半導(dǎo)體技術(shù)的逐步提升助力構(gòu)建可再生能源的未來

本博客由德州儀器市場部高級副總裁 Keith Ogboenyiya 撰寫。博客內(nèi)容源于2025 年 Distributech 大會(huì)上的主題演講改編。

能源格局正在經(jīng)歷迅速且具有歷史意義的變革。到 2030 年，全球可再生能源發(fā)電量預(yù)計(jì)將超過 17,000 太瓦時(shí)，較 2023 年增長近 90%。顯而易見，可再生能源已不再是遙不可及的夢想；它不僅真實(shí)存在，更在持續(xù)發(fā)展壯大?？稍偕茉凑谝?guī)?；l(fā)展，電氣化進(jìn)程持續(xù)加速，自動(dòng)化應(yīng)用不斷拓展，而能夠支撐這一演進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)至關(guān)重要。

在 TI，我們致力于通過半導(dǎo)體讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用、觸手可及，為構(gòu)成日常生活的各類產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。這份熱忱同樣傾注于推動(dòng)可再生能源的采用與普及——從為房屋帶來光明的太陽能電池板，到安裝在墻上、讓您在上班前為汽車充電的電動(dòng)汽車充電器。

在整個(gè)能源生態(tài)系統(tǒng)中，我們正通過半導(dǎo)體技術(shù)提升可再生能源的可及性并支持其未來發(fā)展，以可靠、安全且可擴(kuò)展的電力解決方案，賦能光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)和邊緣自動(dòng)化等能源系統(tǒng)。

更智能、更小巧、更易獲取的太陽能光伏

隨著光伏應(yīng)用的不斷普及，挑戰(zhàn)已不再局限于發(fā)電本身，而是轉(zhuǎn)向提升效率、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。要滿足這些期望，需要體積更小、精度更高且安裝更便捷的光伏逆變器，同時(shí)還不能影響性能。

電源管理集成電路和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有助于調(diào)節(jié)和優(yōu)化從光伏電池板收集的能量。模擬傳感器和嵌入式處理器助力將太陽能集成到智能電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和需求響應(yīng)。

我們的半導(dǎo)體，尤其是采用氮化鎵 (GaN) 等寬帶隙材料制造的半導(dǎo)體，正在產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，讓適用光伏應(yīng)用的半導(dǎo)體更易獲取且更具成本效益。通過實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度與更高的功率密度，TI 基于 GaN 的場效應(yīng)晶體管 (FET) 使工程師能夠設(shè)計(jì)更緊湊、更高效的光伏逆變器，減少能量損耗并簡化整個(gè)系統(tǒng)的空間布局。

從屋頂光伏電池板到逆變器，再到儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車充電，這些技術(shù)進(jìn)步正幫助設(shè)計(jì)人員集成更智能、更具可擴(kuò)展性的解決方案，實(shí)現(xiàn)向可再生能源和能源效率的轉(zhuǎn)型。

可學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、具備保護(hù)功能的儲(chǔ)能系統(tǒng)

作為可靠能源的關(guān)鍵推動(dòng)因素，儲(chǔ)能技術(shù)也在迅速發(fā)展。

隨著可再生能源發(fā)電的擴(kuò)張和電氣化帶來的需求增長，儲(chǔ)能對于在分散式電網(wǎng)中平衡供需及降低消費(fèi)者能源成本變得至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作，這些儲(chǔ)能系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、管理并響應(yīng)不斷變化的運(yùn)行狀況，而這些能力的實(shí)現(xiàn)直接依賴于半導(dǎo)體技術(shù)。

模擬半導(dǎo)體在控制和管理電流、電壓、溫度、光和聲音等真實(shí)世界信號方面發(fā)揮著重要作用。它們不僅有助于控制和傳輸電力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，也是并且是實(shí)現(xiàn)高效能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。

例如，電池管理系統(tǒng)依賴這些高精確度模元件擬來監(jiān)控每個(gè)電池單元的電壓、溫度和電流。這類精確測量提供了必要數(shù)據(jù)，有效地幫助防止熱失控并延長電池壽命，同時(shí)確保戶用和工商用規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全運(yùn)行

能源電網(wǎng)的邊緣智能技術(shù)

嵌入式處理半導(dǎo)體一直是電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，助力提高電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平和互聯(lián)程度。

電網(wǎng)邊緣技術(shù)的進(jìn)步正在重塑能源管理與保護(hù)的方式，覆蓋屋頂光伏電池板發(fā)電、電池儲(chǔ)能或電動(dòng)汽車充電等用電設(shè)備。當(dāng)今環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，決策已來不及等待云端響應(yīng)。無論是需求激增、電壓驟降還是天氣相關(guān)干擾，都需要在本地快速做出反應(yīng)。這正是邊緣人工智能 (AI) 成為現(xiàn)代能源基礎(chǔ)設(shè)施基石的原因。

通過將支持 AI 的處理能力嵌入電網(wǎng)邊緣的設(shè)備中，我們的技術(shù)作為嵌入式系統(tǒng)的“大腦”，使工程師能夠構(gòu)建無需依賴遠(yuǎn)程服務(wù)器即可分析數(shù)據(jù)、檢測異常并實(shí)時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。這使得從變壓器到智能電表的各種設(shè)備都能夠更快地檢測故障、優(yōu)化負(fù)載平衡并提升系統(tǒng)自主性。這些能力對于需大規(guī)模數(shù)據(jù)支持和驅(qū)動(dòng)的能源管理系統(tǒng)至關(guān)重要。

邊緣智能在增強(qiáng)電網(wǎng)彈性方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在分布式電網(wǎng)模型中，有數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)電、存儲(chǔ)和消耗電力。要使這樣的系統(tǒng)正常運(yùn)行，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要具備自我感知和自適應(yīng)能力。我們的嵌入式處理器和模擬前端支持電壓檢測、負(fù)載平衡和自動(dòng)控制，將響應(yīng)能力直接融入硬件，使能源系統(tǒng)能夠隨工況變化而自適應(yīng)調(diào)整。

嵌入式處理器和連接解決方案還幫助電網(wǎng)運(yùn)營商從各個(gè)智能電表收集準(zhǔn)確的能源使用數(shù)據(jù)。這能夠?qū)崿F(xiàn)更智能的能源使用，并提升用戶意識，促使其將用電需求轉(zhuǎn)移至電網(wǎng)能源供應(yīng)更充足的時(shí)段。

半導(dǎo)體將能源生態(tài)系統(tǒng)連接在一起。在模擬技術(shù)和嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，我們提供的半導(dǎo)體產(chǎn)品為光伏電池板或儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用注入動(dòng)力。 與此同時(shí)，這些技術(shù)也在增強(qiáng)消費(fèi)者對可再生能源安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和性能的信心，助力其在當(dāng)下及未來得到更廣泛的應(yīng)用。