TI 打造更永續的能源生態系統

以有效且高效率的方式擷取、轉換和分配能源的技術,將實現從化石燃料到再生能源的轉型,助力打造永續的未來

9月 1, 2023

過去,人們鮮少透過太陽能和高壓電池的方式接收能源,並用於住家與汽車上,如今這些技術變得比以往更普遍,也更加智慧和高效。

德州儀器表示:「大約 10 年內,太陽能將成為全球大部分地區最大的能源來源。現在我們正處於能源轉型過程,這徹底改變了我們生產、消耗和儲存能源的方式。」

TI 高壓電源副總裁暨總經理 Kannan Soundarapandian 在一場座談會中,說明從化石燃料到再生能源,這項持續進行的能源轉型之核心趨勢、挑戰,以及 TI 的技術如何發揮關鍵作用。

Kannan表示:「我們竭力確保在邁向未來的過程中,能以更永續、更低成本的方式從新技術中獲取更多能源,同時提高能源的可靠性及安全性。」

以下是技術創新幫助建造能源生態系統的五種方式:

  1. 安全且高效地利用太陽能。

Kannan 表示:「地球每平方公尺平均從陽光中取得約一千瓦的電力。我們需要加強利用太陽能,為了有效率地擷取,需要在太陽能板內部和周邊採用新的高電壓技術。」

TI 的先進技術,如氮化鎵 (GaN) FETs (一種協助將太陽能板發出的直流電轉換為住家用交流電的裝置),能夠實現精巧且低成本的微型變流器設計,可以直接安裝在太陽能板本身或附近。

  1. 建置更快速、更可靠的電動車充電設施。

Kannan 表示:「我們需要更多充電站,而且我們希望這些充電站能更快速,同時也更安全且更可靠地為車輛充電。協助充電裝置普及化的趨勢,是投入充電的硬體設施和軟體標準的開發,使更多車輛更便於使用各種充電站。舉例來說,TI 已經在為車輛及充電裝置製造商提供工具,以簡化新充電標準的設計。」

我們公司也在透過 AM625 處理器和 CC3301 Wi-Fi® 配套積體電路使充電過程更智慧化。他表示:「當電動車與其充電裝置連接時,充電裝置便會知道車子的電量,以及未來的幾個小時內需要充多少電。」

  1. 儲存能源以供需要的時間和地點使用。

TI 也指出,當日照不足時,能源需求量會很高,其言下之意是,將太陽能和其他類型的再生能源儲存在電池中以備日後使用的需求會很高,遺憾的是,儲能系統 (ESS) 中常見的鋰離子電池很容易過度充電,進而導致過熱損壞和安全風險。

Kannan 表示:「目前的挑戰在於如何將每顆電池的效率和容量最大化,關鍵是對充電位準、充電速率和電池溫度進行精準和智慧化的監控,有效率地追查投入和支出的內容非常重要,測量越準確,能安全地從電池擷取的電量就越多。」

TI 擁有以領先業界的感測器技術和微控制器為基礎的監控解決方案。此外,GaN 半導體藉由提供更快速、更低損耗的切換,為電池內部和周邊許多零組件提升額外的性能和效率。

  1. 實現家庭能源生態系統的智慧控制。

雖然更好的電動車充電、太陽能及儲存系統對於能源轉型 (或轉變為使用更多的再生能源) 不可或缺,但最大的獲益將來自整合這三者成為一個智慧控制系統。

Kannan 表示:「您可以開始在住家網路中運用能源,就像我們現今運用資料一樣。換句話說,這是指能夠安全且有效率地生產、傳輸、儲存和消耗能源,以最低成本滿足住家需求,各個零組件必須在家庭能源生態系統中相互連結,甚至您的電動車也將變成這個生態系統的一部分,它不再只是一輛車,更成為一顆擁有 100 kWh 容量的電池存放於您的車庫中。」

當太陽能板產生的電力超過住宅消耗的電力時,多餘的電力不僅可以輸送到住家的 ESS,還可以輸送到電動車的電池,這樣一來,電動車的電池可以藉由雙向智慧型切換技術在夜間或陰天提供電力給住家。隨著時間的推移,新興標準會將裝置和電器連接到家庭能源生態系統 (包括加熱泵浦),以進一步提高能源效率。

  1. 建置動態、複雜的能源網路。

許多 TI 技術正在推動住家生態系統的發展,包括電流感測器、微控制器、電源轉換器和高電壓隔離零組件。Kannan 表示:「添加智慧和連接層次可提供靈活性、效率和控制度。這就是讓您從產生或儲存的每一焦耳能源中擷取每一點效用的原因。」

且 Kannan 指出整合與智慧控制終究應從住家延伸到電網,他表示:「新一代智慧電錶將決定何時儲存住家太陽能板的能源、何時為電動車充電,以及何時將能源送回電網。電網的智慧功能將與住家本身的智慧功能一同運作,考量包含能源價格波動、電網容量、車輛使用模式到天氣預報等一切因素,以最低成本充分利用能源。」

Kannan 表示,隨著能源網路日益複雜化,會有越來越多充分利用能源網路的應用,之後將會發展出和網際網路極度雷同的結果。他表示:「最初,網際網路只是一種將電腦連結在一起的方式,但最終竟發展成遠超出原先用途,且沒人可預料到的結果。我無法確切地說我們能透過能源生態系統實現什麼,但我知道它的發展將會同樣精彩。」