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半導體創(chuàng)新推動能源格局演變的三種方式

2025-07-18 11:18:00 德州儀器

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半導體技術的逐步提升助力構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。博客內容源于2025 年 Distributech 大會上的主題演講改編。

能源格局正在經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)電量預計將超過 17,000 太瓦時，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；它不僅真實存在，更在持續(xù)發(fā)展壯大。可再生能源正在規(guī)模化發(fā)展，電氣化進程持續(xù)加速，自動化應用不斷拓展，而能夠支撐這一演進的半導體技術至關重要。

在 TI，我們致力于通過半導體讓電子產品更經濟實用、觸手可及，為構成日常生活的各類產品奠定基礎。這份熱忱同樣傾注于推動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汽車充電器。

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

了解有關能源基礎設施應用資源的更多信息。

更智能、更小巧、更易獲取的太陽能光伏

隨著光伏應用的不斷普及，挑戰(zhàn)已不再局限于發(fā)電本身，而是轉向提升效率、靈活性和經濟性。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，同時還不能影響性能。

電源管理集成電路和 DC/DC 轉換器有助于調節(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中，實現實時監(jiān)控和需求響應。

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

從屋頂光伏電池板到逆變器，再到儲能和電動汽車充電，這些技術進步正幫助設計人員集成更智能、更具可擴展性的解決方案，實現向可再生能源和能源效率的轉型。

可學習、自適應、具備保護功能的儲能系統(tǒng)

作為可靠能源的關鍵推動因素，儲能技術也在迅速發(fā)展。

隨著可再生能源發(fā)電的擴張和電氣化帶來的需求增長，儲能對于在分散式電網中平衡供需及降低消費者能源成本變得至關重要。為實現高效運作，這些儲能系統(tǒng)必須能夠實時監(jiān)控、管理并響應不斷變化的運行狀況，而這些能力的實現直接依賴于半導體技術。

模擬半導體在控制和管理電流、電壓、溫度、光和聲音等真實世界信號方面發(fā)揮著重要作用。它們不僅有助于控制和傳輸電力，驅動電機，也是并且是實現高效能源系統(tǒng)的關鍵。

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

能源電網的邊緣智能技術

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

電網邊緣技術的進步正在重塑能源管理與保護的方式，覆蓋屋頂光伏電池板發(fā)電、電池儲能或電動汽車充電等用電設備。當今環(huán)境動態(tài)變化，決策已來不及等待云端響應。無論是需求激增、電壓驟降還是天氣相關干擾，都需要在本地快速做出反應。這正是邊緣人工智能 (AI) 成為現代能源基礎設施基石的原因。

通過將支持 AI 的處理能力嵌入電網邊緣的設備中，我們的技術作為嵌入式系統(tǒng)的“大腦”，使工程師能夠構建無需依賴遠程服務器即可分析數據、檢測異常并實時響應的系統(tǒng)。這使得從變壓器到智能電表的各種設備都能夠更快地檢測故障、優(yōu)化負載平衡并提升系統(tǒng)自主性。這些能力對于需大規(guī)模數據支持和驅動的能源管理系統(tǒng)至關重要。

邊緣智能在增強電網彈性方面也發(fā)揮著關鍵作用。在分布式電網模型中，有數千個節(jié)點在發(fā)電、存儲和消耗電力。要使這樣的系統(tǒng)正常運行，每個節(jié)點都需要具備自我感知和自適應能力。我們的嵌入式處理器和模擬前端支持電壓檢測、負載平衡和自動控制，將響應能力直接融入硬件，使能源系統(tǒng)能夠隨工況變化而自適應調整。

嵌入式處理器和連接解決方案還幫助電網運營商從各個智能電表收集準確的能源使用數據。這能夠實現更智能的能源使用，并提升用戶意識，促使其將用電需求轉移至電網能源供應更充足的時段。