In che modo il settore elettronico sta affrontando la sfida delle nuove fonti di energia alternative.
Con i mercati energetici in subbuglio in tutto il mondo, l'energia alternativa, un tema abbastanza importante per anni, è stata improvvisamente messa sotto i riflettori. A causa della situazione geopolitica globale che destabilizza il mercato dei combustibili fossili per molti paesi, sia le aziende energetiche che i consumatori sono alla ricerca di soluzioni per risolvere le sfide in materia di sostenibilità, prezzi e forniture. In questo articolo, esamineremo il panorama delle energie alternative, considereremo alcune delle tendenze più significative che guidano il cambiamento nel mercato energetico, scopriremo fonti di energia alternative e discuteremo di come le aziende del settore dei semiconduttori stiano sviluppando nuove tecnologie per soddisfare le richieste di soluzioni energetiche alternative.
Perché le energie alternative? E perché proprio ora?
Fondamentalmente, le energie alternative hanno origine dal desiderio di allontanarsi dai combustibili fossili. Questo slancio è principalmente determinato dalle conseguenze sul clima dei combustibili fossili tradizionali. Poiché gli eventi meteorologici estremi diventano sempre più drammatici in tutto il mondo, l'energia alternativa è vista come una soluzione potenziale (anche se solamente parziale) per contribuire a compensare i danni causati dalla produzione e dalla combustione dei combustibili fossili.
Insieme alla crescita diffusa di prodotti elettrici ad alta capacità e ad alto utilizzo, come veicoli elettrici e data center, c'è una crescente pressione per trovare fonti di energia aggiuntive e alternative per contribuire ad alimentare questi prodotti energivori.
Che cos'è l'energia alternativa e quali sono le fonti energetiche alternative più comuni?
Il termine "energia alternativa" potrebbe sembrare ambiguo, ma la sua definizione è piuttosto breve. L'energia alternativa è semplicemente qualsiasi fonte di energia che non esaurisce le risorse naturali o non causa danni all'ambiente. Alcuni potrebbero semplificare ulteriormente la definizione, affermando che l'energia alternativa è qualsiasi fonte di energia che non utilizza combustibili fossili. C'è anche un certo disaccordo sul fatto che l'energia nucleare possa rientrare tra le fonti di energia alternativa. Ai fini di questo articolo, non considereremo il nucleare come fonte di energia alternativa, poiché richiede l'estrazione e l'uso di materiali nucleari rari.
Quindi, quali sono le fonti energetiche alternative più comuni? Le più utilizzate oggi provengono da tre forze naturali che producono notevoli quantità di energia: il vento, il sole e il mare. La produzione di energia eolica, solare e idroelettrica ha sperimentato una crescita massiccia, in particolare sul mercato consumer. Secondo l'Agenzia internazionale dell'energia, la quantità di corrente prodotta dall'energia eolica è aumentata del 17% nel 2021, una crescita del 45% in più rispetto all'anno precedente. Allo stesso tempo, anche l'energia idroelettrica sta registrando una crescita significativa e se ne prevede una crescita fino al 17% entro il 2030. Mentre l'energia idroelettrica tradizionale (quella generata dall'acqua accumulata in laghi e bacini idrici che viene liberata attraverso delle turbine per creare elettricità) è il tipo più comune di energia idroelettrica, anche l'energia mareomotrice si sta affermando come fonte di energia alternativa. Sfruttando l'energia creata attraverso il naturale innalzamento e abbassamento degli oceani, nonché le correnti oceaniche naturali, questa fonte di energia alternativa ha un potenziale significativo per contribuire a compensare la dipendenza del mondo dai combustibili fossili.
Le biomasse sono un'altra fonte di energia alternativa emergente. Le tecnologie legate alle biomasse consentono essenzialmente l'uso dei rifiuti organici (ad esempio rifiuti delle colture, residui forestali, scarti di legno urbano e rifiuti alimentari) come fonte di energia. Questo tipo di materiale può essere utilizzato per alimentare auto e camion, creare bioprodotti e persino come fonte di energia. Uno studio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti suggerisce che entro il 2040 gli Stati Uniti potrebbero produrre fino a 1 miliardo di tonnellate secche di risorse di biomassa non alimentare ogni anno, pur continuando a soddisfare la domanda di cibo sia per l'uomo che per il bestiame.
L'energia alternativa e il settore dei semiconduttori
Una delle sfide dell'energia alternativa è che la quantità di energia prodotta non è istantanea e potente quanto succede con le fonti di energia tradizionali. Per farla breve, la qualità della corrente non è sempre stabile. Tuttavia, i progressi nel settore dei semiconduttori stanno rendendo possibile una nuova generazione di fonti di energia alternative e capacità di produzione che stanno aprendo la strada a queste soluzioni energetiche alternative.
Uno dei fattori chiave delle tecnologie per l'energia alternativa è l'uso di materiali semiconduttori wide bandgap nei prodotti di potenza, in particolare il carburo di silicio (SiC). In quanto materiale semiconduttore, il carburo di silicio è in grado di gestire carichi di corrente ad alta tensione e ad alta frequenza, mantenendo al contempo un'energia pulita affidabile e con perdite minime. Per questo motivo, il SiC ha rapidamente trovato una collocazione negli impianti per la produzione di energia alternativa per contribuire a mantenere la corrente generata e a trasmetterla in modo affidabile da un dispositivo a un altro. Un esempio è il MOSFET C3M0015065K di Wolfspeed. Questo MOSFET SiC discreto ha resistenze di ON e perdite di commutazione incredibilmente basse, caratteristiche che lo rendono un'ottima soluzione tra i sistemi di accumulo di corrente.
Anche altri materiali wide bandgap, come il nitruro di gallio (GaN), hanno acquisito popolarità per l'uso in applicazioni di energia alternativa. Produttori come Infineon, Littelfuse, Microchip, e Nexperia hanno ampliato le loro gamme di soluzioni di potenza e fatto investimenti significativi nei semiconduttori wide bandgap.
L'opportunità rimane
Con le dinamiche globali in costante mutamento e il rapido avvicinamento di una nuova era di veicoli elettrici, le opportunità per le nuove fonti di energia alternative rimangono illimitate. Con i progressi nei semiconduttori e la proliferazione dei materiali wide bandgap, il settore elettronico continuerà a evolvere per affrontare le sfide in arrivo.
