可再生能源

寬帶隙技術降低系統成本

寬帶隙元器件在生產可再生能源時可減少損失，並降低系統成本。

發展可再生能源是全球性的。僅在2019年，新安裝的發電裝置就能實現1760億瓦發電量 —— 根據國際可再生能源機構（IRENA）的資料，其中四分之三為可再生能源。在過去的10年裡，由於技術的改進、規模經濟、競爭日益激烈的供應鏈以及開發商不斷增長的經驗，可再生能源的發電成本急劇下降。例如，自2010年以來，成本下降幅度最大的公用規模光伏能源便宜了82%，而陸上風能的成本下降了39%，海上風能的成本下降了29%。

最大程度減少能源損失

這一趨勢正在持續，其中寬帶隙功率器件正發揮著重要作用。畢竟，氮化鎵和碳化矽半導體材料比傳統的矽基半導體元件能產生更小、更快、更可靠的能源系統，而且工作效果也更好。事實上，這些半導體可以消除電力轉換過程中約90%的能量損失。在光伏逆變器運行的中等電壓範圍（600至900V）內，碳化矽和氮化鎵的應用領域是重疊的。在1.7千伏及以上的高電壓下，比如應對風力渦輪機所達到的電壓，則主要使用碳化矽材料。

降低系統成本

採用了碳化矽材料半導體的光伏逆變器，其開關損耗大大降低，系統效率同時提升。在光伏逆變器中使用碳化矽元器件可以提高功率密度，最大限度地減少散熱，還可以減少無源元件的尺寸。這方面的一個案例是SMA太陽能技術公司的Sunny Highpower PEAK3逆變器，這款基於碳化矽的太陽能逆變器將太陽能電池產生的直流電轉換為與電網相容的交流電，效率超過99%。額定電壓可為1500伏的直流電，每台設備輸出150千瓦的功率。相比之下，採用矽基材料的舊型號額定電壓只有1,000伏直流電，在相同的尺寸和重量下，只輸出了75千瓦的功率。碳化矽模組實際上將比功率輸出提高了一倍，從0.97千瓦/公斤提高到1.76千瓦/公斤。由於其緊湊的設計，逆變器運輸更容易，安裝更快速。以前安裝人員必須運輸和安裝兩個轉換器，而現在使用碳化矽的逆變器只需要一個裝置。所以，儘管基於碳化矽的功率半導體比矽基解決方案貴一些，但在系統層面上，其成本是可以平衡的：更高的開關速度和效率意味著變壓器、電容器、散熱器以及最終的外殼都可以配置得更小，從而節省系統成本。

更有效的能源儲存

不僅是再生能源發電應用，寬帶隙半導體還為能源儲存應用提供了更有效的解決方案。比如歐洲的家庭儲能系統，它對減少碳排放和穩定電網至關重要。為了實現這一目標，我們還須在效率、成本和資源消耗方面優化產品。而使用氮化鎵功率電晶體可以開發出更簡單、更高效的儲能設備，其功率損耗可降低50%。

家庭儲能系統的主要挑戰之一是，電池會在強烈陽光下幾小時內完成充電，然後在很低的功率（部分負荷）下長時間放電，通常是徹夜放電。因此，電池逆變器需要在盡可能寬的功率範圍內實現高轉換效率。歐洲最大的應用科學研究機構 —— 德國弗勞恩霍夫研究所的太陽能系統研究所ISE為此開發了高效的電池充電器，包括關鍵的創新控制工程技術。其中一個核心要素，是使用氮化鎵和碳化矽元器件開發了緊湊和模組化的電池控制器。電晶體橋電路構成了電池充電器的核心，使其能夠以不斷提高的速度進行切換時，還有著更低損耗，這又與適應功率範圍的能效優化管理系統相結合。類比實驗表明，有了這樣一個系統，歐洲家庭在購買電力時可望每年節省150至250歐元。