半導(dǎo)體如何實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)未來(lái)

半導(dǎo)體幫助 Harald Parzhuber 實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)生活。

無(wú)論是房頂上的 36 塊太陽(yáng)能電池板、將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能為家庭供電的光伏逆變器、儲(chǔ)存電能的電池，還是安裝在車(chē)庫(kù)墻壁上的電動(dòng)汽車(chē)充電器和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，都離不開(kāi)創(chuàng)新的半導(dǎo)體技術(shù)。

Harald 帶領(lǐng)公司團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了用于太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)能的高壓電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，他表示：“為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)減少非再生能源使用的未來(lái)，我們必須提高電氣化水平。半導(dǎo)體正在革新能量產(chǎn)生、儲(chǔ)存和消耗的方式?！?/p>

無(wú)論是 Harald 慕尼黑附近家中的可再生能源系統(tǒng)，還是上百萬(wàn)個(gè)其他相似的電網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)，它們都采用了德州儀器的技術(shù)，幫助設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、更小巧和更高效的系統(tǒng)，不斷推動(dòng)社區(qū)、工廠等場(chǎng)所開(kāi)始以可持續(xù)的方式產(chǎn)生和消耗電能：

電源轉(zhuǎn)換：我們的 C2000 實(shí)時(shí)微控制器可為寬帶隙器件（如氮化鎵或碳化硅 FET）等高壓系統(tǒng)中典型的復(fù)雜電源拓?fù)涮峁└咝У碾娫崔D(zhuǎn)換。

德州儀器 C2000 業(yè)務(wù)部經(jīng)理 Matt Watson 表示：“我們的技術(shù)能夠非常迅速地傳輸數(shù)據(jù)，并具有超低延遲，為了在電力傳輸過(guò)程中盡可能多地留存能量，減少熱損耗并縮小尺寸，低延遲信號(hào)鏈至關(guān)重要。它能幫助設(shè)計(jì)工程師突破電源效率、功率密度和成本的邊界，從而讓更多人能夠使用高能源效率的產(chǎn)品。對(duì)于那些以電源效率和尺寸作為關(guān)鍵指標(biāo)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，低延遲信號(hào)鏈尤其重要。”

電流和電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)能量管理至關(guān)重要，能充分發(fā)揮應(yīng)用潛力，有助于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和性能。我們精密的電流和電壓檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，并通過(guò)過(guò)壓管理、過(guò)流管理和接地故障檢測(cè)來(lái)提高安全性。

德州儀器電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)總經(jīng)理 Henrik Mannesson 介紹：“能源越來(lái)越稀缺，也越來(lái)越昂貴。許多人都想測(cè)量并了解自己的用電量和需要支付的費(fèi)用。電流和電壓檢測(cè)技術(shù)可幫助居民計(jì)算功率，以便確定如何使用其太陽(yáng)能系統(tǒng)產(chǎn)生的電能。每個(gè)使用太陽(yáng)能電池板或具有儲(chǔ)能系統(tǒng)的家庭都可以在某個(gè)時(shí)段利用太陽(yáng)能發(fā)電并儲(chǔ)存電能，滿足家庭使用需求；或者反過(guò)來(lái)將剩余電能銷(xiāo)售給電網(wǎng)。這些方案都需要能夠測(cè)量電壓和電流的智能功能，半導(dǎo)體技術(shù)恰好是測(cè)量的關(guān)鍵?！?/p>

邊緣處理和通信：許多應(yīng)用需要通過(guò)易于使用的接口連接電網(wǎng)和用戶，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛到電網(wǎng)或即插即充等技術(shù)。我們的高性能處理器可在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算，讓處理過(guò)程更快、更安全。通過(guò)將這些處理器與我們易于安裝的連接產(chǎn)品和軟件配合使用，設(shè)計(jì)人員可在微型逆變器等系統(tǒng)以及家庭能源系統(tǒng)和用戶之間實(shí)現(xiàn)更加可靠的無(wú)縫通信。

Henrik 表示：“基于當(dāng)前的電價(jià)，用戶可以決定是將電能銷(xiāo)售給電網(wǎng)，還是儲(chǔ)存在電池中。我能在電價(jià)較高時(shí)銷(xiāo)售電能，在電價(jià)較低時(shí)儲(chǔ)存電能。更智能的電表或家庭能源系統(tǒng)可跟蹤電價(jià)，并做出有關(guān)如何運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的智能決策?！?/p>

電池管理：通過(guò)收集和存儲(chǔ)電能，并在用電高峰時(shí)向電網(wǎng)返回電能，可以優(yōu)化電網(wǎng)性能。我們出色的電池監(jiān)測(cè)和儲(chǔ)能解決方案能滿足能源需求，讓最需要用電的一方有電可用。

Henrik 提到：“可持續(xù)的未來(lái)在部分程度上依賴(lài)于家庭和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層面上的電氣化，現(xiàn)代可再生能源應(yīng)用中的模擬和嵌入式處理產(chǎn)品不斷發(fā)展，能實(shí)現(xiàn)更智能、更可靠和更易用的太陽(yáng)能、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)。”

用可再生能源實(shí)現(xiàn)發(fā)電

當(dāng)今世界的大部分地區(qū)仍采用將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的方式進(jìn)行發(fā)電。利用煤炭、天然氣或核能等燃料釋放能量，再通過(guò)水、蒸汽、空氣或壓縮氣體等流體推動(dòng)汽輪機(jī)。汽輪機(jī)軸連接著發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成交流電輸送至電網(wǎng)，進(jìn)入家庭和企業(yè)。這時(shí)，當(dāng)你撥起墻上的開(kāi)關(guān)，燈就會(huì)發(fā)光。

太陽(yáng)能等形式的可再生能源不使用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。以太陽(yáng)能為例，當(dāng)光伏面板吸收陽(yáng)光后，數(shù)十億電子受到激發(fā)。這些電子形成直流電并在光伏逆變器中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，半導(dǎo)體元件通過(guò)測(cè)量電壓和電流來(lái)控制能量，管理能量，并將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。你可以打開(kāi)照明開(kāi)關(guān)，直接使用這些電能；也可以把電能儲(chǔ)存在電池中或返回至電網(wǎng)，從而幫助管理用電需求。

推動(dòng)電氣化發(fā)展

對(duì)于 Harald 而言，使用可再生能源關(guān)乎個(gè)人責(zé)任。

他認(rèn)為：“星星之火可以燎原。我們要先從個(gè)人做起，不能等到頒布節(jié)能法規(guī)后才行動(dòng)?！?/p>

因此，當(dāng) Harald 和他的妻子 Alexandra 在 2018 年建好房子后，便著手為安裝太陽(yáng)能電池板進(jìn)行設(shè)計(jì)。三年后，他們?cè)诜宽斏习惭b了 36 塊太陽(yáng)能電池板、一個(gè)光伏逆變器、一個(gè)用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電的電池和一個(gè)安裝在車(chē)庫(kù)墻壁上的充電器，來(lái)為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)供電。通過(guò)這些設(shè)備，他們的用電量驟減了三分之二，而且他們使用的電都源自于風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源。

隨著用電成本不斷上升，不久，Harald 的鄰居開(kāi)始詢問(wèn)如何安裝太陽(yáng)能裝置，以及如何減少用電。

他表示：“人們想要進(jìn)一步了解他們的用電量和電能的產(chǎn)生方式。如果每個(gè)人都這樣想，那會(huì)產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。事不宜遲，我們需要盡快實(shí)現(xiàn)電氣化。我很熱衷于實(shí)現(xiàn)這件事?！?/p>

審核編輯：湯梓紅