Laut Prognosen von IDTechEx wird der Markt für Leistungselektronik bis 2036 ein Volumen von über 65 Milliarden US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 10 % im nächsten Jahrzehnt entspricht.

Im neuen Bericht „Leistungselektronikmarkt 2026–2036: Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien“ analysiert IDTechEx die Innovationstrends im Leistungselektronikmarkt, die von Erstausrüstern (OEMs) in Sektoren wie Rechenzentren, Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energien getrieben werden. Leistungselektronik für Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien arbeitet mit deutlich unterschiedlichen Nennleistungen und unter verschiedensten Umgebungsbedingungen. Auch die Anforderungen und Kostenfaktoren unterscheiden sich stark. Daher variiert das Innovationstempo in der Leistungselektronik in diesen Sektoren erheblich.

Durch das Verständnis des Innovationsbedarfs in der Leistungselektronik über alle Anwendungsbereiche hinweg schafft IDTechEx Klarheit über den Leistungselektronikmarkt als Ganzes und prognostiziert übergreifende Megatrends sowie weitergehende Hindernisse für die Markteinführung.

Elektrofahrzeuge: SiC wird dominieren; GaN wird länger brauchen, um sich zu konsolidieren

Obwohl Silizium-IGBTs in den letzten 20 Jahren zusammen mit anderen Silizium-Leistungshalbleitern für Onboard-Ladegeräte und DC/DC-Wandler die dominierenden Leistungshalbleiter in Traktionswechselrichtern waren, nehmen Breitbandtechnologien wie SiC-MOSFETs einen bedeutenden und stetig wachsenden Anteil am Markt für Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen ein. IDTechEx prognostiziert, dass SiC-MOSFETs bis 2036 den Großteil des Marktes für Traktionswechselrichter in Elektrofahrzeugen sowie den Großteil des Marktes für Onboard-Ladegeräte und DC/DC-Wandler ausmachen werden. Hochtemperaturbetrieb, schnellere Schaltgeschwindigkeiten und eine kleinere Bauform führen zu höherer Effizienz sowie zu Gewichts- und Volumeneinsparungen, die letztendlich zu einer größeren Reichweite und besseren Leistung von Elektrofahrzeugen beitragen.

GaN hat ein erhebliches Potenzial in Elektrofahrzeugen, aber die Entwicklung von GaN für Automobilanwendungen hängt davon ab, seine langfristige Zuverlässigkeit in einer Elektrofahrzeugumgebung sowie seine Fähigkeit zum Betrieb bei hohen Spannungen in 800-V-Leistungsarchitekturen für Elektrofahrzeuge nachzuweisen.

Rechenzentren: Breitband ermöglicht den Wechsel zu einer 800-VDC-Stromversorgungsarchitektur

Der Rechenzentrumssektor hat sich seit der breiten Einführung von KI im Jahr 2023 grundlegend gewandelt. KI-Modelle werden immer komplexer und benötigen für das Training mehr Rechenleistung. Dies hat zu einer rasanten Entwicklung neuer Generationen von KI-Chips geführt, die einen höheren Energieverbrauch aufweisen. Die Leistungselektronikindustrie für KI-Rechenzentren muss sich anpassen, um das Training zukünftiger KI-Generationen zu unterstützen.

Breitband-Halbleiter werden voraussichtlich in Netzteilen für Rechenzentren sowie in der dezentralen Leistungsumwandlung weit verbreitet sein. Die höhere Schaltfrequenz und Durchbruchspannung von SiC und GaN ermöglichen leistungsstärkere und effizientere Leistungswandler in kleineren Bauformen, ohne die für KI-Training und -Inferenz notwendige Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
Der IDTechEx-Bericht „Leistungselektronikmarkt 2026–2036: Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien“ enthält eine Zehnjahresprognose für den Einsatz von Si, SiC und GaN in Rechenzentren und sagt eine signifikante Verbreitung von GaN im nächsten Jahrzehnt voraus, insbesondere für Netzteile und die dezentrale Leistungsumwandlung.

Gleichzeitig wird die Stromversorgungsarchitektur von Rechenzentren in den kommenden Jahren einen Paradigmenwechsel durchlaufen und von Wechselstrom auf 800-V-Gleichstrom (HGÜ) umgestellt. Dieser Übergang soll die Leistungselektronik von Rechenzentren vereinfachen, die Anzahl der Stromwandlungsstufen und potenzieller Fehlerquellen reduzieren. Gleichzeitig wird die Gesamteffizienz von Rechenzentren gesteigert und die für das spätere Jahrzehnt geplante 1-MW-Rack ermöglicht.

Dieser Bericht enthält eine 10-Jahres-Prognose zur Stromversorgungsarchitektur von Rechenzentren. IDTechEx prognostiziert, dass 800 V Gleichstrom im Prognosezeitraum die dominierende Stromversorgungsarchitektur für neue KI-Rechenzentren sein wird. In diesem Bericht vergleicht IDTechEx den Markt für Leistungselektronik in Rechenzentren mit dem Markt für Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen und identifiziert wichtige Überschneidungen und gemeinsame Innovationen.

Windenergie: Die bewährte Zuverlässigkeit von Silizium bremst die Einführung der Breitbandtechnologie

Obwohl die Leistungselektronik für Windenergie nur einen relativ kleinen Teil des globalen Marktes ausmacht, steht sie in starkem Kontrast zur Elektrofahrzeug- und Rechenzentrumsbranche. Angesichts noch höherer Nennleistungen, anspruchsvollerer Bedingungen (extreme Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit und Salznebel) und erheblicher Ausfallkosten zögerte die Windenergiebranche bisher, die neuesten Innovationen in der Breitband-Leistungselektronik einzuführen und setzte stattdessen auf die bewährte Zuverlässigkeit der Siliziumtechnologie.

Nach der Analyse von Kooperationen zwischen Windkraftanlagenherstellern (OEMs) und SiC-Lieferanten sowie Gesprächen mit Unternehmen wie Hitachi Energy hat IDTechEx eine 10-Jahres-Prognose für die Nachfrage nach Silizium (Si) und Siliziumkarbid (SiC) in Windkraftanlagen-Leistungswandlern erstellt. Die Prognose geht von einer stetigen Verbreitung von SiC in der Windenergieelektronik im kommenden Jahrzehnt aus. Die Einführung von SiC in der Windindustrie stellt einen grundlegenden Technologiewechsel dar; seine Langzeitstabilität wurde unter anspruchsvollen Bedingungen ausreichend unter Beweis gestellt, um sein Anwendungsspektrum auf den Bereich der erneuerbaren Energien auszuweiten.

Von der sterilen Umgebung eines KI-Rechenzentrums, wo die hohe Nachfrage nach höherer Leistungsdichte für das Training von KI-Modellen der nächsten Generation Investitionen in Innovationen der Leistungselektronik vorantreibt, bis hin zu Windkraftanlagen-Umrichtern, wo starker Kostendruck und Zuverlässigkeitsaspekte von größter Bedeutung sind, manifestieren sich Innovationen in der Leistungselektronik branchenübergreifend sehr unterschiedlich. Angesichts dieser vielfältigen und doch miteinander verbundenen Anwendungen ist ein branchenübergreifender Ansatz erforderlich, um zu verstehen, wie Innovationen in einem Bereich andere beeinflussen. Die Studie „Leistungselektronikmarkt 2026–2036: Rechenzentren, Elektrofahrzeuge und Erneuerbare Energien“ bietet eine detaillierte Analyse der Halbleitermaterialien und Anwendungsinnovationen, die für ein umfassendes Verständnis des Leistungselektroniksektors als Ganzes unerlässlich sind.

Autor: Matthew Fall, Technologieanalyst bei IDTechEx