“未来二三十年将是人类从规模化、集中式化石能源为特征的不可持续能源时代转变为以分布式、多样化、绿色低碳、智能安全的可持续能源体系的关键历史时期。”《科技导报》一篇论文中这样说道。

IEA最新报告显示，2023年全球可再生能源发电量将增长107GW达到440GW以上，是有史以来最大的绝对增长。而中国到2023年和2024年，或将占全球可再生能源新增容量的近55%。

可再生能源的重要程度不言而喻，而支持这样能源运转的，不仅是系统，还有芯片。日前，TI（德州仪器）在2023 年上海国际嵌入式展 (embedded world China) 上分享了其对可再生能源行业的理解。

解决可再生能源发电的挑战

光伏和风力发电是近几年热度极高的可再生能源之一，而它们本身的不稳定性对芯片存在巨大挑战。以光伏为例，它会随着季节、地理位置和光照强度而变化，下雨天、阴天、晚上就没有能量了，不同的高度和角度在不同季节的发电量也是不一样的。对于风力来说就是风力大小，对于水力发电来说就是水流大小。

这种不稳定性会对电网产生巨大冲击，给电能变换带来了很大挑战，是整个电力电子行业需要解决的。

德州仪器中国深圳区总经理王凡介绍，TI是芯片和解决方案供应商，在新能源领域有非常丰富的芯片解决方案，TI能从两个角度解决这个挑战——

首先，通过储能系统让电能变得更加稳定，如果产生的电用不完，就可以储存起来，在需要使用却没有光的场景下，再把电能释放，这是储能的解决方案。

其次做好双向功率变换器，正因储能系统需要充也需要放，功率变换器的效率就决定了整个系统的效率。

在整个功率变换部分，TI的模拟器件以及C2000™、M0控制器的拓展性极强，尤其是C2000控制器可以支持各种各样拓扑和算法。

光伏发电面板效率是非常重要的指标，除了从光伏面板的材料提升效率之外，还可以通过算法来解决。C2000中可以运行MPPT（最大功率点跟踪）算法，可以最大化光伏面板发电效率，同时在风力发电领域，TI也有相应的算法和系统级的考虑。

此外，TI的M0可以实现控制和逻辑通讯，无线产品可以用来配置蓝牙、接入网络，还有其它各种各样的模拟器件可以发挥作用。

光伏的微型逆变器（微逆）现在是比较火的话题。光伏系统有两种，一种是用于工商业储能的大型逆变器，另一种就是微型逆变器，在欧洲、美国等国外市场比较常见。微型逆变器的功率不大，一般在1000W或者2000W以内，在光伏板上可以安装多个，且安装使用方便。

聚焦到微型逆变器，它需要高功率密度，TI的C2000是电力电子行业非常成熟的实时控制器，加之TI的第三代半导体氮化镓（GaN）功率器件，能够帮助客户实现高频率、高效率、高功率密度、小体积。

目前TI看到的长期趋势是氮化镓（GaN）的优势，它的大规模量产性非常好，成本越来越低。现在，充电头这类小型变换器里面氮化镓已非常常见，其经济成本正伴随技术成熟而降低。未来，氮化镓（GaN）在大功率应用中也会越来越便宜。

新能源车会是可再生能源重要一环

“新能源车和可再生能源的互动，这是业界非常重要的一个环节。”王凡表示，现在新能源车发展速度很快，中国在这一领域又是全球领先。新能源车和可再生能源之间其实是协同的关系，如果新能源车充的电来自煤炭、石化，其实并不是真正的新能源，过程中还是有碳排放的。

新能源车未来的趋势就是光储充一体，即光伏发电、储能存储、最后充电给新能源车，这才是真正的绿色能源和绿色出行。随着车越来越多，充电对电网的消耗也非常大，电网高峰期的负荷也会非常大，这就是为什么储能在电网里的影响很重要。现在充电桩发展就是越建越多，越充越快。

可再生能源的能量流动每一次变换都会有效率损失，所以流动过程中如果提高效率就至关重要。TI在车载OBC和驱动方面都有方案，C2000也被应用于充电桩，而这些方案的效率也非常之高。

事实上，TI与汽车的故事要追溯到上世纪。20世纪80年代，TI就在新能源汽车概念还没有火起来的时候生产了TLC542（8位ADC）；1989年，TI发布首款车用微控制器；2003年，TI推出第一款车载信息娱乐系统；2005年，TI推出首款混合信号模拟处理系统。

不只是芯片，而是整套方案

实际上，TI不只提供芯片，还提供完整的方案以及参考设计，供客户快速验证。

就拿功耗来讲，它影响着最终发电效率，而它需要一整套的方案支持。王凡表示，如果用更贵的产品，效率自然就会高很多，而对TI来讲，从以下几个方面支持客户：

第一，提供氮化镓（GaN）这种类型的高效率高功率级产品；

第二，C2000包含了很多算法，比如软开关，以及不同负载情况下对环路的优化控制设置，它的灵活性能够帮助榨干系统的效率；

第三，诸如M0、LDO、DC/DC等器件的功耗也非常低，这样才能让整个系统的功耗做到最好。

智能电网概念是最近提到非常多的概念，之所以被时常提及，是因为可再生能源越来越多，太阳能、风能等不稳定的能源对电网的压力很大。

比如夏天的晚上，城市几乎所有家庭都开着空调，电动车也会在晚上充电，这些都需要很大的电网能源，但这时是没有太阳能的。所以，电网的发电和用电其实是不平衡的，这就是智能电网现在非常关注的地方。

解决这个问题分三个方面：首先是基础设施，智能电网通过智能电表去做测量，先要测得准，测完还需把测到的用电量和实时信息传输到电网；第二是储能和逆变器，这是可再生能源在智能电网中最基础的应用，光伏到储能、储能再回到电网的过程中，能源的变换是基础；第三是电网通信，让整个电网所有的数据通过通讯集中起来，供上层设备管理和调配。

以上考量综合起来，可以发现TI在所有基础领域里都有合作。比如说，TI的MSP430电表芯片拥有电流检测、温度检测、传感器和通讯等功能，可以用于智能电表；BQ59616可以实现高精度的电池计量，检测每一节储能电池的电压和温度，来实现保护与均衡；变换器中的氮化镓（GaN）、C2000控制器、门极驱动，这些都是TI对于智能电网的支持与整套解决方案重要的部分。

“中国在光伏和风能领域都是全球领先的，这也是我们非常看好的市场。我们特别希望和中国客户合作，把高可靠性、高性价比，高效率的方案提供给他们。”王凡强调，TI在中国的投入是全方位的，公司拥有三地的研发中心，有成都工厂以及20多个销售办公室。未来，TI将不断提供全套的解决方案，助力中国客户。

文/付斌