件的集成组件。有些AFE还带有MCU、DAC和多种驱动电路和多种驱动电路。
电池均衡模块提升电池续航时间和循环寿命。均衡电路主要包括主动均衡、被动均衡。主动均衡是把电量最多的那节电芯多出来的电量转移给电量最少的那节电芯，或者转移给整串电池，实现能量回收。被动均衡是把电量最多的那节电芯多出来的电量通过电阻发热消耗掉。
计算单元（MCU等）实现控制、计算等功能，需要满足AEC-Q100、ISO26262等认证。以ADI 48V油电混合BMS系统为例，MCU起到继电器控制、SOC/SOH估计、均衡控制、电芯电压、电流、温度数据收集、数据存储等作用。相较于消费级和工业级MCU，车规级MCU行业壁垒更高。
隔离器件实现高低压模块间的电气隔离，可以将输入信号进行转换并输出，以实现输入、输出两端电气隔离的一种安规器件,技术路线包括光耦隔离和数字隔离。电气隔离能够保证强电电路和弱电电路之间信号传输的安全性，如果没有进行电气隔离，一旦发生故障，强电电路的电流将直接流到弱电电路，对电路及设备造成损害。另外，电气隔离去除了两个电路之间的接地环路，可以阻断共模、浪涌等干扰信号的传播，让电子系统具有更高的安全性和可靠性。高电压（强电）和低电压（弱电）之间信号传输的设备大都需要进行电气隔离并通过安规认证。广泛应用于信息通讯、电力电表、工业控制、新能源汽车等各个领域。
3.BMS是电化学储能系统重要组件
完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备构成。根据国际能源网等数据，储能系统的成本构成中，电池是储能系统最重要的组成部分，成本占比60%；其次是储能逆变器，占比20%，EMS（能量管理系统）成本占比10%，BMS（电池管理系统）成本占比5%，其他为5%。
资料来源：国际能源网
一个完整的储能系统BMS由电池组BMS、电池簇BMS及系统BMS组成，这种三级BMS的设计从最大程度上避免了电芯不均衡及其所导致的过充及过放。
电池储能系统BMS重点要做好两个方面，一是电池的数据分析和计算，二是电池的均衡。储能电站提供的电池管理系统具备双向主动无损均衡功能，均衡电流最大5A，均衡效率达到80%以上，同时能有效地筛选出性能异常的单体电池进行报警以便更换，能快速高效的改善电池组的一致性，提高电池组的使用效率及使用寿命，确保整个储能系统的正常运行。
资料来源：一览众咨询
资料来源：各公司年报、招股说明书
五、能源系统数字化
1.朗新科技：助力新型电力系统建设和能源互联网创新升级
A.能源数字化系统建设与服务。公司积极拓展新能源服务，为行业提供充电桩云平台、新能源运维平台等产品服务。①公司持续深耕用电服务核心业务系统，全面参与国网新一代能源互联网营销服务系统开发建设；②在能源互联网应用方面，公司积极拓展新业务，在电动汽车充电桩运营、综合能源服务、市场化售电等典型业务上形成了一系列成熟落地的解决方案和信息化平台支撑，并广泛开展了业务运营服务。
B.能源数字化平台运营与服务业务。公司的“新耀光伏云平台”以能源物联网技术为支撑，为众多分布式光伏电站更高效发电保驾护航。平台通过全面化监测、智能化告警、AI故障诊断、大数据分析、精细化运维等核心能力，以数字化、智能化的手段提高电站发电效率，实现“无人值班、少人值守”的低成本运营管理目标，最终实现光伏电站效益的最大化。自2015年朗新“新耀光伏云平台”启动建设运营以来，在国内的分布式光伏电站接入规模一直名列前茅，目前已累计接入各类光伏电站超过10,000座，装机容量近10GW，累计绿色发电139.79亿 kWh，累计减少二氧化碳排放1518.13万吨。
资料来源：朗新科技官网
2.国网信通：构建以新能源为主体的新型电力系统，优化云网融合业务
A.构建以新能源为主体的新型电力系统，实现源网荷储有效互动、能源优化配置，促进“双碳”目标落地。公司成立能源数字化创新中心，形成一批涵盖电源侧、电网侧和消费侧的产品及整体解决方案。
B.优化公司云网融合业务布局。综合政策及市场环境变化等因素，公司开展业务体系优化设计，扩充云网基础设施、企业数字化服务、电力数字化服务三大板块业务内容，形成以“数字底座+能源应用”为核心的“云网融合 2.0”业务布局。
资料来源：国网信通官网
3.恒华科技：电力能源行业全产业链一体化服务厂商
公司自成立至今始终深耕电力行业，经过公司20余年的深入探索与实践，现已成为国内为数不多的能够为电力行业提供全产业链一体化信息化服务的企业，相关产品及服务在电力行业已取得相对领先的市场地位。
随着公司设计板块、基建管理板块、配售电板块SaaS产品线的不断升级完善以及电+智联服务云平台行业影响力的稳步提升，公司现已形成覆盖电源侧、电网侧以及配售电侧的业务体系，积累沉淀了自主BIM核心技术，并将其应用在电网资产建设和管理的全生命周期，通过电网信息化三维协同设计，电网工程基于BIM技术的数字化交付，基于BIM技术的工程建设过程管控以及资产运行维护的可视化管理，实现了BIM在电网工程建设全周期的贯通。
资料来源：恒华科技官网
4.远光软件：能源产业ERP领先厂商，支撑国网新能源云平台建设
公司是国内主流的企业管理、能源互联和社会服务信息技术、产品和服务提供商，公司控股股东为国家电网全资子公司国网电商公司。公司专注大型集团企业管理信息化逾30年，主营产品与服务包括集团管理、智慧能源、智能物联、数字社会等。公司扎根能源电力行业，并在该行业企业管理软件领域长期处于领先地位。
2021年，公司支撑国网新能源云平台的“资源分布、用电客户”两个子平台建设，促进新能源科学规划与有序发展，提升风电、太阳能等可再生能源消纳水平。同时，公司结合自身优势布局光伏、风电等新能源领域，并积极将移动互联网、工业物联、区块链、人工智能、大数据等新兴技术应用于新能源领域。
六、投资机会分析
1.功率半导体之IGBT
国产的IGBT芯片或者模组，最早是以单管形式出现在国产电磁炉中。随着技术进步，逐步进入了空调变频器、工业变频器中。所以，我们可以看到国内工业变频器巨头英威腾和汇川，在斯达半导和宏微科技等公司上市之前就参股了。
如今，IGBT往光伏逆变器、数据中心UPS、储能逆变器、车载逆变器等应用方向发展。我们认为在当前环境下，依然存在一定的投资机会。由于IGBT芯片本身工艺比较复杂，而且无论是模组还是芯片，国产的产品与英飞凌的还有代际差，对于能够在海外找到优质Fab的创业公司而言仍然是存在一定机会的。同时，IGBT模组相较芯片更加偏向于应用且单价高，在中国双碳以及国内庞大市场的支撑下，相信还会有一批企业达到上市的标准。这类企业大多已经进入C轮，并通过车规标准进入车载，值得重点关注。
BMS芯片企业参与方分为两类，一类是以赛微微为代表的电池管理芯片，从消费电子、电动工具开始做起。从单节到多节，消费级到工业级。另一类是做MCU、隔离、ADC等起家的芯片企业，用自身原有的能力，往AFE赛道切。
建议两类企业都可以关注，具备双重能力的企业相对稀缺。该领域目前来看，优质企业往往处于A、B轮左右，为成长期阶段投资。
SiC是相对较新的赛道，4年前衬底和外延进入A、B轮，3年前芯片设计企业进入A、B轮。如今一批衬底企业已经IPO或者进入申报阶段。我们认为目前衬底类企业尚有少量机会，异质外延企业也有一定机会。对于设计公司而言，由于工艺的稀缺性，真正能够做到SiC mosfet的企业较少。
目前对于该赛道有双重利好因素：车规400V往800V切；衬底价格大幅下降。重点关注有供应链优势的，能拿到优质外延片的企业；在优质Fab有账号的企业；能够有能力授权或者自研工艺的IDM企业；有车规能力的企业。
参考资料
1.20211209-浙商证券-计算机行业：《拥抱“新能源+”系列研究之九：“数字新能源化”的两大变局》
2.20211222-东方证券-电子行业：《风光储及新能源车时代，逆变器核心的电子元器件深度受益》
3.20220303-方正证券-电子行业深度报告：《光伏IGBT功率半导体研究框架》
4.20220215-方正证券-碳化硅（SiC）行业研究框架：《“新能半导”大时代新核“芯”》
5.20220624-高盛-绿色的技术周期碳化硅（英译中）
6.20220519-安信证券-半导体行业深度分析：市场空间广阔，电池管理（BMSBMIC）芯片国产替代进程加速
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