So meistert die Elektronikindustrie die Herausforderung im Zusammenhang mit neuen alternativen Energiequellen
Angesichts der weltweiten Umbrüche auf den Energiemärkten sind alternative Energien – seit Jahren ein relativ brisantes Thema – plötzlich ins Rampenlicht gerückt. Die weltweite geopolitische Lage destabilisiert den Markt für fossile Brennstoffe in vielen Ländern. Energieunternehmen und Verbraucher suchen nun nach Lösungen für die Herausforderungen in den Bereichen Nachhaltigkeit, Preisgestaltung und Lieferung. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die alternative Energielandschaft, beleuchten einige der Megatrends, die den Wandel auf dem Energiemarkt vorantreiben, untersuchen alternative Energiequellen und sprechen darüber, wie Unternehmen auf dem Halbleitermarkt Technologien entwickeln, um die Anforderungen alternativer Energielösungen zu erfüllen.
Warum alternative Energie? Warum jetzt?
Alternative Energien sollen hauptsächlich fossile Brennstoffe ersetzen. Dieser Impuls wird in erster Linie durch die Klimaauswirkungen der traditionellen fossilen Brennstoffe ausgelöst. Die Wetterextreme weltweit werden immer dramatischer und nun gelten alternative Energien als mögliche (und zugegebenermaßen nur unvollständige) Lösung, um die Schäden durch die Produktion und Verbrennung fossiler Brennstoffe auszugleichen.
In Verbindung mit dem umfassenden Wachstum von häufig eingesetzten Elektroprodukten mit hoher Kapazität – wie Elektrofahrzeuge und Rechenzentren – steigt der Druck, zusätzliche und alternative Energiequellen zu finden, um diese anspruchsvollen Produkte mit Strom zu versorgen.
Was ist alternative Energie und was sind gängige alternative Energiequellen?
Der Begriff „alternative Energie“ selbst mag zweideutig erscheinen, aber seine Definition ist recht prägnant. Mit alternativen Energien sind einfach alle Energiequellen gemeint, die keine natürlichen Ressourcen verbrauchen oder der Umwelt schaden. Einige würden vielleicht sogar noch weitergehen und einfach sagen, dass alternative Energie jede Energiequelle ist, die keine fossilen Brennstoffe verwendet. Man ist sich auch uneinig darüber, ob Kernenergie als alternative Energiequelle betrachtet werden kann. Für die Zwecke dieses Artikels schließen wir Kernenergie aus, da sie den Abbau und die Verwendung von seltenen Kernmaterialien erfordert.
Was sind nun also gängige Energiequellen? Die heute am meisten genutzten Energiequellen stammen von drei Naturgewalten, die beträchtliche Mengen an Energie erzeugen: Wind, Sonne und Meer. Wind-, Solar- und Wasserkraftwerke nehmen vor allem auf dem Verbrauchermarkt eine immer größere Rolle ein. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur stieg die durch Windenergie erzeugte Strommenge im Jahr 2021 um 17 %, eine um 45 % höhere Zunahme im Vergleich zum Vorjahr. Gleichzeitig erfährt auch die Wasserkraft ein erhebliches Wachstum, das bis 2030 voraussichtlich 17 % betragen wird. Während die traditionelle Wasserkraft – die aus Wasser in Seen und Stauseen erzeugt wird, das durch Turbinen geleitet wird, wodurch Strom entsteht – die am weitesten verbreitete Form der Wasserkraft ist, gewinnt auch die Gezeitenkraft als alternative Energiequelle an Bedeutung. Durch die Nutzung der Energie, die durch das natürliche Auf und Ab des Ozeans und die natürlich entstehenden Meeresströmungen erzeugt wird, hat diese alternative Energiequelle ein enormes Potenzial, die Abhängigkeit der Welt von fossilen Brennstoffen zu beenden.
Bioenergie ist eine weitere vielversprechende alternative Energiequelle. Bioenergietechnologien nutzen im Wesentlichen Bioabfälle – z. B. Ernteabfälle, Waldabfälle, städtische Holzabfälle und Lebensmittelabfälle – als Energiequelle. Diese Art von Material kann als Kraftstoff für Autos und Lkw, zur Herstellung von Bioprodukten und sogar als Quelle für die Stromerzeugung verwendet werden. Einer Studie des US-Energieministeriums zufolge könnten die USA bis zum Jahr 2040 jährlich bis zu 1 Milliarde Tonnen Trockenmasse an Non-Food-Biomasse produzieren und gleichzeitig den Bedarf an Nahrungsmitteln für Mensch und Tier decken.
Alternative Energie und die Halbleiterindustrie
Eine der Herausforderungen bei alternativen Energien besteht darin, dass die erzeugte Energiemenge nicht so unmittelbar nutzbar und kraftvoll ist wie bei herkömmlichen Energiequellen. Mit anderen Worten ist die Qualität des Stroms nicht immer gleichbleibend. Die Fortschritte in der Halbleiterindustrie bringen jedoch eine neue Generation alternativer Energiequellen und Produktionskapazitäten auf den Weg, die die Tür zu diesen alternativen Energielösungen öffnen.
Eine der wichtigsten Technologietreiber für alternative Energien ist die Verwendung von Halbleitermaterial mit hoher Bandlücke in Energieprodukten, insbesondere Siliziumkarbid (SiC). Als Halbleitermaterial ist SiC in einzigartiger Weise in der Lage, Hochspannungs- und Hochfrequenz-Energielasten zu bewältigen und dabei zuverlässig sauberen Strom mit minimalen Verlusten zu liefern. Daher hat SiC schnell einen festen Bestandteil der alternativen Energiesysteme eingenommen, um die erzeugte Energie zu speichern und sie zuverlässig von Gerät zu Gerät zu übertragen. Ein Beispiel ist C3M0015065K MOSFET von Wolfspeed. Dieser diskrete SiC-MOSFET hat unglaublich niedrige Widerstände im eingeschalteten Zustand und kaum Schaltverluste, was ihn zur Nummer 1 in Energiespeichersystemen macht.
Andere Materialien mit breiter Bandlücke, wie Galliumnitrid (GaN) werden ebenfalls immer häufiger in alternativen Energieanwendungen eingesetzt. Hersteller wie Infineon, Littelfuse, Microchip und Nexperia haben alle ihr Leistungsportfolio erweitert und umfassend in Halbleiter mit großer Bandlücke investiert.
Chancen für die Zukunft
Angesichts der sich ständig verändernden globalen Dynamik und der neuen Ära der Elektrofahrzeuge sind die Möglichkeiten für neue alternative Energiequellen nach wie vor unbegrenzt. Mit den Fortschritten im Halbleiterbereich und der Verbreitung von Materialien mit breiter Bandlücke wird sich die Elektronikindustrie entsprechend weiterentwickeln, um diese aufkommenden Herausforderungen zu meistern.
