Markt für Leistungselektronik Größe und Ausblick, 2022-2030

Marktübersicht

Die globale Marktgröße für Leistungselektronik wurde im Jahr 2021 auf 26.072 Millionen US-Dollar geschätzt und wird bis 2030 voraussichtlich einen Wert von 43.675 Millionen US-Dollar erreichen, was einem CAGR von 5,9 % im Prognosezeitraum (2022 – 2030) entspricht.

Anwendungen für elektrifizierte Fahrzeuge, die kleine, hocheffektive Energieumwandlungslösungen bieten, sind stark auf Leistungselektronik angewiesen. Eine als Leistungselektronik bekannte Schaltungskomponente sorgt für eine komfortable Nutzung, indem sie Strom effizient, kompakt und robust von einer Quelle zu einer Last überträgt. Mithilfe von Dioden, Transistoren und Thyristoren regelt dieses Gerät die Umwandlung elektrischer Energie von einer Form in eine andere. Leistungselektronische Geräte können den Betrieb bei hoher Spannung oder hohem Strom effizient durchführen, da sie eine schnellere Schaltrate und einen höheren Wirkungsgrad aufweisen. Darüber hinaus kann die Leistungselektronik je nach Nutzung den unidirektionalen und bidirektionalen Energiefluss steuern und die zurückgewonnene Energie wieder nutzen. Zukünftige wichtige Technologien, die zur Verbesserung der Systemleistung und -effizienz in Automobil- und Energiesparanwendungen beitragen, werden voraussichtlich Leistungselektronikgeräte sein.

Faktoren wie eine steigende Nachfrage nach Leistungselektronik in verschiedenen Branchen aufgrund des Wachstums der Leistungselektronik werden durch deren zunehmenden Einsatz in verschiedenen Anwendungen, wie z. B. industriellen Motorantrieben, Stromnetzstabilisierung und Unterhaltungselektronik, vorangetrieben. Aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Hochspannungsbetriebsgeräten und der wachsenden Beliebtheit von Leistungselektronikkomponenten in Elektrofahrzeugen ist die Nachfrage nach Energiemanagementgeräten in mehreren Branchen gestiegen, darunter Automobil, Unterhaltungselektronik sowie Energie und Energie. Ein weiterer Faktor, der die globale Marktexpansion vorantreibt, ist die stark steigende Nachfrage nach SiC-basierten Photovoltaikzellen in Entwicklungsländern wie China, Brasilien und Indien.

Marktdynamik

Der Anstieg der Nachfrage nach Leistungselektronikkomponenten in verschiedenen Branchen

Der Bereich der Elektronik, auch „Leistungselektronik“ genannt, beschäftigt sich mit der Umwandlung und Steuerung elektrischer Energie. Die Eigenschaften von Siliziumkarbid (SiC)-Halbleitern, wie z. B. ihr stärkeres elektrisches Durchbruchfeld und ihre größere Bandlücke, ermöglichen ihren Einsatz in der Leistungselektronik; Beispielsweise spielen diese Geräte eine äußerst wichtige Rolle bei der Steuerung der Automobilelektronik wie der elektrischen Servolenkung, des Zentralwechselrichters von Wasserkraftfahrzeugen, der Sitzsteuerung und des Bremssystems. Darüber hinaus erleichtert SiC-Leistungselektronik die Energieumwandlung in in Flugzeugen integrierten Generatoren und Aktoren. Das Wachstum des Leistungselektronikmarktes wird durch den zunehmenden Einsatz von Leistungselektronik in verschiedenen Anwendungen vorangetrieben, beispielsweise bei industriellen Motorantrieben, der Stabilisierung von Stromnetzen und der Unterhaltungselektronik . Aufgrund ihrer effektiven Leistungssteuerungs- und -verwaltungsfunktion für Industriebetriebe oder den Betrieb elektrischer/elektronischer Geräte eignen sie sich daher für verschiedene Industriezweige und steigern so das globale Marktwachstum.

Die zunehmende Integration leistungselektronischer Komponenten in Elektrofahrzeuge

Der Wirkungsgrad herkömmlicher Leistungselektronik, basierend auf Silizium-Halbleitertechnologien, liegt im Allgemeinen zwischen 85 % und 95 %. Dadurch gehen etwa 10 % der elektrischen Energie in Form von Wärme verloren. Die elektrische Feldstärke von SiC-Geräten ist im Vergleich zu Siliziumhalbleitern fast zehnmal höher (2,8 MV/cm gegenüber 0,3 MV/cm). Diese höhere elektrische Feldstärke ermöglicht es, einen dünneren Schichtaufbau auf dem SiC-Substrat aufzubringen. Darüber hinaus spielt das thermische Design im Leistungselektroniksystem eine entscheidende Rolle, um Systeme mit hoher Leistungsdichte und damit kompakten Systemen zu entwerfen.

Darüber hinaus führt das Hochfrequenzschalten von SiC zu einer geringeren Verlustleistung in Elektrofahrzeugen. SiC bietet eine dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit als reine Si-basierte Halbleiterbauelemente und ermöglicht so den Betrieb von Bauelementen bei höheren Temperaturen. Aufgrund der Nachfrage nach Elektro- und Hybridfahrzeugen haben mehrere Marktanbieter erheblich in die Entwicklung von SiC-basierten Lösungen investiert. Daher wird erwartet, dass der Anstieg der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen im Prognosezeitraum lukrative Chancen für das Marktwachstum bietet.

Marktbeschränkende Faktoren

Komplexer Integrationsprozess fortschrittlicher elektronischer Geräte

Die Leistungselektronikindustrie konzentriert sich mehr auf die Integration mehrerer Funktionalitäten in einem einzigen Chip, was zu einem komplexen Design führt. Das Entwerfen eines komplexen Geräts erfordert eine robuste Methodik, Fähigkeiten und verschiedene Toolsets für die Integration, was zusätzliche Kosten verursacht. Diese hohen Gerätekosten halten Benutzer davon ab, ihre Präferenz auf Geräte mit innovativer Technologie zu verlagern. Diese sich neu entwickelnden innovativen Technologien erzeugen die Nachfrage nach Geräten mit mehr Funktionalität, die in das System integriert werden sollen, was sie teurer macht. Darüber hinaus ist die Integration mehrerer ICs in einzelne Geräte aufgrund der Betriebsmodi, unterschiedlichen Funktionalitäten und Betriebsspannungen, die das Marktwachstum hemmen, eine komplexe Aufgabe.

Globale Marktchancen für Leistungselektronik

Innovation im Leistungsmetall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)

Derzeit sind Elektronikgeräte mit mehreren Funktionen ausgestattet, um ihren Umsatz zu steigern und ihre Verbreitung weltweit zu erhöhen. Es wird erwartet, dass technologische Verbesserungen bei elektronischen Komponenten wie Computern, Smartphones sowie drahtlosen Kommunikations- und Cloud-Systemen lukrative Möglichkeiten für MOSFET bieten. Darüber hinaus ist MOSFET ein Schaltgerät, das zur Steuerung von Anwendungen wie Elektrofahrzeugen, Wechselrichtern und Netzteilen verwendet wird. MOSFETs werden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, auch bei niedrigen Schaltfrequenzen. Diese Faktoren würden zahlreiche Möglichkeiten für die Nachfrage auf dem Markt für Leistungselektronik bieten.

Regionalanalyse

Nach Regionen werden die globalen Markttrends für Leistungselektronik in Nordamerika, Europa, im asiatisch-pazifischen Raum und in LAMEA analysiert.

Der asiatisch-pazifische Raum leistete den höchsten Umsatzbeitrag und wird voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 6,9 % wachsen. Der asiatisch-pazifische Raum ist hinsichtlich der Wachstumsrate des Marktanteils der Leistungselektronik aufgrund der Verfügbarkeit umfangreicher Kraftwerke für Hochspannungsstrom, der gestiegenen Nachfrage nach Leistungsmodulen und des Bevölkerungsanstiegs die lukrativste Region. Darüber hinaus wird geschätzt, dass rund 70 % der gesamten elektrischen Energie von leistungselektronischen Systemen verarbeitet werden, die Leistungskomponenten enthalten. Diese Geräte werden häufig in der Automobilindustrie, in Kraftwerken für erneuerbare Energien und in Stromnetzinfrastrukturen eingesetzt. Diese Gruppen setzen mehrere Initiativen zum Aufbau einer modernen Energieinfrastruktur um. Unternehmen aller Branchen haben erkannt, wie wichtig Stromversorgungsgeräte für die Energieverwaltung sind. Leistungsmodule und automatisierte Schaltgeräte sind sehr gefragt, was die Marktexpansion voraussichtlich beschleunigen wird.

Nordamerika ist die zweitgrößte Region. Es wird geschätzt, dass es bis 2030 einen erwarteten Wert von 8770 Millionen US-Dollar erreichen wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5,9 % entspricht. Das Marktwachstum wird auf die Präsenz von Ländern wie den USA und Kanada zurückgeführt, wo die Regierungen ihr Engagement zur Eindämmung der Umweltverschmutzung ausweiten, indem sie den Einsatz von Elektro- und Hybridfahrzeugen fördern, die in großem Umfang Leistungskomponenten enthalten. Darüber hinaus ist das höchste Verteidigungsbudget der USA ein weiterer Faktor für das Wachstum des Leistungselektronikmarktes in der Region. Die in den USA ansässigen Unternehmen, die sich mit der Herstellung von Leistungskomponenten befassen, sind zu einer bevorzugten Wahl für elektronische Kriegsführung und fortschrittliche Radarsysteme geworden. Darüber hinaus treiben eine zunehmende Verbreitung von Leistungsmodulen und ein Anstieg des Verkaufs elektronischer Geräte in Nordamerika das Wachstum des Leistungselektronikmarktes voran. Darüber hinaus treibt die steigende Nachfrage nach langlebigen Leistungsmodulen im Strom- und Energiesektor das Marktwachstum voran.

Europa ist die drittgrößte Region. Das Wachstum des europäischen Marktes für Leistungselektronik wurde durch die zunehmende Einführung fortschrittlicher elektronischer Fahrzeuge und virtueller Systeme sowie die zunehmende Verbreitung digitaler elektronischer Geräte unterstützt. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach fortschrittlichen Elektrofahrzeugen wird erwartet, dass der Markt auch in europäischen Ländern schnell wachsen wird. Deutschland hat unter allen Ländern Europas den größten Marktanteil. Die Übernahme kleinerer Unternehmen, die zunehmende Einführung von Geräten mit geringem Stromverbrauch und proaktive Regierungsinitiativen in Form von Tochtergesellschaften tragen alle zum Gesamtwachstum des Marktes bei. Darüber hinaus steigern Faktoren wie verbesserte Effizienz, Haltbarkeit und minimale Verzerrungen die Nachfrage nach kompakten Leistungsmodulen. Darüber hinaus steigert die Nachfrage nach automatisierten Anwendungen und Echtzeitüberwachung den Bedarf der Region an Leistungselektronikkomponenten.

Segmentanalyse

Der globale Leistungselektronikmarkt ist nach Gerätetyp, Material, Anwendung, Endbenutzer und Region segmentiert.

Auf der Grundlage des Gerätetyps

Basierend auf dem Gerätetyp wird der Weltmarkt in diskrete Leistungsgeräte, Leistungsmodule und Leistungs-ICs unterteilt. Das Leistungsmodulsegment leistete den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 4,4 % wachsen. Aufgrund ihrer unübertroffenen Effizienz und Haltbarkeit ist die Nachfrage nach Leistungsmodulen in den letzten Jahren gestiegen. Zahlreiche Branchen nutzen IGBT- und MOSFET-Module für den Betrieb von Hochspannungsanwendungen wie Schweißgeräten, Walzwerken und Wasserpumpen. Darüber hinaus wird in europäischen Ländern IGBT-basierte Technologie in Trolleys eingesetzt, um Stromverluste zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Im aktuellen Geschäftsszenario wird das IGBT-Modul bevorzugt, da es kosteneffizient ist und sich leicht bei Hochspannung steuern lässt, was wiederum das Marktwachstum ankurbelt.

Darüber hinaus fördern der geringe Stromverbrauch und das leichte Design der Leistungselektronik den Einsatz von Leistungsmodulen in Anwendungen wie Schweiß- und anderen Industriesystemen. Der asiatisch-pazifische Raum ist aufgrund der hohen Verbreitung von Leistungselektronik im Energie- und Energiesektor ein lukrativer Markt für Leistungsmodule. Es wird erwartet, dass die zunehmende Marktdurchdringung von Unterhaltungselektronikprodukten die Verbreitung von Leistungselektronik weiter vorantreiben und dadurch das Marktwachstum steigern wird.

Das diskrete Leistungssegment ist das zweitgrößte. Aufgrund der kompakten Größe und des geringen Schaltverlusts spielen diskrete Leistungsschalter eine entscheidende Rolle in Automobilanwendungen und in der Unterhaltungselektronik. Sie werden in Wechselrichtern und Stromumwandlungsschaltungen für verschiedene Anwendungen wie Motortreiber, unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV), Induktionsherde (IH), Plasmaanzeigetafeln (PDPs) und Blitzgeräte verwendet. Darüber hinaus investieren verschiedene Unternehmen wie Infineon und Toshiba Corporation stark in die Verbesserung der hohen Energie- und Hochgeschwindigkeitseffizienz von Power Discrete. Darüber hinaus treibt eine steigende Nachfrage nach Power-Management-Chips in elektronischen Anwendungen wie Klimaanlagen und Kühlschränken aufgrund ihres schnelleren Schaltens das Marktwachstum voran.

Darüber hinaus ermöglicht die diskrete Stromversorgung eine hohe Eingangsimpedanz, die problemlos bei hohem Strom und hoher Spannung betrieben werden kann. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Leistungsmodulen in Elektrofahrzeugen werden diskrete IGBTs häufig in Elektrofahrzeugen für den Motor eingesetzt. Daher wird erwartet, dass all diese Vorteile das Marktwachstum in naher Zukunft ankurbeln werden.

Auf der Grundlage des Materials

Nach Material wird der Weltmarkt in Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Saphir und andere eingeteilt. Das Siliziumkarbid-Segment leistete den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 4,2 % wachsen. Auf dem Markt für Leistungshalbleiter hat Siliziumkarbid einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Siliziumhalbleitern aufgrund seiner höheren elektrischen Feldstärke beim Durchbruch, der größeren Bandlücke, der geringeren Wärmeausdehnung und der Beständigkeit gegenüber chemischen Reaktionen. Darüber hinaus wird die Nachfrage nach SiC-basierten Leistungskomponenten durch den Anstieg der Nachfrage nach SiC-basierten Photovoltaikzellen in Entwicklungsländern wie China, Brasilien und Indien angekurbelt.

Das Galliumnitrid-Segment ist das zweitgrößte. Die steigende Nachfrage nach GaN in Hochfrequenzgeräten, die zunehmende Einführung von GaN in der Telekommunikationsbranche und die steigende Nachfrage nach Wechselstrom-Schnellladegeräten, LiDAR und drahtloser Stromversorgung treiben die Einführung von GaN-Leistungskomponenten auf dem Markt voran. Der Bedarf an GaN-Leistungskomponenten in Elektro- und Hybridfahrzeugen dürfte den auf dem Markt tätigen Akteuren lukrative Möglichkeiten bieten.

Auf der Grundlage von Bewerbungen

Zu den auf dem Weltmarkt abgedeckten Anwendungen gehören Energiemanagement, USV, erneuerbare Energien und andere. Das Segment der erneuerbaren Energien leistete den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 6,3 % wachsen. Was die Energiequellen betrifft, so wachsen die Sektoren erneuerbare Energien und Kernenergie am schnellsten; Laut einer Studie der US Energy Information Administration ist jedes Jahr mit einer Wachstumsrate von 2,5 % gewachsen. Regierungsinitiativen wie das Federal Energy Management Program (FEMP) in den USA fördern Investitionen in kostengünstige Projekte für erneuerbare Energien, was voraussichtlich die Einführung erneuerbarer Energiesysteme steigern wird. Dies hat wiederum das Wachstum des Leistungselektronikmarktes aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Leistungselektronik in erneuerbaren Energiesystemen gesteigert.

Auf der Grundlage der Branchenvertikale

Abhängig von der Branchenvertikale ist der globale Markt in Telekommunikation, Industrie, Automobil, erneuerbare Energien, Verbraucher und Unternehmen, Militär und Verteidigung, Energie und Energie und andere fragmentiert. Das Automobilsegment leistete den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 4,7 % wachsen. Aufgrund der Nachfrage nach Elektro- und Hybridfahrzeugen haben verschiedene Marktteilnehmer erhebliche Investitionen in die Produktion von Leistungskomponenten getätigt. Darüber hinaus haben große Unternehmen wie Infineon Technologies aufgrund des wachsenden Marktes für Elektromobilität und Photovoltaik-Wechselrichter erheblich in die Produktion von Leistungsgeräten investiert. So unterzeichneten Infineon Technologies und Cree, Inc. im Februar 2018 eine langfristige strategische Liefervereinbarung zur Bereitstellung von Siliziumkarbid-Wafern (SiC). Mit der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen ergeben sich somit potenzielle Wachstumschancen für die Hersteller von Leistungselektronik

jüngsten Entwicklungen

September 2022 – Toshibas Doppel-Transmon-Koppler wird schnellere und genauere supraleitende Quantencomputer realisieren – und den Weg für die Realisierung von Hochleistungs-Quantencomputern ebnen, die zur Lösung verschiedener gesellschaftlicher Probleme beitragen werden.

September 2022 – Toshiba ESS veröffentlicht Panels zur „CIGRE 2022 Technical Exhibition“ und verwandten Filmen