世界各國正在努力實現(xiàn)脫碳、實現(xiàn)凈零碳排放的目標(biāo)，關(guān)鍵途徑之一是能源供需進(jìn)一步電氣化。高效電源轉(zhuǎn)換是兩者的重要推動因素。在供給側(cè)的可再生能源電力轉(zhuǎn)換應(yīng)用(例如太陽能逆變器)和需求側(cè)的交通電氣化，都是使用碳化硅(SIC)和氮化鎵(GaN)等寬帶隙(WBG)功率半導(dǎo)體取得優(yōu)勢的例子功率轉(zhuǎn)換效率和功率密度。

　　全球電氣化程度提高：

　　電力需求增加是由多種因素推動的，其中一些因素如下：

　　隨著成本改善、技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施帶來更大的需求，從化石燃料內(nèi)燃機向電動汽車 (EV) 的轉(zhuǎn)變正在加速。

　　住宅和商業(yè)家庭供暖中向電動熱泵的轉(zhuǎn)變再次受到成本和相對傳統(tǒng)燃?xì)忮仩t效率顯著提高的推動。鋼鐵生產(chǎn)等其他工業(yè)應(yīng)用也越來越多地使用電爐。預(yù)計使用氫來產(chǎn)生熱量的應(yīng)用，例如大宗化學(xué)品的生產(chǎn)和貨運鐵路，都需要電能來生產(chǎn)。

　　數(shù)字經(jīng)濟的增長和人工智能 (AI) 的使用導(dǎo)致全球數(shù)據(jù)量大幅增長。數(shù)據(jù)中心及其冷卻系統(tǒng)需要大量能源。

　　電力占世界能源消耗的比例約為20%。預(yù)計未來幾年這一趨勢將加速，到 2050 年凈零排放情景將超過 50% 1。讓我們看一下 GaN 功率半導(dǎo)體預(yù)計將發(fā)揮重要作用的一些關(guān)鍵供需領(lǐng)域。

　　太陽能

　　基于 GaN 的微型逆變器、優(yōu)化器和功率調(diào)節(jié)器將更有效地將光伏板 (PV) 產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可用的交流電，為家庭、充電站和電動汽車供電。住宅太陽能的平準(zhǔn)化能源成本 (LCOE) 預(yù)計將在 2024 年進(jìn)一步下降，使其成為越來越經(jīng)濟實惠的解決方案。對更高功率光伏板和電池存儲解決方案的需求推動了對更高功率逆變器的需求?；?GaN 的解決方案可實現(xiàn)更高的效率、更小的系統(tǒng)尺寸和更簡單的拓?fù)洹?/p>

　　雙向微型逆變器拓?fù)淇梢愿p松地高效集成儲能解決方案 (ESS)。該報告還預(yù)測，無論是微電網(wǎng)(5 kW - 500 kW)還是集中式公用事業(yè)規(guī)模發(fā)電(數(shù)百兆瓦)，光伏發(fā)電將更高水平地智能融入主流電網(wǎng)。這將確保農(nóng)村和城市社區(qū)的能源獨立性和復(fù)原力。

　　數(shù)據(jù)中心

　　根據(jù) IEA 的數(shù)據(jù)，到 2022 年，數(shù)據(jù)中心消耗的電力約占全球總電力的 2%(約 460 TWh)，其中 40% 用于冷卻。全球創(chuàng)建的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，預(yù)計到 2025 年將達(dá)到 175 ZB，比 2010 年增長 146 倍2。人工智能的使用顯著增加了計算需求，從而增加了能源足跡。例如，據(jù)信單個生成式人工智能查詢的碳足跡是搜索引擎請求的四倍3。

　　數(shù)據(jù)中心應(yīng)用對 GaN 功率半導(dǎo)體的需求強勁。新的政府法規(guī)只會加速這一進(jìn)程。服務(wù)器電源功率轉(zhuǎn)換效率方面的電源利用效率 (PUE) 漏洞預(yù)計將得到解決，同時數(shù)據(jù)中心的效率要求也會更高。使用 GaN 在較低溫度下工作的優(yōu)點是降低冷卻功率和尺寸要求。冷板液體冷卻的勢頭還可以提高服務(wù)器性能。

　　電動汽車

　　電動汽車銷量呈現(xiàn)強勁增長，預(yù)計 2024 年銷量將飆升 21%，到 2030 年將超過全球汽車銷量的三分之二4。SiC功率器件在電動汽車牽引逆變器中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。在汽車市場，GaN預(yù)計將在未來幾年發(fā)揮越來越重要的作用。GaN 功率半導(dǎo)體可能被視為 400 V 總線系統(tǒng)中 Si 和 SiC 解決方案的經(jīng)濟高效替代品。

　　車載充電器 (OBC) 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可能是 GaN 的最初應(yīng)用目標(biāo)。在快速充電 800 V 總線系統(tǒng)中，多級 GaN 拓?fù)湟部梢猿蔀榭尚械慕鉀Q方案。隨著電池成本不斷降低，GaN 提高的效率和功率密度可以協(xié)同降低總體成本，同時提高電動汽車的行駛里程。

　　消費者和商業(yè)市場

　　從 2024 年開始，在歐盟境內(nèi)銷售的手機、平板電腦或相機將需要配備 USB Type-C 充電端口。這簡化了最終用戶體驗。功率級別更高的相同電源適配器可用于從手機到筆記本電腦的各種設(shè)備，從而簡化充電體驗。GaN器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多電源適配器中，高效率和小占位面積的要求將加速這一趨勢。

　　在德國慕尼黑等大城市，通過在智能手機中使用這些高效充電器，每年可節(jié)省家庭能源超過 2.3 GWh，并減少 1.1 kt CO 2當(dāng)量排放。音頻行業(yè)也可能在 D 類音頻設(shè)計中利用 GaN 的卓越性能，使汽車音頻系統(tǒng)更輕、更小、更高效。高效的數(shù)千瓦專業(yè)音頻放大器系統(tǒng)將由 GaN 實現(xiàn)。采用 GaN 的更簡單設(shè)計的高保真消費音頻將為消費者帶來顯著的音頻體驗改善。

　　值得一提的是，英飛凌科技于 2023 年 10 月收購了 GaN Systems。這加速了他們的 GaN 路線圖。他們的 GaN 產(chǎn)品組合包括一系列 e-mode GaN HEMT 器件，電壓范圍為 100 V 至 700 V，采用各種創(chuàng)新 SMT 封裝。這些設(shè)備預(yù)計將在從電動汽車到電源適配器等應(yīng)用中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，并有助于實現(xiàn)凈零經(jīng)濟的目標(biāo)。

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