可再生能源

宽带隙技术降低系统成本

宽带隙元器件在生产可再生能源时可减少损失，并降低系统成本。

发展可再生能源是全球性的。仅在2019年，新安装的发电装置就能实现1760亿瓦发电量 —— 根据国际可再生能源机构（IRENA）的数据，其中四分之三为可再生能源。在过去的10年里，由于技术的改进、规模经济、竞争日益激烈的供应链以及开发商不断增长的经验，可再生能源的发电成本急剧下降。例如，自2010年以来，成本下降幅度最大的公用规模光伏能源便宜了82%，而陆上风能的成本下降了39%，海上风能的成本下降了29%。

最大程度减少能源损失

这一趋势正在持续，其中宽带隙功率器件正发挥着重要作用。毕竟，氮化镓和碳化硅半导体材料比传统的硅基半导体元件能产生更小、更快、更可靠的能源系统，而且工作效果也更好。事实上，这些半导体可以消除电力转换过程中约90%的能量损失。在光伏逆变器运行的中等电压范围（600至900V）内，碳化硅和氮化镓的应用领域是重叠的。在1.7千伏及以上的高电压下，比如应对风力涡轮机所达到的电压，则主要使用碳化硅材料。

降低系统成本

采用了碳化硅材料半导体的光伏逆变器，其开关损耗大大降低，系统效率同时提升。在光伏逆变器中使用碳化硅元器件可以提高功率密度，最大限度地减少散热，还可以减少无源元件的尺寸。这方面的一个案例是SMA太阳能技术公司的Sunny Highpower PEAK3逆变器，这款基于碳化硅的太阳能逆变器将太阳能电池产生的直流电转换为与电网兼容的交流电，效率超过99%。额定电压可为1500伏的直流电，每台设备输出150千瓦的功率。相比之下，采用硅基材料的旧型号额定电压只有1,000伏直流电，在相同的尺寸和重量下，只输出了75千瓦的功率。碳化硅模块实际上将比功率输出提高了一倍，从0.97千瓦/公斤提高到1.76千瓦/公斤。由于其紧凑的设计，逆变器运输更容易，安装更快速。以前安装人员必须运输和安装两个转换器，而现在使用碳化硅的逆变器只需要一个装置。所以，尽管基于碳化硅的功率半导体比硅基解决方案贵一些，但在系统层面上，其成本是可以平衡的：更高的开关速度和效率意味着变压器、电容器、散热器以及最终的外壳都可以配置得更小，从而节省系统成本。

更有效的能源储存

不仅是再生能源发电应用，宽带隙半导体还为能源储存应用提供了更有效的解决方案。比如欧洲的家庭储能系统，它对减少碳排放和稳定电网至关重要。为了实现这一目标，我们还须在效率、成本和资源消耗方面优化产品。而使用氮化镓功率晶体管可以开发出更简单、更高效的储能设备，其功率损耗可降低50%。

家庭储能系统的主要挑战之一是，电池会在强烈阳光下几小时内完成充电，然后在很低的功率（部分负荷）下长时间放电，通常是彻夜放电。因此，电池逆变器需要在尽可能宽的功率范围内实现高转换效率。欧洲最大的应用科学研究机构 —— 德国弗劳恩霍夫研究所的太阳能系统研究所ISE为此开发了高效的电池充电器，包括关键的创新控制工程技术。其中一个核心要素，是使用氮化镓和碳化硅元器件开发了紧凑和模块化的电池控制器。晶体管桥电路构成了电池充电器的核心，使其能够以不断提高的速度进行切换时，还有着更低损耗，这又与适应功率范围的能效优化管理系统相结合。模拟实验表明，有了这样一个系统，欧洲家庭在购买电力时可望每年节省150至250欧元。