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在构建以新能源为主体的新型电力系统的逐步推进下,数智化与减碳化两大趋势的交集出现了芯片新的应用突破口,光伏储能作为近些年增速最快的可再生能源细分领域,为半导体产业带来了新的机遇和挑战。
芯片的“新”战场
2023年上半年,中国的新能源市场迎来历史性时刻:全国可再生能源装机突破13亿千瓦,达到13.22亿千瓦,同比增长18.2%,首次超过煤电,约占我国总装机的48.8%。其中,光伏作为可再生能源主力军,新增并网7842万千瓦,同比增长154%。
在光伏产业链各环节,芯片应用随处可见,特别是系统核心设备光伏逆变器中,芯片作为核心元器件,在提升转换效率、安全性和智能化水平等方面发挥着着重要作用。
而逆变器芯片,少不了德州仪器(简称“TI”)的身影。据了解,早在中国光伏市场起步初期,TI C2000™ 实时微控制器 (MCU) 就借助其电力电子控制领域的积累,广泛应用于光伏逆变器中。C2000™ MCU 具有超高性能的 C28 数字信号处理器、硬件算法加速器、CLA(控制律加速器)及 CLB(可配置逻辑块)等多种处理器内核组成的异构计算架构,完美应对光伏高动态性给系统带来的挑战。
2023 年 9 月 19 日,在由TI主办的2023 年德州仪器可再生能源半导体技术创新峰会上,德州仪器中国区技术经理郑越对北极星电力网表示,“TI的产品会针对新能源领域做一些优化,主动听取客户的意见,通过创新助推光伏行业的系统的革新。例如, TI的C2000™ 发布至今,仍然在不断对其迭代创新,提高性能,降低成本。”
储能“芯”机遇
BMS具备电池充电、平衡和健康度监测功能,并配有微处理器,负责系统控制和通信。在常见的BMS中通常需要AFE、ADC、MCU及数字隔离器等芯片。
AFE芯片是BMS中的一个关键芯片,主要负责实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备如控制器交换信息。因此一个高性能 AFE是实现高水平 BMS 的关键,应在精确性、安全性以及系统成本等方面解决客户的痛点。
针对上述痛点,TI的 BQ7961x 系列精密电池监控器、平衡器和集成硬件保护器,就是一款迎合储能客户需求的AFE。基于不同的标规,从精度、温度、高频通信及安全等方面满足储能系统要求,完善系统的可靠性、度电成本、灵活性,通过高级集成,降低系统的开发门槛和成本。
更重要的是,TI 的 BQ7961x 系列采用隔离式差分菊花链通信,可以实现双向通信及双向唤醒,在某个节点损坏的情况下,仍然可以实现通信,并且在电池簇管理上,也采用菊花链方式,连接包括霍尔传感器、保险丝、风扇、继电器等监控。
郑越认为,光储融合当下另一个痛点就是生命周期的不同步。光伏面板的寿命一般是25年,储能电池和逆变器的寿命一般是10-15年,需要让逆变器和储能的寿命同步提升,才能最大可能地提高项目整体的使用寿命。
针对这一点TI早有布局,日前TI正式发布全新光耦仿真器的产品组合,旨在提高信号完整性,降低功耗,提升系统性能,并且延长光伏、储能等场景应用的寿命。TI隔离产品有更好的隔离绝缘强度,在行业有口皆碑。
TI秉持着“把所有的简单留给用户把系统设计的难点、问题留给自己”的理念,以系统级的解决方案帮助下游生态客户实现具体应用的参考设计,既能够使系统简单地实现功能,又能够安全可靠地实现所有的储能标准。
第三代半导体开辟“新”赛道
纵观储能行业的发展态势,第三代半导体在储能技术中的应用的增长非常迅速,第三代半导体的高热导率、低开关损耗等特性可以提升器件的能源转换效率及循环寿命,在储能方向具备巨大的应用潜力。不仅如此,无论是由储能还是5G等前沿技术主导革新的能源和通信行业,还是算力支撑的数字经济整体,第三代半导体都将成为产业升级的核心驱动力之一,拥有着广阔的应用前景。
第三代半导体也称宽禁带半导体,有着突出的光电特性。如今各国和地区都在加强对第三代半导体技术研究和产业布局。
氮化镓(GaN)是最具代表性的第三代半导体材料,相比硅禁带宽度高,通俗地来说材料耐高压的能力比较强,非常适用于高压领域的应用。
对此,郑越表示,第三代半导体可以实现产品小型化、高频化,同时具备的优良特性,使得氮化镓材料一定是将来。TI很早就投入到该领域,氮化镓器件是TI在功率半导体领域未来的重点发展方向。
近年来,TI的科研人员攻克关键技术难题,通过不断发展和迭代,尽力大幅度降低氮化镓的制造成本,通过优化后的材料做出可靠的器件,在高压PCS、隔离等领域推出了很多主力产品。同时,产品参照严苛的测试标准搭建可靠性测试,只有经受住长时间可靠性测试验证后的产品才会被推向市场。
同时,TI产品具有高度的集成性,集驱动、检测和保护功能于一体,可以让用户实现从传统的硅MOS技术向氮化镓技术的平滑过渡,无需增加额外的设计成本,就能提升整体的设计性能。
数智化技术助力能源行业转型,已成当前各行各业未来发展的共识。郑越表示,服务好中国的客户,这是TI一直在坚持做的事情。TI拥有研发、设计、生产到销售的全链条,在中国有近20个分公司,通过本地团队支持客户,实现更及时的响应。推动安全、可靠、高效的绿色能源系统落地,加速中国绿色电网建设。
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