IEA 4E PECTA: Wide Band Gap Technology: Efficiency Potential and Application Readiness Map (2020)

PECTA befasst sich mit der Analyse, dem Zusammentragen und dem objektiven Aufbereiten von Informationen über leistungselektronische Geräte und Systeme basierend auf Halbleitermaterialien mit breitem Bandabstand (Wide Band Gap - WBG).

Im vorliegenden Bericht wurden daher (nicht ausschließlich) jene Applikationen diskutiert und bewertet, die hinsichtlich des Einsatzes von WBG als besonders relevant gelten. In dieser ersten Evaluierung in Phase 1 vom PECTA („Introduction Phase") wurde nicht nur der Parameter „Effizienz", sondern auch weitere relevante Auswirkungen wie zum Beispiel Leistungsdichte von Geräten berücksichtigt.

Neben den wichtigsten systemischen Anwendungsgebieten, wurde eine Übersicht an Vorteilen der Verwendung von WBG dargestellt und auf Komponentenebene beschrieben. Hierbei wurden sowohl lokale betriebliche als auch parasitäre Einflüsse und Effekte analysiert.

Eine erste initiale Studie hat gezeigt, dass die potenzielle Energieeinsparung durch den Einsatz von WBG im Bereich von Datencentern weltweit im Bereich von 28.000 GWh/Jahr, für PV-Wechselrichter bei ca. 10.000 GWh/Jahr, für Laptops, Tablets und Mobiltelefone im Bereich von 7.700 GWh/Jahr und bei Windkraftanlagen bei etwa 35.000 GWh/Jahr liegen könnte. Diese Zahlen beziehen sich auf die aktuell weltweit installierten Leistungen bzw. den elektrischen Verbrauch. Ein weiterer Anstieg an Leistungselektronik im Netz führt somit auch zu einem absoluten Anstieg an Energieeinsparung in den entsprechend zugehörigen Bereichen.

Weiters wurden im Zuge vom PECTA die weltweit relevantesten Roadmaps international anerkannter Societies zum Thema WBG zusammengetragen und beschrieben. Basierend auf diesen Roadmaps wurden unterschiedliche „Application Readiness Maps" (ARMs) erstellt. Hier gibt es eine Abschätzung des Zeithorizonts bezüglich der Marktreife sowohl für SiC als auch GaN-Technologie. Diese ARMs basieren auf den jeweils zusammengetragenen Roadmaps, insbesondere auf der WBG-Roadmap des European Center for Power Electronics e.V. (ECPE) und deckt unterschiedlichste Anwendungen und Sektoren ab (Transport, Robotik, Antriebe, ICT und Datenzentren, PV-Wechselrichter, etc.).

Die abgeleiteten ARMs zeigen, dass WBG-Technologien wie SiC und GaN ohne politische/regulatorische Unterstützung großteils erst im Jahr 2030 oder später einen signifikanten Marktanteil erreichen würden.

Daher werden im vorliegenden PECTA Bericht auch (national/international relevante) Maßnahmen zur Förderung eines großflächigen Markteintritts von WBG analysiert, um erste Strategien für politische Entscheidungsträger zu determinieren und zu beschreiben.

Abschließend wurden relevante signifikante Erkenntnisse aus dieser ersten initialen Phase vom PECTA definiert und als Basis für die nachfolgende „Established Phase" spezifiziert.