Leistungshalbleiter 27.05.2011, 19:53 Uhr

Mit Leistungselektronik zu mehr Energieeffizienz

Mit Rekordbeteiligung endete in der vergangenen Woche die Kongressmesse PCIM für Leistungselektronik und intelligente Antriebe in Nürnberg. Die Branche wittert Morgenluft, denn die weltweite Diskussion um regenerative Energiequellen lässt sie in Zukunft auf exzellente Geschäfte hoffen. Vorausgesetzt, die Fertigungskapazitäten halten mit der wachsenden Nachfrage Schritt.

Mit knapp 11 Mrd. $ im Krisenjahr 2009 war der Markt der Leistungshalbleiter gemessen am Gesamtvolumen des Halbleiter-Weltmarktes von rund 226 Mrd. $ nur klein, aber gerade die angesichts der Fukushima-Katastrophe verstärkte Ausrichtung vieler Nationen auf erneuerbare Energiequellen und die stärker werdenden Zwänge zur Energieeinsparung lassen die Branche für die Zukunft auf solide Wachstumsraten um 10 % jährlich hoffen.

Die Internationale Energieagentur (IEA) erwartet in den nächsten 20 Jahren einen Anstieg des globalen Energieverbrauchs um über 35 %. Rund ein Drittel der weltweit genutzten Energie wird in Form von Elektrizität verbraucht. Diese elektrische Energie wird über weite Strecken transportiert und dabei geht noch viel Energie verloren.

Schwerpunkt auf der PCIM: Rolle der Leistungselektronik in den Smart Grids

Einer der Schwerpunkte der diesjährigen PCIM war dann auch die Rolle der Leistungselektronik in den „Smart Grids“, den künftigen intelligenten Stromnetzen. Laut Ambra Sannino von ABB in Schweden ist Leistungselektronik eine Schlüsselkomponente in den vier Säulen, auf denen solch ein intelligentes Energieverteilnetz ruht. Dazu gehört die Balance zwischen Energienachfrage und -produktion, die Sicherung der Zuverlässigkeit und Effizienz der Netze, die Integration regenerativer Energiequellen und die Einbindung des elektrisch angetriebenen Individualverkehrs.

Sannino brachte eine Fülle von Beispielen, angefangen bei der Hochvolt-Gleichspannungsübertragungstechnik, die derzeit vor allem in Offshore-Windparks eingesetzt wird, da sie deutlich geringere Verluste bringt als eine Wechselspannungsübertragung via Seekabel. Bei der effizienten Wandlung von Gleich- in Wechselspannung und umgekehrt könne moderne Leistungselektronik ihre Vorteile ausspielen.

Für die kurzfristige Speicherung elektrischer Energie, z. B. um nachts erzeugten Windstrom für die Tagesspitzen nutzen zu können, gibt es dank Leistungselektronik bereits Alternativen zur gängigen Technik der Pumpspeicherwerke. Das gipfelt in Plänen, künftige Elektroautos an intelligenten Ladestationen zu Speicherzwecken heranzuziehen.

Auch die Energieeffizienz von elektronischen Geräten und Maschinen kann mit Energiesparchips signifikant erhöht werden, sind sich Martin Hierholzer, bei Infineon General Manager für Leistungshalbleiter in industriellen Anwendungen, und sein Kollege Richard Kuncic, zuständig für Low-Voltage Mosfets, sicher. Das Münchener Unternehmen ist seit sieben Jahren Weltmarktführer bei Leistungshalbleitern und -modulen. „Infineon ist eine Power-Company“, sagt Kuncic, rund 85 % des Umsatzes werden mittlerweile mit Produkten rund um die Themen Power und Energieeffizienz gemacht. Aus einstigen Standardprodukten wie den Leistungsbauelementen Mosfet oder IGBT wurden dabei durch gezielte Optimierung längst applikationsspezifische Bauteile, die den Kunden große Effizienzvorteile bieten.

Fertigungstechnologie ist für Leistungselektronik-Anbieter entscheidender Wettbewerbsfaktor

Hierholzer nennt als Beispiel Motorsteuerungen. Rund die Hälfte der elektrischen Energie gehe heute in Motoren und Antriebe. Durch intelligente Regelung ließen sich hier 30 % bis 50% einsparen. Allerdings waren solche Motorsteuerungen in der Vergangenheit groß und teuer, entsprechend zurückhaltend war die Industrie mit dem Einsatz. Auf der Messe präsentierte Infineon einen Demonstrator, der dank moderner Leistungselektronik auf 10 % der bisherigen Größe geschrumpft ist und so im Anschlusskasten eines Motors Platz findet.

Kuncic und Hierholzer sind überzeugt, dass für Anbieter von Leistungselektronik die eigene Fertigungstechnologie ein entscheidender Wettbewerbsfaktor ist. Die spezialisierten Halbleitertechnologien lassen sich nicht einfach bei Lohnfertigern einkaufen. Um hier ausreichend Kapazität zu schaffen, setzen die Münchner am Standort Villach künftig auf 300-mm-Wafer für Leistungshalbleiter. Das Problem: Diese Wafer sind für Power-Anwendungen nur noch 100 µm, bald sogar nur 40 µm oder 30 µm stark. Das erfordert große Anstrengungen beim Wafer-Handling während des ganzen Produktionsprozesses. Mit den gerade erworbenen 300-mm-Anlagen aus der Konkursmasse von Qimonda habe man da in Zukunft auch am Standort Dresden einen deutlichen Kapazitätsvorteil gegenüber dem Wettbewerb.

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  • Kongressmesse PCIM

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