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 代替エネルギー技術向け半導体：ビジネスチャンスと市場Semiconductors for Alternative Energy Technologies: Opportunities and Markets 代替エネルギー市場を取り巻く半導体技術には、先進IGBT設計、オプトエレクトロニクス、先進電力変換IC、デジタル信号処理、MCU、先進ミックスドシグナル・アナログ回路などがある。 本レポートでは、こ... もっと見る
サマリー
代替エネルギー市場を取り巻く半導体技術には、先進IGBT設計、オプトエレクトロニクス、先進電力変換IC、デジタル信号処理、MCU、先進ミックスドシグナル・アナログ回路などがある。 本レポートでは、これらの製品が次のキラーアプリケーションとなる可能性について論じている。 各代替エネルギー・アプリケーション向けICの市場を予測している。
代替エネルギー技術向け半導体：本レポートは、半導体技術と再生可能エネルギーの重要な接点を理解するための包括的なリソースである。より持続可能な世界を実現するための半導体の変革の可能性を強調し、エネルギーの未来をナビゲートするためのロードマップを提供します。
現代のエレクトロニクスの基盤である半導体は、代替エネルギー技術においても同様に変革的な役割を果たす態勢を整えている。半導体のユニークな特性と能力は、再生可能エネルギーを利用、貯蔵、活用するための効率的で信頼性が高く、コスト効率の高いソリューションの開発と最適化を可能にします。ソーラーパネルや風力タービンから電気自動車（EV）やスマートグリッドに至るまで、半導体はエネルギーインフラの再構築を約束するイノベーションの中核を担っている。
代替エネルギー技術の必要性は、二酸化炭素排出量を削減し、気候変動の影響を緩和するという世界的なコンセンサスから生じています。太陽光、風力、水力、地熱などの再生可能エネルギー源は、世界のエネルギー・ミックスにおいてますます重要性を増しており、より効率的かつ確実にエネルギーを利用、変換、貯蔵できる高度な技術が必要とされています。
半導体は、電気伝導性と制御という固有の特性を備え、この技術革命の最前線に立ち、よりスマートで効率的なエネルギー・システムやデバイスの開発を可能にしている。
 トレンド
本レポートで概説されている主要トレンドのひとつは、化石燃料から太陽光、風力、水力、地熱などの再生可能エネルギー源へのシフトが加速していることである。この移行は、再生可能エネルギー技術のコストが低下し、効率と利用しやすさが向上したことによって推進されている。本報告書は、太陽光発電（PV）システムと風力タービンの競争力が高まっていることを強調しており、これらは世界中の多くの地域で、従来の石炭火力発電所やガス火力発電所よりも費用対効果が高くなっている。
もうひとつの重要な傾向は、エネルギー貯蔵技術を重視する傾向が強まっていることである。送電網における再生可能エネルギーの普及が進むにつれ、間欠性の問題に対処し、信頼性の高いエネルギー供給を確保するための効率的な蓄電ソリューションの需要が注目されている。本報告書では、バッテリー、揚水発電、コミュニティ原子力発電、地熱発電など、様々なエネルギー貯蔵技術を検証し、再生可能エネルギーのエネルギーミックスへの円滑な統合を可能にする役割について論じている。
電気自動車（EV）が内燃機関自動車に代わる有力な選択肢として勢いを増す中、輸送の電動化が重要なトレンドとして浮上している。本レポートでは、電力需要の増加や高度な充電インフラの必要性など、このシフトがエネルギー部門に与える影響を探る。また、EVが移動可能なエネルギー貯蔵装置として機能し、輸送部門とエネルギー部門をさらに統合する可能性についても論じている。
本レポートについて
本レポートでは、代替エネルギー市場の様々なセグメントを掘り下げ、再生可能エネルギー源を前進させるために半導体技術がどのように応用されているかを検証している。太陽光発電用の太陽電池、風力エネルギー変換用のパワーエレクトロニクス、電動モビリティ用のバッテリーと充電インフラにおける半導体の極めて重要な役割について論じています。さらに、エネルギーハーベスティングのような新興分野における半導体の重要性についても取り上げている。エネルギーハーベスティングとは、周囲のエネルギーを取り込み、使用可能な電気エネルギーに変換する技術を指す。
技術的な側面だけでなく、本レポートは半導体業界の代替エネルギーへの関わりを形成する市場力学も取り上げている。本レポートでは、投資、研究開発努力、規制環境の各地域における傾向を分析している。分析には競争環境も含まれ、再生可能エネルギーソリューションへの半導体技術の統合を推進する主要プレーヤーやイノベーターを特定する。
要するに、「代替エネルギー技術向け半導体：Opportunities and Markets "レポートは、エネルギーの未来を担う人々にとって包括的なリソースとなる。本レポートは、より持続可能で効率的かつ革新的なエネルギーソリューションへの移行を促進する上で、半導体が不可欠な役割を果たすことを強調しています。詳細な市場洞察、技術レビュー、戦略的アドバイスを通じて、本レポートは、 を目指す関係者が代替エネルギー技術の進化する状況をナビゲートし、より持続可能でエネルギー効率の高い未来に向けた世界的なシフトを推進するための道筋を描いている。
目次第 1 章 はじめに 1-1第 2 章 太陽エネルギー 2-1
2.1 太陽インフラ 2-1
2.1.1 現在の開発状況 2-2
2.1.2 世界の太陽光発電設備総数 2-9
2.1.3 PVの応用 2-11
2.1.3.1 PV発電所 2-11
2.1.3.2 建築物におけるPV 2-13
2.1.3.3 交通機関におけるPV 2-15
2.1.3.4 独立型機器におけるPV 2-18
2.1.3.5 農村電化 2-18
2.1.3.6 ソーラー道路 2-19
2.1.4 PVの経済性 2-19
2.1.4.1 電力コスト 2-19
2.1.4.2 グリッドパリティ 2-20
2.1.4.3 金融インセンティブ 2-21
2.1.5 ソーラー予測 2-22
2.2 半導体技術 2-24
2.2.1 インバーター／コンバーター・デバイス 2-24
2.2.2 インバーター分析 2-28
2.2.3 インバータの価格設定 2-34
第3章 風力エネルギー 3-1
3.1 風力エネルギー インフラストラクチャー 3-1
3.1.1 発電 3-2
3.1.1.1 系統管理システム 3-2
3.1.1.2 容量係数 3-3
3.1.2 タービン配置 3-4
3.1.3 洋上ウインドファーム 3-4
3.1.4 風力発電の利用 3-9
3.1.5 経済性と実現可能性 3-16
3.1.5.1 成長とコストの動向 3-16
3.1.5.2 理論的可能性 3-20
3.1.5.3 直接コスト 3-20
3.1.5.4 外部コスト 3-21
3.1.5.5 インセンティブ 3-22
3.2 半導体技術 3-23
3.2.1 主要な半導体デバイス 3-23
3.2.2 半導体分析 3-25
第4章 燃料電池 4-1
4.1 燃料電池のインフラストラクチャ 4-1
4.1.1 燃料電池の設計 4-1
4.1.2 歴史 4-3
4.1.3 燃料電池の種類 4-4
4.1.3.1 高分子電解質膜 4-4
4.1.3.2 リン酸 4-6
4.1.3.3 直接メタノール 4-8
4.1.3.4 アルカリ性 4-8
4.1.3.6 溶融炭酸塩 4-10
4.1.3.7 固体酸化物 4-12
4.1.3.8 プロトン交換型燃料電池 4-15
4.1.3.9 再生型（可逆性）燃料電池 4-20
4.1.4 効率 4-20
4.1.4.1 燃料電池の効率 4-20
4.1.4.2 実際 4-21
4.1.5 燃料電池の用途 4-23
4.1.5.1 用途 4-24
4.1.5.2 水素輸送と燃料補給 4-28
4.1.6 燃料電池メーカー 4-34
4.2 半導体技術 4-46
4.2.1 主要部品半導体デバイス 4-46
第5章 蓄電／電気自動車技術 5-1
5.1 蓄電／電気自動車インフラ 5-1
5.1.1 用途と応用 5-2
5.1.2 充放電 5-4
5.1.3 アクティブ・コンポーネント 5-6
5.1.3.1 一般的な二次電池の種類 5-9
5.1.3.2 一般的でない種類 5-10
5.1.4 最近の開発 5-11
5.1.5 電気自動車用電池 5-13
5.1.5.1 ニッケル水素電池 5-13
5.1.5.2 EV用リチウムイオン二次電池 5-17
5.1.6 自動車充電 5-46
5.1.6.1 送電網への影響 5-50
5.1.6.2 通信 5-50
5.2 予測5-57
5.2.1 HEV/EV予測 5-57
5.2.2 キーコンポーネント半導体デバイス-HEV/EV 5-57
5.2.3 ADAS（先進運転支援システム） 5-62
図表リストLIST OF TABLES
2.1 国別太陽光発電ピーク電力容量合計 2-10
2.2 世界最大の太陽光発電所 2-12
2.3 PV インバーター市場分布 2-32
2.4 太陽光インバーター市場分析 2-35
3.1 稼働中の洋上風力発電所 3-7
3.2 建設中の洋上風力発電所 3-8
3.3 設置済み風力発電容量（メガワット） 3-10
3.4 年間風力発電量（TWh） 3-11
3.5 米国の設置容量（メガワット） 3-13
4.1 燃料電池の比較 4-17
4.2 燃料電池の詳細 4-18
4.3 世界の燃料電池のタイプ別出荷台数 4-40
5.1 二次電池技術 5-7
5.2 電気自動車用電池の10年間コスト 5-15
5.3 EV用電池の損益分岐点コスト ?5-16
5.4 EV用電池の損益分岐点コスト ?100 マイル航続 5-18
5.5 将来の電池の概要表 5-45
5.6 充電ステーションの種類 5-47
5.7 電力レベル別および電気自動車別の標準充電時間 5-49
5.8 HEVおよびEVの世界販売台数予測 5-58
5.9 部品表（BOM）コスト内訳—テスラ モデル3、フォルクスワーゲン ID.3 および フォルクスワーゲン ゴルフ5-60
5.10 ADASシステム用主要IC部品とサプライヤー 5-63
5.11 自動車用半導体（用途別） 5-65
LISTOF FIGURES
2.1 平板型太陽熱集熱器 2-3
2.2 パラボラトラフ型ソーラーコレクター 2-4
2.3 太陽電池ディッシュ／エンジンコレクター 2-5
2.4 太陽電池タワーコレクター 2-6
2.5 世界の太陽電池モジュール予測 2-23
3.1 米国商用風力技術の進化 3-5
3.2 米国の設置容量（メガワット） 3-14
3.3 世界の風力タービン出荷台数 3-17
3.4 電力に占める風力発電の割合 3-19
4.1 ポリマー電解質膜（PEM）燃料電池 4-5
4.2 リン酸型（PAFC）燃料電池 4-7
4.3 アルカリ型（AFC）燃料電池 4-9
4.4 溶融炭酸塩型（MCFC）燃料電池 4-11
4.5 固体酸化物型（SOFC）燃料電池 4-13
4.6 プロトン交換型燃料電池 4-16
4.7 水素経済への移行 4-29
4.8 水素改質器燃料補給ステーション 4-32
4.9 多様化する燃料電池開発 4-38
5.1 二次電池の質量エネルギー密度と体積エネルギー密度 5-8
5.2 電気自動車の電池容量 5-20
5.3 時間の経過に伴う電池価格 5-21
5.4 正極材料コスト 5-24
5.5 リチウムイオン二次電池の目標 5-26
5.6 正極材料の多様な候補 5-29
5.7 正極材料の改良5-31
5.8 従来型LiBと全固体LiBの比較5-41
5.9 従来型LiBと金属ポリサルファイドLiBの比較5-43
5.10 EV通信制御システムの概要 5-53
5.11 HEVおよびEVの世界販売台数予測5-58
5.18 レベル3充電器の回路図5-71
5.19 HEV/EV充電器用半導体の収益予測5-77
Summary
Semiconductor technology surrounding the alternative energy markets includes advanced IGBT design,optoelectronics, advanced power conversion ICs, digital signal processing, MCUs, and advanced mixed signal and analog circuits. This report discussed the potential for these products to be the next killer application. Markets are forecast for ICs for each alternative energy application.
The "Semiconductors for Alternative Energy Technologies: Opportunities and Markets" report is a comprehensive resource for understanding the critical intersection of semiconductor technology and renewable energy. It offers a roadmap for navigating the future of energy, highlighting the transformative potential of semiconductors to power a more sustainable world.
Semiconductors, the bedrock of modern electronics, are poised to play a similarly transformative role in alternative energy technologies. Their unique properties and capabilities enable the development and optimization of efficient, reliable, and cost-effective solutions for harnessing, storing, and utilizing renewable energy. From solar panels and wind turbines to electric vehicles (EVs) and smart grids, semiconductors are at the heart of innovations that promise to reshape our energy infrastructure.
The imperative for alternative energy technologies stems from the global consensus on reducing carbon emissions and mitigating the effects of climate change. Renewable energy sources such as solar, wind, hydro, and geothermal have become increasingly vital in the global energy mix, necessitating advanced technologies that can harness, convert, and store energy more efficiently and reliably.
Semiconductors, with their inherent properties of electrical conductivity and control, stand at the forefront of this technological revolution, enabling the development of smarter, more efficient energy systems and devices.
Trends
One of the primary trends outlined in the report is the accelerating shift from fossil fuels to renewable energy sources such as solar, wind, hydro, and geothermal power. This transition is driven by the decreasing cost of renewable energy technologies, enhanced by advancements in efficiency and accessibility. The report underscores the increasing competitiveness of solar photovoltaic (PV) systems and wind turbines, which are becoming more cost-effective than traditional coal or gas-fired power plants in many regions around the globe.
Another significant trend is the growing emphasis on energy storage technologies. As the penetration of renewable energy in the power grid increases, the demand for efficient storage solutions to address intermittency issues and ensure a reliable energy supply is highlighted. The report examines various energy storage technologies, including batteries, pumped hydro storage, community nuclear storate, and geothermal energy, discussing their roles in enabling a smoother integration of renewable sources into the energy mix.
The electrification of transportation emerges as a crucial trend, with electric vehicles (EVs) gaining momentum as a viable alternative to internal combustion engine vehicles. The report explores the implications of this shift for the energy sector, including the increased demand for electricity and the need for advanced charging infrastructure. It also discusses the potential for EVs to act as mobile energy storage units, further integrating the transportation and energy sectors.
About This Report
This report delves into the various segments of the alternative energy market, examining how semiconductor technologies are being applied to advance renewable energy sources. It discusses the pivotal role of semiconductors in photovoltaic cells for solar power, power electronics for wind energy conversion, and batteries and charging infrastructure for electric mobility. Additionally, it covers the significance of semiconductors in emerging areas such as energy harvesting, which encompasses technologies that capture and convert ambient energies into usable electrical energy.
Beyond the technical aspects, the report also addresses the market dynamics shaping the semiconductor industry's involvement in alternative energy. It analyses trends in investment, research and development efforts, and regulatory environments across different geographies. The analysis includes a look at the competitive landscape, identifying key players and innovators driving the integration of semiconductor technologies into renewable energy solutions.
In essence, the "Semiconductors for Alternative Energy Technologies: Opportunities and Markets" report serves as a comprehensive resource for those vested in the future of energy. It underscores the indispensable role of semiconductors in facilitating the transition towards more sustainable, efficient, and innovative energy solutions. Through detailed market insights, technological reviews, and strategic advice, the report charts a course for stakeholders aiming to navigate the evolving landscape of alternative energy technologies, driving the global shift towards a more sustainable and energy-efficient future.
Table of ContentsChapter 1 Introduction 1-1Chapter 2 Solar Energy 2-1
2.1 Solar Infrastructure 2-1
2.1.1 Current developments 2-2
2.1.2 Worldwide installed photovoltaic totals 2-9
2.1.3 Applications of PV 2-11
2.1.3.1 PV Power Stations 2-11
2.1.3.2 PV in Buildings 2-13
2.1.3.3 PV in Transport 2-15
2.1.3.4 PV in Standalone Devices 2-18
2.1.3.5 Rural Electrification 2-18
2.1.3.6 Solar Roadways 2-19
2.1.4 Economics of PV 2-19
2.1.4.1 Power Costs 2-19
2.1.4.2 Grid Parity 2-20
2.1.4.3 Financial Incentives 2-21
2.1.5 Solar Forecast 2-22
2.2 Semiconductor Technology 2-24
2.2.1 Inverter/Converter Devices 2-24
2.2.2 Inverter Analysis 2-28
2.2.3 Inverter Pricing 2-34
Chapter 3 Wind Energy 3-1
3.1 Wind Energy Infrastructure 3-1
3.1.1 Electricity Generation 3-2
3.1.1.1 Grid Management System 3-2
3.1.1.2 Capacity Factor 3-3
3.1.2 Turbine Placement 3-4
3.1.3 Offshore Wind Farms 3-4
3.1.4 Utilization Of Wind Power 3-9
3.1.5 Economics And Feasibility 3-16
3.1.5.1 Growth And Cost Trends 3-16
3.1.5.2 Theoretical Potential 3-20
3.1.5.3 Direct Costs 3-20
3.1.5.4 External Costs 3-21
3.1.5.5 Incentives 3-22
3.2 Semiconductor Technology 3-23
3.2.1 Key Component Semiconductor Devices 3-23
3.2.2 Semiconductor Analysis 3-25
Chapter 4 Fuel Cells 4-1
4.1 Fuel Cell Infrastructure 4-1
4.1.1 Fuel Cell Design 4-1
4.1.2 History 4-3
4.1.3 Types of fuel cells 4-4
4.1.3.1 Polymer Electrolyte Membrane 4-4
4.1.3.2 Phosphoric Acid 4-6
4.1.3.3 Direct Methanol 4-8
4.1.3.4 Alkaline 4-8
4.1.3.6 Molten Carbonate 4-10
4.1.3.7 Solid Oxide 4-12
4.1.3.8 Proton Exchange Fuel Cells 4-15
4.1.3.9 Regenerative (Reversible) Fuel Cells 4-20
4.1.4 Efficiency 4-20
4.1.4.1 Fuel cell efficiency 4-20
4.1.4.2 In practice 4-21
4.1.5 Fuel cell applications 4-23
4.1.5.1 Applications 4-24
4.1.5.2 Hydrogen Transportation And Refueling 4-28
4.1.6 Fuel Cell Manufacturers 4-34
4.2 Semiconductor Technology 4-46
4.2.1 Key Component Semiconductor Devices 4-46
Chapter 5 Storage/Electric Vehicle Technology 5-1
5.1 Storage/Electric Vehicle Infrastructure 5-1
5.1.1 Usage And Applications 5-2
5.1.2 Charging And Discharging 5-4
5.1.3 Active Components 5-6
5.1.3.1 Common Rechargeable Battery Types 5-9
5.1.3.2 Less Common Types 5-10
5.1.4 Recent Developments 5-11
5.1.5 Batteries for Electric Vehicles 5-13
5.1.5.1 NiMH Batteries 5-13
5.1.5.2 EV Li-Ion Rechargeable Batteries 5-17
5.1.6 Vehicle Charging 5-46
5.1.6.1 Grid Impacts 5-50
5.1.6.2 Communication 5-50
5.2 Forecasts 5-57
5.2.1 HEV/EV Forecast 5-57
5.2.2 Key Component Semiconductor Devices - HEV/EV 5-57
5.2.3 ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) 5-62
List of Tables/GraphsLIST OF TABLES
2.1 Total Photovoltaic Peak Power Capacity By Country 2-10
2.2 World's Largest Photovoltaic Power Plants 2-12
2.3 PV Inverter Market Distribution 2-32
2.4 Solar Inverter Market Analysis 2-35
3.1 Operational Offshore Wind Farms 3-7
3.2 Offshore Wind Farms Under Construction 3-8
3.3 Installed Windpower Capacity (MW) 3-10
3.4 Annual Wind Power Generation (TWh) 3-11
3.5 U.S. Installed Capacity (Megawatts) 3-13
4.1 Fuel Cell Comparisons 4-17
4.2 Fuel Cell Details 4-18
4.3 Worldwide Fuel Cell Shipments By Type 4-40
5.1 Rechargeable Battery Technologies 5-7
5.2 10-Year Costs For Electric Vehicle Batteries 5-15
5.3 Breakeven Costs For EV Batteries – 40 Mile Range 5-16
5.4 Breakeven Costs For EV Batteries – 100 Mile Range 5-18
5.5 Summary Table Of Future Batteries 5-45
5.6 Types Of Charging Stations 5-47
5.7 Typical Charging Times By Power Level And Electric Vehicle 5-49
5.8 Forecast Of Global Sales Of HEVs And EVs 5-58
5.9 BOM Cost Breakdown—Tesla Model 3, VW ID.3 and VW Golf 5-60
5.10 ADAS System Key IC Components And Suppliers 5-63
5.11 Automotive Semiconductor By Application 5-65
LIST OF FIGURES
2.1 Flat Plate Solar Collector 2-3
2.2 Parabolic Trough Solar Collector 2-4
2.3 Solar Dish/Engine Collector 2-5
2.4 Solar Power Tower Collector 2-6
2.5 Global Solar PV Module Forecast 2-23
3.1 Evolution Of U.S. Commercial Wind Technology 3-5
3.2 U.S. Installed Capacity (Megawatts) 3-14
3.3 Worldwide Wind Turbine Shipments 3-17
3.4 Wind Power As Percent Of Electricity 3-19
4.1 Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Fuel Cell 4-5
4.2 Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) Fuel Cell 4-7
4.3 Alkaline (AFC) Fuel Cell 4-9
4.4 Molten Carbonate (MCFC) Fuel Cell 4-11
4.5 Solid Oxide (SOFC) Fuel Cell 4-13
4.6 Proton Exchange Fuel Cell 4-16
4.7 Transition To A Hydrogen Economy 4-29
4.8 Hydrogen Reformer Fueling Station 4-32
4.9 Diversified Fuel Cell Development 4-38
5.1 Mass And Volume Energy Densities Of Secondary Cells 5-8
5.2 Battery Capacity For An Electric Vehicle 5-20
5.3 Battery Price With Time 5-21
5.4 Cathode Material Cost 5-24
5.5 Target For Li-Ion Rechargeable Batteries5-26
5.6 Diverse Range Of Candidates For Cathodes 5-29
5.7 Improving Cathode Materials 5-31
5.8 Comparison Between A Conventional And All-Solid-State LiB5-41
5.9 Comparison Between A Conventional And Metal Polysulfide LiB 5-43
5.10 EV Communications Control System Overview 5-53
5.11 Forecast of Global Sales of HEVs and EVs5-58
5.18 Circuit Diagram For Level 3 Charger5-71
5.19 Revenue Forecast For Semiconductors For HEV/EV Chargers 5-77
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