半导体

半导体如何实现能源可持续未来

2025China.cn   2023年06月08日

半导体帮助 Harald Parzhuber 实现了可持续生活。

无论是房顶上的 36 块太阳能电池板、将太阳能转化为电能为家庭供电的光伏逆变器、储存电能的电池,还是安装在车库墙壁上的电动汽车充电器和混合动力电动汽车,都离不开创新的半导体技术。

Harald 带领公司团队设计了用于太阳能发电和储能的高压电源转换系统,他表示:“为了实现一个减少非再生能源使用的未来,我们必须提高电气化水平。半导体正在革新能量产生、储存和消耗的方式。”

无论是 Harald 慕尼黑附近家中的可再生能源系统,还是上百万个其他相似的电网级系统,它们都采用了德州仪器的技术,帮助设计人员开发更经济实惠、更小巧和更高效的系统,不断推动社区、工厂等场所开始以可持续的方式产生和消耗电能:

电源转换:我们的 C2000™ 实时微控制器可为宽带隙器件(如氮化镓或碳化硅 FET)等高压系统中典型的复杂电源拓扑提供高效的电源转换。

德州仪器 C2000 业务部经理 Matt Watson 表示:“我们的技术能够非常迅速地传输数据,并具有超低延迟,为了在电力传输过程中尽可能多地留存能量,减少热损耗并缩小尺寸,低延迟信号链至关重要。它能帮助设计工程师突破电源效率、功率密度和成本的边界,从而让更多人能够使用高能源效率的产品。对于那些以电源效率和尺寸作为关键指标的储能系统,低延迟信号链尤其重要。”

电流和电压检测:实时能量管理至关重要,能充分发挥应用潜力,有助于提高电网的稳定性和性能。我们精密的电流和电压检测技术可实现精确测量,并通过过压管理、过流管理和接地故障检测来提高安全性。

德州仪器电网基础设施系统总经理 Henrik Mannesson 介绍:“能源越来越稀缺,也越来越昂贵。许多人都想测量并了解自己的用电量和需要支付的费用。电流和电压检测技术可帮助居民计算功率,以便确定如何使用其太阳能系统产生的电能。每个使用太阳能电池板或具有储能系统的家庭都可以在某个时段利用太阳能发电并储存电能,满足家庭使用需求;或者反过来将剩余电能销售给电网。这些方案都需要能够测量电压和电流的智能功能,半导体技术恰好是测量的关键。”

边缘处理和通信:许多应用需要通过易于使用的接口连接电网和用户,从而实现车辆到电网或即插即充等技术。我们的高性能处理器可在实际应用中实现本地计算,让处理过程更快、更安全。通过将这些处理器与我们易于安装的连接产品和软件配合使用,设计人员可在微型逆变器等系统以及家庭能源系统和用户之间实现更加可靠的无缝通信。

Henrik 表示:“基于当前的电价,用户可以决定是将电能销售给电网,还是储存在电池中。我能在电价较高时销售电能,在电价较低时储存电能。更智能的电表或家庭能源系统可跟踪电价,并做出有关如何运营系统的智能决策。”

电池管理:通过收集和存储电能,并在用电高峰时向电网返回电能,可以优化电网性能。我们出色的电池监测和储能解决方案能满足能源需求,让最需要用电的一方有电可用。

Henrik 提到:“可持续的未来在部分程度上依赖于家庭和电网基础设施层面上的电气化,现代可再生能源应用中的模拟和嵌入式处理产品不断发展,能实现更智能、更可靠和更易用的太阳能、储能和电动汽车充电系统。”

用可再生能源实现发电

当今世界的大部分地区仍采用将机械能转化为电能的方式进行发电。利用煤炭、天然气或核能等燃料释放能量,再通过水、蒸汽、空气或压缩气体等流体推动汽轮机。汽轮机轴连接着发电机,发电机将机械能转化成交流电输送至电网,进入家庭和企业。这时,当你拨起墙上的开关,灯就会发光。

太阳能等形式的可再生能源不使用发电机产生电能。以太阳能为例,当光伏面板吸收阳光后,数十亿电子受到激发。这些电子形成直流电并在光伏逆变器中进行转化,半导体元件通过测量电压和电流来控制能量,管理能量,并将直流电转化为交流电。你可以打开照明开关,直接使用这些电能;也可以把电能储存在电池中或返回至电网,从而帮助管理用电需求。

推动电气化发展

对于 Harald 而言,使用可再生能源关乎个人责任。

他认为:“星星之火可以燎原。我们要先从个人做起,不能等到颁布节能法规后才行动。”

因此,当 Harald 和他的妻子 Alexandra 在 2018 年建好房子后,便着手为安装太阳能电池板进行设计。三年后,他们在房顶上安装了 36 块太阳能电池板、一个光伏逆变器、一个用于储存太阳能发电的电池和一个安装在车库墙壁上的充电器,来为混合动力电动汽车供电。通过这些设备,他们的用电量骤减了三分之二,而且他们使用的电都源自于风能和太阳能等可再生能源。

随着用电成本不断上升,不久,Harald 的邻居开始询问如何安装太阳能装置,以及如何减少用电。

他表示:“人们想要进一步了解他们的用电量和电能的产生方式。如果每个人都这样想,那会产生更深远的影响。事不宜迟,我们需要尽快实现电气化。我很热衷于实现这件事。”

(德州仪器)

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