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功率控制电源行业概况研究

功率控制电源行业概况研究

1、电力电子设备行业概况

(1)行业基本概念

电力电子设备是利用各种电力电子元器件或这些器件所构成的电路或装置,

来完成电能的变换和控制,使来自电网或电池的电能转换成不同性质、不同用途

的电能,以适应各种用电需求的现代工业电气化基础设备,具有广泛的市场基础。

电力电子设备制造业是一门新兴产业,涉及多学科、多领域前沿科学知识,它综

合了高压电器制造技术、变流技术、仿真技术、计算机技术、微电子技术、自动

化控制技术、材料科学技术、机械设计技术等,这些技术的进步将推动电力电子

产品的性能和可靠性的提高。

电力电子设备可分为四种基本类型:

将交流电变为直流电的整流设备、将直

流电变为直流电的直流斩波设备、将交流电变为交流电的交流电力控制设备和变

频设备以及将直流电变为交流电的逆变设备。

电力电子设备的具体产品种类很多,用于输出直流电能的有蓄电池充电器、

开关电源、各种直流稳压和调压设备。

用于交流输出的有通用和专用变频器、软

起动器、不间断电源UPS等。

各种电力电子开关产品、功率控制器(调功器)也属于电力电子设备。

(2)行业发展现状

电力电子元器件技术的发展带动了电源技术的发展,而电源技术的发展有效

地促进了电源工业的发展。

迄今为止电源制造业已成为非常重要的基础工业,并

广泛应用于各个行业部门,其发展趋势为继续向高频、高效、高密度化、低压、

大电流化和多样化发展,而封装构造、外形尺寸都趋向国际标准化,以适应全球

一体化市场的采购需求。

电力电子设备是完成电能变换和功率传递的重要设备,如今已广泛应用到农

业、动力、交通、运送、信息、航空、航天、航运、国防、教学等领域。

近年来,

随着中国宏观经济的持续高速发展,社会生产和人民生活水平的不断提高,以及

社会电气化程度的逐步提升,电源产业总体上一直保持平稳增长,且应用领域不

断扩展,新能源发电、新能源汽车、智能制造、智能电网、数据中心等新兴应用

领域为电源产业的发展提供了新的动力,这些行业的发展又对电力电子设备提出

了诸如节能、节材、缩体、减重、避免污染、改进环境、牢靠、安全等新的要求,

进而推动了电源工业的发展。

近年来,国民经济的持续发展、节能减排的驱动、产业政策的扶持、战略安

全的需要、全球化趋势,助推着我国电力电子产业快速发展。

根据中国电源学会

《中国电源行业年鉴》统计,2017年中国电源产业的产值规模呈现出良好的发

展态势,同比增长12.90%,总产值达2,321亿元。

随着新一代电力电子器件出现和电力电子技术及应用水平的发展,在节能减

排、智能电网、高端装备等产业政策的引导下,电力电子设备行业将迎来持续发

展阶段,为我国国民经济和国防现代化发展提供有力保障。

2、功率控制电源行业发展概况

(1)行业基本情况

功率控制类电源产品主要包括系列功率控制器与功率控制电源系统。

功率控

制器是采用电子、微电子技术,通过IC芯片、电子元器件组成控制单元,结合

电力电子器件(晶闸管或IGBT),以实现对负载的电流、电压、功率、频率的

有效调节。

其控制原理如下:

我国功率控制电源诞生之初主要应用于传统工业的热工设备热场温度控制

领域。

2000年以前,受限于产品本身技术水平较低和传统工业所需控制精度不

高的现实,尽管功率控制电源广泛应用,但主要为中低端产品,少量高端需求依

靠进口,市场规模较为有限。

2000年以后,随着传统工业升级换代及单晶硅、多晶硅、蓝宝石、玻璃玻

纤(含TFT液晶玻璃基板)、核电等新能源、新材料行业迅速增长和我国相关产

业技术水平的不断提升,可控气氛炉、真空炉、感应炉等中高端用热设备得到了

较快发展,同时大功率晶闸管和IGBT等全控型器件也在近年得到广泛应用,功

率控制设备从以往调功器等单体设备逐步发展为具备数字化、集成化、智能化的

大型功率控制系统。

目前,传统工业用低端功率控制电源仍在应用,但结构简单、控制精度较低

的功率控制电源将被逐步取代,大型成套、节能、控制精度高的功率控制电源目

前已广泛应用于新能源、新材料行业,并在传统工业升级换代过程中迅速发展。

目前我国功率控制电源供应市场的优势企业不多,中高端产品供应市场集中

度较高,低端产品较为分散。

(2)行业市场容量及应用状况

我国功率控制电源设备逐渐发展成为热工设备运行的重要配套装备和独立

产业,大量落后热工设备的改造升级需求以及新材料、新能源行业的成长和装备

制造水平的整体提升,推动着我国功率控制电源设备市场规模不断扩张。

目前,我国功率控制电源产品广泛应用于太阳能光伏(多晶硅、单晶硅)、

蓝宝石、玻璃玻纤(含TFT液晶玻璃基板)、光纤拉丝、电解铝箔、电解铜箔为

代表的新能源、新材料领域以及以钢铁冶金为代表的传统工业领域。

①太阳能光伏行业

光伏产业是基于半导体技术和新能源需求而兴起的朝阳产业,是未来全球先

进产业竞争的制高点。

太阳能光伏产业是我国国家战略性新兴产业之一,在产业

政策引导和市场需求驱动的双重作用下,我国光伏产业实现了快速发展,已经成

为我国为数不多可参与国际竞争并取得领先优势的产业。

近年来,光伏产品生产

成本持续下降,为光伏平价上网及大规模推广应用奠定了坚实基础。

在光伏行业,目前存在晶硅与薄膜太阳能电池两种主流技术路线,由于晶硅

技术路线成熟度高,当下大部分光伏企业倾向于晶硅技术路线。

在晶硅光伏领域,

功率控制电源在太阳能光伏行业中的应用主要体现在太阳能硅材料的两个主要

获取环节中:

一是还原提纯环节;二是晶体生长环节。

在太阳能硅材料生产的各

个环节中,因生产环境复杂、温度稳定性要求较高、生产周期长等特点,对相关

生产设备要求较高,尤其是对功率控制设备的能量供给、控制精度、稳定性等指

标要求严格,一般要求其在大功率、大电流条件下连续工作几十甚至几百小时,

并保持炉内温度稳定。

目前,功率控制电源在多晶硅还原炉、硅芯炉、铸锭炉以

及单晶硅生长炉、区熔炉温度控制方面得到了广泛应用。

在薄膜光伏领域,当前已经实现商业化的薄膜太阳能电池主要有碲化镉薄膜

太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池、非晶体硅薄膜太阳能电池。

在技

术方面,还存在多晶硅薄膜、微晶硅薄膜、砷化镓薄膜、钙钛矿薄膜等多种薄膜

技术路线。

近两年来,在铜铟镓硒领域,先后涌入了中国神华集团、中国建材集团旗下

凯盛集团等有着巨大资本实力的新进入者,汉能集团因其在2012至2014年间先后收购了德国Solibro、美国MiaSolé、GlobalSolarEnergy(GSE)、AltaDevices等薄膜太阳能技术公司,成为目前全世界规模最大的薄膜太阳能公司。

依托扎实的功率控制技术基础,公司功率控制直流电源产品于2018年在铜铟镓硒(CIGS)太阳能薄膜材料生产环节取得突破,与汉能高科技能源(香港)股份有限公司所属全资子公司北京精诚铂阳光电设备有限公司、贵州汉能装备科技有限公司签署了较大金额的产品销售合同。

2017年以前,光伏行业需求受国家产业政策影响较大,行业呈现明显的政

策性波动特征。

2017年以来,分布式光伏的发展平滑了光伏行业需求的波动。

光伏发电目前处于平价上网前的过渡期,已呈现出周期性收敛(需求波动明显趋

缓)、成长性增强的特征。

2018年5月31日,国家发改委、财政部、能源局联合发布了《关于2018年

光伏发电有关事项的通知》,要求降补贴、限规模。

光伏“531新政”的出台标

志着光伏平价上网的时代已被激活。

基于光伏“531新政”,中国光伏产业联盟

(CPIA)预测2018-2025年国内光伏新增装机容量情况如下:

可以预见,在短期内,没有掌握核心技术和成本优势的部分小型制造企业将

被加速淘汰出局。

产业的优胜劣汰催促光伏行业从政策培育期走向竞争阶段的自

然市场,促进行业资源向优质企业集中,将进一步巩固我国光伏产业在全球的领

先地位,培育更多世界级光伏制造领军企业。

随着光伏发电成本的不断下降,光伏发电有望在2020年实现平价上网,光

伏行业将摆脱国家补贴波动,凭借其对比其他能源的优势,成长性将进一步凸显。

2018年10月18日,国家可再生能源中心发布《中国可再生能源展望2018》指出:

“随着发电经济性的提高,下个10年中国将迎来光伏与风电大规模建设高峰。

新增光伏装机容量约80-160GW/年,新增风电装机约70-140GW/年。

到2050年,风能和太阳能成为我国能源系统的绝对主力”。

A.多晶硅

多晶硅作为太阳能光伏产业和半导体产业重要基础材料,随着2005年以

来我国光伏产业发展推动而逐步发展,历经产能过剩、淘汰兼并等过程后,行业

集中度不断提升。

2009年国发38号《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康

发展若干意见的通知》将多晶硅归入了产能过剩行业“黑名单”;2011年11月,

美国商务部正式立案对产自中国的太阳能电池进行“双反”调查,光伏及多晶硅

产业市场备受打击。

2013年国务院发布国发24号《关于促进光伏产业健康发

展的若干意见》,支持企业兼并重组,提高多晶硅等原材料自给能力和光伏电池

制造技术水平,积极开拓光伏应用市场,使多晶硅生产企业运营情况逐渐恢复。

2015年,我国陆续颁布多项产业政策支持国内光伏产业的发展。

2017年,

我国光伏发电新增装机容量约53.06GW,累计装机容量约130.25GW,超额完成国家发展改革委、国家能源局《电力发展“十三五”规划》和《太阳能发展“十三五”规划》拟定的“到2020年底太阳能发电装机达到110GW以上”的发展目标。

在全球光伏市场,根据中国光伏行业协会数据,2017年全球光伏新增装机容量102GW,中国光伏年新增装机量已达全球装机量的一半以上,系全球第一大光伏市场。

新增装机量中,2017年我国光伏电站装机33.62GW,同比增长11%,分布式光伏装机19.44GW,同比增长370%,占累计分布式光伏装机的65.64%(截至2017年底,我国分布式光伏累计装机29.66GW)。

可见,2017年是我国光伏行业分布式光伏装机发展突破元年。

2018年1-6月,我国光伏发电装机新增24.30GW(累计装机容量达154.55GW),其中集中式光伏电站新增装机12.06GW,分布式光伏新增装机12.24GW。

分布式光伏适合安装在工业园区、经济开发区、大型工矿企业以及商场学校

医院等公共建筑屋顶,与交通、家居、建筑等领域跨界融合。

预计未来分布式光

伏还会与售电、储能及新能源汽车充电等领域相结合,市场发展潜力巨大。

此外,国家推行“一带一路”建设为我国光伏产业开辟了新蓝海。

“一带一

路”沿线多数为发展中国家,电力基础设施比较差、天然能源少、火电价格高,

同时很多地区光照资源丰富,是发展光伏的理想地。

国家先后发布了《推进“一

带一路”建设科技创新合作专项规划》、《推动丝绸之路经济带和21世纪海上

丝绸之路能源合作愿景与行动》,积极推动沿线各国能源合作。

另一方面,欧盟

已正式取消自2013年起对中国产太阳能光伏电池和组件征收的反倾销和反补贴措施,并结束了中欧光伏最低价格承诺协议(MIP),“一带一路”建设及欧洲

光伏市场为中国光伏产业提供了新的增长空间。

根据国际能源网统计数据显示,2015年我国多晶硅产量16.5万吨,同比增长21%;2016年19.4万吨,同比增长17.5%;2017年24.2万吨,同比增长24.7%,占全球多晶硅总产量的56.02%。

尽管如此,2017年,我国仍进口多晶硅达15.90万吨,2018年1-6月,进口多晶硅6.7万吨。

2011年到2017年全球及中国多晶硅产量、增长率情况如下:

光伏“531”新政对新增光伏电站、电池组件企业有着直接的影响,对多晶

硅、单晶硅生产企业有间接影响。

由于我国仍为全球最大的多晶硅、单晶硅进口

国,仍存在着较大的进口缺口,光伏“531”新政对多晶硅、单晶硅生产企业及

其上游的影响相对较弱。

截至2017年末我国超过万吨级产能的多晶硅企业有10家,分别为江苏中

能硅业科技发展有限公司(7.4万吨/年)、新特能源股份有限公司(3.6万吨/

年)、新疆大全新能源股份有限公司(2万吨/年)、四川永祥股份有限公司(2

万吨/年)、洛阳中硅高科技有限公司(1.8万吨/年)、亚洲硅业(青海)有限

公司(1.5万吨/年)、新疆东方希望新能源有限公司(1.5万吨/年)、江西赛

维LDK太阳能高科技有限公司(1万吨/年)、内蒙古盾安光伏科技有限公司(1

万吨/年)、江苏康博新材料科技有限公司(1万吨/年),这10家企业的产能

合计占据国内总产能的77.4%,2017年全年产量占比达到82.6%。

长远来看,随着平价上网时代来临,我国光伏产业发展将长期向好。

B.单晶硅

单晶硅即硅的单晶体,由高纯度的原料多晶硅在单晶炉内拉制而成。

单晶硅

按晶体生长方法的不同,分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)。

直拉法主要用于太

阳能级、电子级单晶硅生产,区熔法主要用于电子级高压器件单晶硅生产。

直拉

法在单晶硅材料生产中应用最广,我国90%以上单晶硅由直拉法制备。

目前大

多数的半导体材料都是电子级单晶硅,长期以来,我国的电子级单晶硅来源主要

依靠进口解决。

单晶硅一直未成为光伏行业主流,主要原因是单晶硅拉晶成本高于多晶硅铸

锭成本,导致单晶硅组件价格略高于多晶硅组件。

近年来,我国大型光伏地面电

站建设有逐渐被分布式光伏电站取代的趋势,随着单晶硅企业在成本控制和产品

转化率上不断突破,光伏发电投资者会越来越关注光伏发电的度电成本,而不是

每瓦装机成本。

基于单晶硅在分布式光伏发电上所具有的优势,有市场分析认为,

单晶硅需求将大幅增长,会将自身光伏电站30%的单晶比例快速提高到60%以上,市场需求量有望超越多晶硅。

在配套工业电源方面,在单晶硅替代多晶硅的过程中,可能存在单晶炉替代

多晶铸锭炉的需求,从而带动公司单晶炉电源产品销售。

C.太阳能薄膜材料

因技术路线不同,太阳能薄膜材料种类较多。

当前已经实现商业化的太阳能

薄膜材料主要有碲化镉薄膜、铜铟镓硒(CIGS)薄膜、非晶体硅薄膜等。

2017年9月,国务院发布的《关于支持山西省转型发展》的意见中明确提出,布局薄膜太阳能等移动能源产业,打造移动能源领跑者。

2018年4月,工信部等六部委联合发布的《智能光伏产业发展行动计划(2018-2020年)》中明确提出,推动先进光伏产品与消费电子、户外产品、交通工具、航空航天、军事国防等结合,鼓励发展丰富多样的移动产品。

鼓励和支持薄膜太阳能技术、移动能源技术和产业发展。

CIGS薄膜太阳能电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特

点,光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首,接近晶体硅太阳电池,而成本则

是晶体硅电池的三分之一,被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳

电池”。

此外,该电池易形成良好的背电极和高质量的PN结,且较容易制成柔

性组件,具有柔和、均匀的黑色外观,适用于玻璃幕墙等对外观有较高要求的现

代化大型建筑等。

目前,CIGS薄膜太阳能电池的实验室转换效率已达21.7%,组件全面积转换效率已接近16%,其产业化技术也在逐步完善。

随着此技术大规模生产后良品率提升,国产化改进优化后生产成本降低,将越来越具有竞争力。

太阳能薄膜材料因其种类不同,其生产工艺及所需的工业电源也有所不同。

公司目前在铜铟镓硒(CIGS)薄膜材料生产领域的电源设备有所突破,实现了相关

电源产品的进口替代。

②半导体等电子材料

电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料,包括半导体材料、介

电材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料、光电子材料、电

磁波屏蔽材料以及其他相关材料。

公司应用于半导体等电子材料的电源产品主要用于该等材料生产设备的电

源控制,参与该等电子材料生产的工艺过程,通过对电源的输出电压、输出电流、

功率和频率的控制实现对该等电子材料生产过程的温度控制,达到精确恒定温度

的目的。

在半导体材料领域,公司产品主要应用于上游原料生产设备,如电子级

多晶硅(主要用于制备电子级单晶硅)、电子级单晶硅生产设备以及LED用蓝宝

石、LED外延片生产设备。

公司产品在电子级多晶硅、电子级单晶硅生产设备中的应用与光伏行业类似,主要为还原提纯类电源和晶体生长类电源,但产品控制精度要求更高;在LED用蓝宝石、LED外延片生产设备中,公司产品主要为宝石炉电源、感应加热电源及PD系列特种电源。

在光电子材料领域,公司产品主要为DD系列直流电源,用于光纤拉丝。

导电金属及其合金材料领域,公司产品主要为化成电源、腐蚀电源、电解铜箔电

源,主要用于电子铝箔和电解铜箔生产。

A.半导体行业

半导体产业处于电子产业的前端,其制造水平决定了一个国家电子产业的水

平。

据美国半导体产业协会(SIA)发布的数据显示,2017年全球半导体销售

额4,122亿美元,增速为21.6%。

半导体可以分为四类产品,分别是集成电路、

光电子器件、分立器件和传感器,其中规模最大的是集成电路。

在集成电路领域,

2016年全球集成电路行业除设备业增速13%外,设计、制造、封测、材料市场规模增长率均小于10%。

我国半导体产业薄弱,但需求巨大,近年来发展较快。

根据中国半导体行业协会统计,2017年我国集成电路销售额达到5,411.3亿元,同比增长24.8%。

预计未来几年内,中国仍是全球最大的集成电路市场,且将保持20%左右的年均增长率。

在半导体设备领域,由于半导体生产工艺复杂,技术精细,半导体制造对半

导体设备和材料的要求非常苛刻。

我国半导体高端设备制造是近年来才取得突破

的新技术领域,虽然在先进制造工艺上与国际领先企业还存在一定技术差距,但

对于打破国外的技术封锁和技术垄断意义重大。

在与半导体生产设备配套的电源

产品方面,公司目前在电子级多晶硅、电子级单晶硅及LED半导体领域取得一

定突破。

公司将密切跟踪国内半导体行业主要设备供应商如中微半导体、晶盛机

电、北京北方华创微电子装备有限公司等的技术趋势及产品导向,依托公司成熟、

高效的技术平台研发更多优质可靠的产品,提高市场占有率和行业影响力。

中国

半导体设备产业的蓬勃发展及相关产品的进口替代,为公司产品在半导体行业应

用提供了广阔的市场空间。

目前公司为半导体行业提供的产品,主要是为电子级

多晶硅、电子级单晶硅及LED用蓝宝石生产提供的功率控制电源产品,以及为

LED外延片生产设备配套的特种电源产品--PD系列可变编程直流电源。

半导体LED有较长的产业链,包括上游基板及外延片生长、中游芯片制造、

下游芯片封装及应用领域,每一领域的技术特征差异较大。

LED衬底又称基板或支撑衬底,是LED外延片生长的基板,在生产和制作过程中,起到支撑和固定的作用。

为保证外延层的生长或芯片的品质,基板与外延层的特性配合要求严格。

对于制作LED芯片来说,衬底材料的选用是首要考虑的问题。

目前,LED衬底的可选用材料分别有:

蓝宝石、SiC(碳化硅)、Si(硅)、ZnO(氧化锌)、GaN(氮化镓)等。

其中:

蓝宝石衬底通过改善晶格导电性能、机械性能、导热性能等指标后,性价比优势明显,目前蓝宝石衬底在LED产品市场占有率高达90%。

随着LED产业的高速发展,蓝宝石晶体市场需求持续提高,尤以占市场份额70%的泡生法工艺生产的蓝宝石晶体为主。

在蓝宝石晶体材料生产过程中,因炉内蓝宝石长晶和退火过程对温度变化非常敏感,采用高精度工业电源对炉体热场系统进行精准控制成为必然要求。

LED芯片厂商大多都涉及LED外延片生产领域。

外延生长的基本原理是:

在一块加热至适当温度的衬底基片上,气态物质In(铟),Ga(钙),Al(铝),P

(磷)有控制的输送到衬底表面,生长出特定单晶薄膜。

目前,LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法(Metal-OrganicChemicalVapor

Deposition,简称MOCVD)。

MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。

LED外延片生产要求电源能够根据负载变化进行电流电压无扰切换,具备功率密度大、高稳定度、高控制精度、快速响应等特性,同时对温度控制精确性要求极高,在1400℃的高温环境下温度控制精度要求误差达到1℃以内甚至更低。

长期以来,LED外延片生产所需电源完全依赖进口,公司经过多年研发,在2015年实现PD系列可变编程直流电源产品定型并投入小批量生产、2016年完成技术升级,2017年大批量生产并实现进口替代,成为国内较少能够生产该类电源产品的供应商,具有较强的市场竞争力。

根据国家半导体照明工程研发及产业联盟的统计数据,2006到2016年期

间,包括LED外延芯片、LED封装及LED应用在内的LED产业整体市场规模从356亿元增长至5,216亿元,年均复合增长率超过28.75%2。

在照明和显示屏应用需求持续提高带动下,我国LED行业未来仍将保持较快的发展速度,市场前景良好。

据高工产业研究院LED研究所(GGII)数据显示,2017年中国LED行业总体规模6,368亿元,同比增长21%。

LED产业发展对LED蓝宝石、LED外延片的需求迅速增长,进而促进蓝宝石生产设备、LED外延片生产设备(MOCVD)需求的增长,为公司产品在LED半导体行业应用提供了良好的市场机会。

B.光纤行业

在光纤行业公司产品为DD系列直流电源,主要用于光纤拉丝。

光纤是光

导纤维的简称,是一种用石英玻璃或者特种塑料拉成的光传导工具。

光纤的构造

一般由3部分组成:

涂覆层,包层,纤芯。

纤芯是由光纤预制棒经过拉纤生产

出来的光纤裸纤,经过涂覆、着色、多芯缠绕、包覆等工艺后形成光缆成品。

纤通信以其带宽高、单位带宽成本低、容量大、承载高质量视频能力强等特点使

其成为现代通信的主要传输手段。

在我国,受益于“宽带中国”战略及国务院《关于加快高速宽带网络建设推

进网络提速降费的指导意见》的持续推进,智能化时代下电话、电视与互联网的

融合已是大势所趋,中国已成为全球最大的光纤市场。

据国家统计局数据显示,

2011-2016年,中国光纤光缆行业销售收入从643.1亿上升至1,692亿,年

均复合增长率高达21.35%。

其中,2016年全球光纤产量为4.66亿芯公里,中国光纤产量为2.94亿芯公里,中国光纤产量占全球光纤产量的63.09%。

随着光纤入户及5G时代到来,智慧城市、无人驾驶、电子健康、物联网

等应用场景都在驱动新的数字革命,预计未来光纤的市场需求还将进一步扩大。

据FiberBroadbandAssociation(光纤宽带协会)预计,5G的光纤用量将比

4G多16倍。

考虑到我国4G基站的密度比较高,预计我国5G光纤用量将会是4G的2至3倍。

在2017中国光通信发展与竞争力论坛(ODC)上,据中国电信科技委主任预测,2018年我国光纤总需求量将超过3.2亿芯公里。

光纤行业的发展带动了光纤光缆产能、光棒产能的扩张,为光纤生产设备及

公司光纤设备电源销售提供了广阔的市场空间。

C.导电金属及其合金材料

在导电金属及其合金材料方面,公司工业电源主要为DDE系列直流电源,其中化成电源、腐蚀电源主要用于电子铝箔的生产环节;电解铜箔电源主要用于电解铜箔的生产环节。

电子铝箔是通过对高纯铝锭进行一系列压延、清

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