为了减少向大气中的二氧化碳排放，有必要放弃使用火力发电厂，而改用环保能源。 这样的过渡不可能一次完成，首先，您需要提高已经产生的电能的使用效率，以减少电能在运输给消费者以及转换为各种形式时的损失。 解决这些问题的关键要素是电力电子设备和电力半导体器件。
由于能源解决方案是我们业务中最重要的部分之一，因此我们认为重要的是谈论我们的工作如何帮助使世界更清洁。 特别是，我们制造的功率半导体可以大大节省电力，结果，放弃了对环境有害的发电厂的建设。 让我们弄清楚功率半导体与普通半导体有何不同，并找出它们的特性可以节省电能并减少CO2排放。
功率半导体器件的特点
如果您不深入研究该理论，那么功率半导体器件就是相同的二极管，晶体管和晶闸管，在考虑其应用范围的前提下进行了修改。 与微电子设备不同，功率半导体的使用电流为数十，数百和数千安培，电压为数百兆伏。 这种负载需要特定的设计解决方案，以消除pn结的击穿。
例如，
功率二极管的基础是单晶硅薄板，其中形成了pn结。 为防止板由于加热而破裂，将板与银焊料焊接到厚度为3 mm的钨或钼的热补偿盘上。 将所得的“三明治”放置在针或片剂设计的密封外壳中。
引脚二极管设计。 来源
高压晶闸管是转换数十兆伏及更高功率的大功率的主要元件。 在结构上，它由具有交替导电性的四层硅组成，在其边界处形成了三个pn结。 阳极和阴极是两个极端过渡，中间是控制过渡。
晶闸管具有两个稳定状态：“打开”（电流）和“闭合”（无电流）。 状态在控制电极上的电压影响下改变。 切换本身非常迅速，尽管不是立即进行。 在交流电压电路中，晶闸管将仅通过一个半波-上半波。 当下半波到达时，它将重置为“关闭”状态。 晶闸管的这种特性用于开关电源，以将正弦波转换为脉冲。
在晶闸管的基础上，在直流电源线（电源线）中创建了重型转换器，在电源系统之间插入了DC插件，在交流电源线中创建了静态无功补偿器。
高压晶闸管的装置。 来源
电力的主要消耗者以低于兆伏的容量运行。 此范围内最常见的功率元件是
双极场晶体管 ，绝缘栅双极晶体管IGBT。 IGBT是许多基本单元的功率集成电路。 每个单元由一个高压双极晶体管组成，控制电路中包括一个场效应晶体管。 IGBT的优点-控制电路中用于打开和关闭的功率消耗小且速度高。
为了构建低功率转换器，使用了
MOS晶体管 ，金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET。 这些器件也以包含数十万个晶体管单元的功率集成电路的形式制成。 MOS电路的工作电压通常小于500 V，工作电流高达数百安培。
在何处以及为何使用半导体器件
工业装置
由于其经济性，可控性和高效率，功率半导体器件提高了电力转换的效率。 由于使用了电力电子组件，软起动器，不间断电源，电动机和各种电气设备消耗更少，使用寿命更长。
在装有电动机的设备中，一半以上的电力消耗用于确保其旋转。 可调式半导体变频器可在不影响其他规格的情况下将功耗降低30％。
电气网络
在电力的运输和分配中使用半导体转换器可以节省多达25％的电力。 因此，广泛引入的半导体功率组件使您可以放弃建造新的发电厂，而无需使用现有的发电厂。
太阳能发电厂
从太阳能电池板获得的电力必须转换为输电电网或家庭使用。 使用功率半导体器件控制太阳能发电厂可提高其效率。
电动运输
电动汽车使用存储在电池中的能量。 由于使用了功率电子设备，因此可以以最小的损耗实现汽车中各个消费者的能量转换。 利用恢复技术，您可以将制动能量用于为电池充电并增加行驶里程。
此外，有趣的是，电力运输的迅速发展迫使半导体器件制造商寻找新的，更节能的材料来制造新的功率组件。 根据分析研究，半导体行业正在将其产能大规模转换为使用碳化硅和氮化镓代替普通的硅晶体。
由新材料制成的功率元件比传统的硅功率元件紧凑得多，这表明新一代电源将减少80-90％。 此外，使用这些材料的化合物的比功率高10倍，可以在更高的频率和更宽的温度范围内工作，并且在开路状态下的电阻水平和泄漏电流明显低于硅材料。
前景展望
许多政府已采取减少二氧化碳排放的计划。 例如，西班牙政府计划到2030年将CO2排放量减少20％，到2050年将1990年的水平减少90％。 减少排放的旗舰角色已分配给电力行业，其他行业的转型计划稍后进行。
按行业划分的二氧化碳减排计划。 西班牙，2019年。 来源
据估计，到2030年，全国电力行业的容量将达到157吉瓦。 其中，风电将提供50吉瓦，光伏太阳能发电厂将提供37吉瓦，联合循环发电将提供27吉瓦。
此外，一揽子法律规定，从2040年开始，西班牙将只能购买零排放的汽车。
欧盟国家已经通过或正在考虑类似的法律。 这意味着在未来的几十年中，我们可以期待功率半导体器件的销售快速增长，因为没有它们，根本就不可能实施计划中的改善环境状况的措施。