Дефицит полупроводниковых компонентов и его влияние на электроэнергетику

  • 662
  • Поделиться
  • Пожаловаться

Замедление экономики в результате пандемии коронавируса, казалось бы, должно было привести к значительному превышению предложения товаров на рынке над спросом. Но реальность преподнесла нам сюрприз — в обиход вернулось слово «дефицит», сначала применительно к полупроводниковым компонентам, а потом и к некоторым устройствам, где они используются. К августу 2021 г. ситуация стала уже критической, хотя одновременно появилась надежда на ее улучшение. Давайте разберемся, что стало причиной такого странного, на первый взгляд, явления и какое влияние оно окажет на развитие электроэнергетической отрасли.

Управляющий микрочип
Наибольший дефицит характерен для управляющих чипов

Во-первых, для производства электронных компонентов мало только очистить полупроводник (например, кремний) от примесей. Необходимо, чтобы вещество имело идеальную структуру без дефектов кристаллической решетки. Для этого изготавливают большие монокристаллы, которые потом нарезают на тонкие пластины. Процесс изготовления монокристалла называется выращиванием. Для наиболее часто используемого в современной электронике полупроводника кремния скорость роста составляет порядка 1 мм/сутки, поэтому на выращивание кристалла уходит 1-2 месяца. Более «экзотические» полупроводники могут выращиваться с еще меньшей скоростью.

Жесткий карантин длился в Китае около 3 месяцев, на это время установки по выращиванию полупроводниковых кристаллов в «мировой фабрике» были остановлены. Плюс еще потребовалось два месяца на выращивание кристаллов после возобновления работы установок. Итого в 2020 г. у китайских производителей полупроводников произошел сдвиг графика выпуска продукции как минимум на 5 месяцев (!) относительно плана. И, кстати, быстро увеличить производство монокристаллов, просто докупив соответствующие установки, не получится, поскольку они изготавливаются под заказ, ждать выполнения которого также приходится несколько месяцев.

Пластины для производства чипов
Пластины для производства чипов нарезают из монокристаллов полупроводника, которые выращивают 1-2 месяца

Во-вторых, с эпидемиями такого масштаба мир не сталкивался больше века. Прежний опыт оказался неприменим, поскольку в начале XX века был совершенно иной уровень развития высокотехнологичной промышленности. Поэтому не было возможности адекватно осуществить планирование работы заводов. В начале 2020 г. существовало представление, что проблемы в экономике, вызванные пандемией, неизбежно приведут к снижению спроса на электронные компоненты. Но все пошло по иному сценарию — пандемия подстегнула процессы цифровизации, в результате спрос на электронику только вырос. Кроме этого спрос стимулировался и мягкой кредитно-денежной политикой, которая стала проводиться по всему миру. В отличие от других сфер деятельности, электронная промышленность устроена таким образом, что плавно снизить или нарастить производство чипов практически невозможно. Есть только возможность законсервировать на время целую производственную линию, когда планируется снижение спроса. Собственно, это и было сделано на многих предприятиях в начале 2020 г. Потом потребовалось много времени, чтобы производственные линии расконсервировать, плюс еще 2 месяца на выращивание кристаллов.

В-третьих, Китай в 2021 г. неожиданно столкнулся с проблемой нехватки электроэнергии, особенно обострившейся к августу. Дело в том, что исторически основой электроэнергетики Китая всегда была угольная генерация. Это является сейчас серьезной проблемой, поскольку производимая в Поднебесной продукция имеет большой углеродный след, что активно используется на Западе как способ «попридержать» нового экономического лидера. К тому же, значительную часть угля Китай импортирует из Австралии, отношения с которой в последнее время ухудшились. Таким образом, давно назрела необходимость отказаться от угля. Китайские власти решили использовать связанное с пандемией падение спроса на электроэнергию в 2020 г., чтобы уменьшить объем угольной генерации. Но в 2021 г. неожиданный рост спроса на электроэнергию застал власти врасплох. Многие угольные электростанции уже закрыты, а новые мощности экологически чистой генерации еще не введены в строй. В результате Китай столкнулся с веерными отключениями электроэнергии, затронувшие в том числе и предприятия электронной промышленности.

Не только полупроводники

Помимо полупроводниковых компонентов, мир в 2021 г. столкнулся и с нехваткой таких важных для электроэнергетики деталей как конденсаторы. Например, они применяются в выпрямителях, инверторах, драйверах светодиодных светильников и т. п. устройствах. Причины здесь кроются, опять-таки, в ложных гипотезах о спаде рынков в результате пандемии, а также в высокой степени монополизации данного сегмента рынка. Примерно 50 % мирового рынка конденсаторов принадлежат японским компаниям Chemi-Con, Nichicon и Rubycon. Причем японцы любят размещать свои заводы в Малайзии, где в июле и августе 2021 г. был жесткий карантин с закрытием предприятий Chemi-Con и Nichicon. По некоторым оценкам, снижение поставок от этих производителей достигло 60 %.

Нарастить производство конденсаторов проще, чем полупроводниковых чипов, тем не менее, отставание от графика поставок составляет в итоге не менее 3 месяцев. Чтобы сократить его, конденсаторы из Малайзии доставляю теперь не по морю, а по воздуху, самолетами, что резко увеличило цены на них.

От конденсаторов во многом зависят качество, надежность и безопасность электрооборудования. Есть опасность, что в результате возникновения дефицита конденсаторов недобросовестные производители будут упрощать конструкцию своей продукции, например, выпускать светодиодные светильники с большим уровнем пульсации светового потока, что небезопасно для здоровья людей.

Что исчезло из продажи или подорожало?

Наибольший урон от проблем с выпуском полупроводников был нанесен солнечной энергетике. По данным информационного агентства Bloomerg, с января по август 2021 г. цены на солнечные панели выросли на 16 %. Причина очевидна — наиболее эффективные солнечные панели делают из монокристаллического кремния, который сейчас в дефиците. Тем не менее, и более дешевые поликристаллические солнечные панели тоже подорожали, потому что поликристаллы также производят методом выращивания, на что требуется много времени.

Солнечные панели
С января по август 2021 г. цены на солнечные панели выросли на 16 %, что снизило рентабельность солнечной энергетики

Наблюдается и дефицит мощных полупроводниковых компонентов. Конкретной статистики пока нет, но, по данным агентства Bloomberg, компания Toshiba прогнозирует дефицит силовой электроники до сентября 2022 г., причем заказы от некоторых клиентов она сможет выполнить только в начале 2023 г.

Интересная ситуация складывается и на рынке электромобилей. Как известно, в 2021 г. даже в США возникли большие очереди за самыми обычными автомобилями, поскольку в них используются управляющие чипы, ставшие дефицитом. Важно, что эти чипы применяются не только в автомобилях, но и в компьютерных системах, спрос на которые, в связи с повсеместной цифровизацией, вырос. В августе 2021 г. аналитическое агентство Canalys опубликовало данные, согласно которым рынок обычных электромобилей в первом полугодии 2021 г. хоть и вырос относительно аналогичного периода предыдущего года более чем на четверть, но показателей 2019 г. все еще не достиг. Очевидно, дефицит автомобилей из-за нехватки управляющих чипов здесь сыграл свою роль. Но что мы имеем с электромобилями? Согласно тому же отчету, в первой половине 2021 г. в мире было продано 2,6 млн электромобилей, что на 160 % выше, чем за тот же период годом ранее. Напомним, что даже в 2020 г. рост продаж электромобилей по итогам года составил 5 %. А как же дефицит полупроводниковых компонентов?

Ларчик открывается просто — за первое полугодие 2021 г. во всем мире, по данным агентства LMC Automotive, было продано чуть более 42 млн автомобилей разных систем. Таким образом электромобили в штучном изменении составляют около 6,2 % от общего рынка. В общем спросе на управляющие чипы электромобили «погоды не делают». Нет, конечно, в электромобиле обязательно применяются микропроцессоры, мало того, в отличие от обычного, он не сможет без них ездить. Тем не менее, об остановке производства электромобилей из-за нехватки управляющих чипов ничего не слышно.

Рискнем предположить следующее о причинах данного парадокса. Рынок электромобилей не такой конкурентный, как рынок традиционных авто. Соответственно, есть возможность закупать управляющие чипы для электромобилей на более привлекательных для поставщиков условиях. Что же касается силовой электроники (IGBT, MOSFET на карбиде кремния), то здесь нет ажиотажного спроса. Рост альтернативной энергетики, где применялись эти компоненты, замедлился из-за роста цен на солнечные панели.

Пути решения проблемы

Сейчас проблему нехватки полупроводниковых компонентов пытаются решить, просто наращивая производство в Китае. Но это тупиковый путь — когда-нибудь рынок насытится, что может привести к разорению ряда китайских предприятий. В нынешних условиях от этого пострадают экономики и других стран.

Системно проблему можно решить, если отказаться на глобальном уровне от сверхцентрализации производства электронных компонентов. Уже сейчас предпринимаются меры по возвращению электронной промышленности в США и страны Евросоюза. Да и в России активно предпринимаются меры по возрождению отечественной электронной промышленности. Децентрализация с размещением производства электроники вблизи рынков сбыта позволит защититься от глобальных сбоев в будущем.

Источник: Elec.ru. Иллюстрации: фотобанк Depositphotos.com

Васильев Алексей Владимирович
Все новости и публикации пользователя Васильев Алексей в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Лента публикаций