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电量传感器行业研究

来源:国泰君安 2015-11-27 09:50:00打印

作者:冯宁宁

一、行业概况

1、行业基本情况

传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足后期的传输、处理、存储、显示、记录、控制等要求。在应用领域,传感器的作用就是感知环境中的各种变量变化——温度、湿度、电流、电压、磁度等,并将之转换为电信号或者其他信息形式,通过数据传输系统上传给数据库,为后续的数据分析提供数据支持,为未来的控制提供决策依据。传感器属于感知层感知信息的手段之一,与RDIF、机器视觉等设备和原件一起,起到收集数据的作用。

公司的电流、电压传感器又可称为霍尔传感器或电量传感器。霍尔传感器主要用于电流、电压的测量,应用领域主要为新能源发电(光伏发电、风力发电等)、新能源汽车、智慧电网等领域。目前霍尔传感器的下游领域各个产业链环节已经相当完整,参与的厂家众多,在此形势下,降低产品的生产成本成为下游厂家抢占市场占有率的有效方式。因此,霍尔传感器作为逆变器、控制器、伺服电机的核心检测元件,在要求产品稳定性和高精确电量计量工作的同时,霍尔传感器也将向微型化、集成化发展。

霍尔传感器具备较多优点,结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、频率高(可达1MHz)、耐震动,耐灰尘、油污、水汽、及盐雾等的污染和腐蚀。霍尔传感器根据原理和外形来分可分为开环和闭环传感器。

闭环霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,即闭环原理(也称磁平衡式霍尔),当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。原理图及外形如下所示:

 

开环霍尔电流传感器基于直测式霍尔原理,即开环原理(也称只测试霍尔),原边电流IP产生的磁通被高品质磁芯聚集在磁路中,霍尔元件固定在很小的气隙中,对磁通进行线性检测,霍尔器件输出的霍尔电压经过特殊电路处理后,副边输出与原边波形一致的跟随输出电压,此电压能够精确反映原边电流的变化。原理图及外形如下:

2、中国电量传感器行业的基本情况

(1)物联网市场规模不断扩大,联网设备高速增长

当前物联网产业的界限仍不统一,但综合来看,整体发展态势十分明朗。传感器作为物联网系统的感知层,物联网的发展带动联网设备高速增长。根据工业和信息化部数据,2014年我国整个物联网的销售收入达到6,000亿以上。近几年我国物联网产业发展的综合增长率达到30%以上,充分体现了物联网产业发展的强劲势头。尤其是智能制造领域的工业物联网以及智能交通领域的车联网,在未来市场前景良好,增长速度不断攀升。

数据来源:赛迪智库

(2)国产化需求带动传感器产业复苏

我国传感器产业整体素质参差不齐,就产业结构来看,高端产品的自给率仍然不足。截止2013年底,我国从事传感器产品的研发、生产及应用领域的企事业单位共2,000家左右,从事微系统研制、生产的企业有50多家,产品种类共计6,000多种,年产量总计40多亿只,市场销售额突破1,000亿元。但我国传感器小型企业占近七成,产品以低端为主,高端产品仍需进口。其中传感器成品进口率约为60%,传感器核心芯片约为80%,MEMS芯片则基本100%需要进口。

随着未来智能化电子产品不断涌现,物联网智能终端与整机产品制造市场稳定发展带动下,传感器产品国产化需求不断增大,为国内企业带来了巨大的发展空间。根据IC Insights预计2015年,我国物联网整体市场规模将达到7,500亿元,同时传感器市场规模有望达到1,200亿元以上。

(3)电量传感器市场份额逐步增长

传感器被广泛的应用,霍尔效应的电量传感器也随着市场的扩大,市场份额逐步增长。电量传感器在汽车、消费电子、国土安全、医疗保健和国防等方面都有专门应用。促进该类传感器市场增长的因素主要是新技术的发展,传感器的简易安装以及确保用户安全的电流隔离原则的使用。

预计2015年至2020年,霍尔效应电流传感器在消费性电子产品行业的复合增长率达到最高:由于灵敏度的提高,霍尔效应电量传感器被应用于汽车、消费电子、工业自动化、电信、建筑自动化、航空航天、国防。医疗和铁路等行业。得益于霍尔电量传感器成本效益、低功耗和空间的特点,预计在未来将被更大的采用。

2、全球电流传感器的行业情况

(1)全球物联网发展状况

2014年,IC Insights数据显示,具备联网及感测系统的物联网整体产值约483亿美元,同比增长21%,到2018年规模可望达到1,036亿美元。2013年至2018年复合增长率也将达到21%。具体如下图所示:

数据来源:IC Insights

(2)传感器领域发展现状

按照应用市场,物联网产业可分为智能工业、智能农业、智能物流、智能环保、智能电网、智能医疗、智能安防、特种装备等等,但由于界限模糊,对各细分领域统计规模较为困难。由于传感器是物联网的重要基础,传感器应用市场最终与物联网应用趋同。

2014年,消费类应用依然是传感器市场的主要推动力。根据Yole Development数据显示,占比最大的消费类应用规模达到59亿美元,占传感器产品市场的45%,到2019年预计超过100亿美元,年复合增长率约11.2%。而成长最快的医疗服务市场,将从2014年24.5亿美元增长至2019年的72亿美元左右,年复合增长率近30%。传感器根据应用市场划分如下图所示:

数据来源:Yole Development

二、行业所处的生命周期

我国于20世纪60年代开始涉足传感器制造业;1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位;1974年,中国第一个实用压阻式压力传感器;1978年,诞生中国第一个固态压阻加速度传感器;1982年,国内开始涉及微电子机械系统技术加工技术和绝缘体上硅技术的研究。

随着改革开放的落实,国外传感器厂商迅速进入中国市场,由于研发能力和生产工艺的落后,我国传感器的企业竞争力明显不足,不少企业在竞争中遭遇失败,部分企业不得不放弃研发而将重心转向生产以保证其经营。

目前,我国电量传感器行业属于行业生命周期的成长期,整个市场增长率稳定、技术渐趋定型。目前,国内传感器企业已经超过2,000家,主要集中于东部沿海地区,企业数量众多且分布集中。目前国内传感器企业绝大部分都是小型企业,技术能力有限且研发能力不足,传感器产品相对低端,也导致了低端产品市场竞争非常激烈。

三、行业市场规模及增长

霍尔效应的电量传感器应用的领域来看,电量传感器主要作为逆变器、变送器、伺服电机等核心元件存在,主要应用于电量传感器在汽车、消费电子、国土安全、医疗保健和国防等行业。其中目前而言,应用最广的领域是新能源领域、新能源汽车及电网领域。

根据上海仪器仪表协会的数据显示,霍尔效应的电量传感器市场在2015年规模达到7.372亿美元。截止到2020年,市场规模将达到11亿美元,期间年复合增长率达到8.5%。目前,开环霍尔效应电流传感器占有电量传感器市场的最大份额。未来来看,闭环电流传感器因其精度高、线性高、性能强、低温度漂移的特点,预计在接下来的几年被更多采用。

电量传感器行业作为全产业链的中游行业,下游行业的需求和电量传感器行业的发展息息相关,基于目前电流传感器行业应用最广泛下游行业规模发展情况来间接反映电量传感器行业的发展情况。

1、新能源发电领域的不断发展

目前从装机容量来看,截止2014年第,全国发电装机容量136,019万千瓦,同比增长8.7%。其中,水电30,183万千瓦;火电91,569万千瓦;核电1,988万千瓦;并网风电9,581万千瓦;并网太阳能发电2,652万千瓦。并网太阳能发电、风电、核电14,221万千瓦,占比10.46%。具体如下图所示:

数据来源:中国能源局

从新增发电设备容量来看,2014年,全国基建新增发电设备容量10,350万千瓦,其中,水电新增2,185万千瓦,火电新增4,729万千瓦,核电新增547万千瓦,并网风电新增2,072万千瓦,并网新增光伏容量为1,052万千瓦,新能源占新增发电设备容量的比重为35.47%。

总结以上数据,新能源发电量10.46%,而新增装机容量占比高达35.47%。所以我们可以看出,新能源发电正处于快速建设期。电量传感器作为逆变器的核心元件,随着新能源发电领域的不断发展,电量传感器的发展也将不断加快。

2、新能源汽车领域的不断发展

目前,全球能源和环境系统面临巨大的挑战,汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户,需要进行革命性的变革。目前全球新能源汽车发展已经形成了共识,从长期来看,包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动将是新能源汽车的主要技术方向,在短期内,油电混合、插电式混合动力将是重要的过渡路线。

2001年,我国“863”项目共投入20亿元研发经费,形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线,以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术的电动汽车研发格局。

从去年开始,面对空气质量的不断恶化,新能源的推广力度也在不断加强。从地方的推动到中央的重视,新能源汽车的各项优惠政策接踵而至。2014年,中国新能源汽车共计生产7.85万辆,销售7.48万辆,比2013年分别增长3.5倍和3.2倍;其中纯电动汽车产销比上年分别增长2.4倍和2.1倍。

2015年5月8日,工信部正式披露了《中国制造2025》,其中节能与新能源汽车成为十大重点发展领域之一,而自主品牌则成为实现我国新能源汽车产业加速发展的主力军。预计2015年中国新能源汽车产量将达到20万辆。同时根据《中国制造2025》路线图,2020年中国新能源汽车的销量将达到汽车市场需求总量的5%以上;自主新能源汽车年销量突破100万辆,市场份额达70%以上,进入全球销量排名前十。

新能源汽车领域的不断发展,将推动电量传感器行业的不断发展。

3、智能电网领域的不断发展

2012年3月27日中国科技部编制发布的《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》中指出建设智能电网有助于解决能源与电力的战略需求:改善电网资源配置能力、促进清洁能源跨越式发展、维持电网安全稳定运行、满足用户多元化需求(如分布式电源接入、电动汽车充放电等)、提高能源利用效率、提高电网关键技术水平和装备水平。

从目前国家电网每年在智能电网的投资来看,达到3,000亿元左右。国家电网自“十一五”以来已投资2.5万亿元,“十一五”期间平均每年不到3,000亿元,“十二五”前四年每年约3,500亿元,预计2015年在智能电网上的投资可能超过5,000亿元。国家规划在2020年前后,我国将大面积新建和完善智能电网,所以,“十三五”期间智慧电网的投资仍会保持高位。

在智慧电网建设中,除了智慧变电站的改造升级和新建外,特高压输变电系统的构建也极为关键。特高压输变电系统是远距离大容量输送,推动资源优化配置的关键。在“十二五”期间,国家电网投资了5,000亿元,建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵”特高压骨干网架和13回长距离支流输电工程,初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。

预计在2020年前,国网将投资9,000亿到10,000亿元来建设特高压,随着特高压工程的加速推进,将带动电源和相关产业投资1.7万亿元。截止2013年,智慧电网领域企业数量稳步上升,与2005年相比,智慧电网企业数量已经呈双倍增长,达到129家。

数据来源:腾讯网

中国的前三大智能电网企业分别为国电南瑞科技股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、思源电气股份有限公司。其中国电南京自动化股份有限公司子公司国电南自新能源工程技术有限公司是公司客户。所以,随着智能电网的不断发展,将为电量传感器行业带来不断的发展动力。

 


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