在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的逐步推進(jìn)下，數(shù)智化與減碳化兩大趨勢的交集出現(xiàn)了芯片新的應(yīng)用突破口，光伏儲能作為近些年增速最快的可再生能源細(xì)分領(lǐng)域，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
芯片的“新”戰(zhàn)場
2023年上半年，中國的新能源市場迎來歷史性時刻：全國可再生能源裝機(jī)突破13億千瓦，達(dá)到13.22億千瓦，同比增長18.2%，首次超過煤電，約占我國總裝機(jī)的48.8%。其中，光伏作為可再生能源主力軍，新增并網(wǎng)7842萬千瓦，同比增長154%。
在光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，芯片應(yīng)用隨處可見，特別是系統(tǒng)核心設(shè)備光伏逆變器中，芯片作為核心元器件，在提升轉(zhuǎn)換效率、安全性和智能化水平等方面發(fā)揮著著重要作用。
而逆變器芯片，少不了德州儀器（簡稱“TI”）的身影。據(jù)了解，早在中國光伏市場起步初期，TI C2000? 實(shí)時微控制器 (MCU) 就借助其電力電子控制領(lǐng)域的積累，廣泛應(yīng)用于光伏逆變器中。C2000? MCU 具有超高性能的 C28 數(shù)字信號處理器、硬件算法加速器、CLA（控制律加速器）及 CLB（可配置邏輯塊）等多種處理器內(nèi)核組成的異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，完美應(yīng)對光伏高動態(tài)性給系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。
2023 年 9 月 19 日，在由TI主辦的2023 年德州儀器可再生能源半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新峰會上，德州儀器中國區(qū)技術(shù)經(jīng)理鄭越對北極星電力網(wǎng)表示，“TI的產(chǎn)品會針對新能源領(lǐng)域做一些優(yōu)化，主動聽取客戶的意見，通過創(chuàng)新助推光伏行業(yè)的系統(tǒng)的革新。例如， TI的C2000? 發(fā)布至今，仍然在不斷對其迭代創(chuàng)新，提高性能，降低成本?！?/p>
儲能“芯”機(jī)遇
BMS具備電池充電、平衡和健康度監(jiān)測功能，并配有微處理器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制和通信。在常見的BMS中通常需要AFE、ADC、MCU及數(shù)字隔離器等芯片。
AFE芯片是BMS中的一個關(guān)鍵芯片，主要負(fù)責(zé)實(shí)時采集、處理、存儲電池組運(yùn)行過程中的重要信息，與外部設(shè)備如控制器交換信息。因此一個高性能 AFE是實(shí)現(xiàn)高水平 BMS 的關(guān)鍵，應(yīng)在精確性、安全性以及系統(tǒng)成本等方面解決客戶的痛點(diǎn)。
針對上述痛點(diǎn)，TI的 BQ7961x 系列精密電池監(jiān)控器、平衡器和集成硬件保護(hù)器，就是一款迎合儲能客戶需求的AFE?；诓煌臉?biāo)規(guī)，從精度、溫度、高頻通信及安全等方面滿足儲能系統(tǒng)要求，完善系統(tǒng)的可靠性、度電成本、靈活性，通過高級集成，降低系統(tǒng)的開發(fā)門檻和成本。
更重要的是，TI 的 BQ7961x 系列采用隔離式差分菊花鏈通信，可以實(shí)現(xiàn)雙向通信及雙向喚醒，在某個節(jié)點(diǎn)損壞的情況下，仍然可以實(shí)現(xiàn)通信，并且在電池簇管理上，也采用菊花鏈方式，連接包括霍爾傳感器、保險絲、風(fēng)扇、繼電器等監(jiān)控。
鄭越認(rèn)為，光儲融合當(dāng)下另一個痛點(diǎn)就是生命周期的不同步。光伏面板的壽命一般是25年，儲能電池和逆變器的壽命一般是10-15年，需要讓逆變器和儲能的壽命同步提升，才能最大可能地提高項(xiàng)目整體的使用壽命。
針對這一點(diǎn)TI早有布局，日前TI正式發(fā)布全新光耦仿真器的產(chǎn)品組合，旨在提高信號完整性，降低功耗，提升系統(tǒng)性能，并且延長光伏、儲能等場景應(yīng)用的壽命。TI隔離產(chǎn)品有更好的隔離絕緣強(qiáng)度，在行業(yè)有口皆碑。
TI秉持著“把所有的簡單留給用戶把系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、問題留給自己”的理念，以系統(tǒng)級的解決方案幫助下游生態(tài)客戶實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)，既能夠使系統(tǒng)簡單地實(shí)現(xiàn)功能，又能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)所有的儲能標(biāo)準(zhǔn)。
第三代半導(dǎo)體開辟“新”賽道
縱觀儲能行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，第三代半導(dǎo)體在儲能技術(shù)中的應(yīng)用的增長非常迅速，第三代半導(dǎo)體的高熱導(dǎo)率、低開關(guān)損耗等特性可以提升器件的能源轉(zhuǎn)換效率及循環(huán)壽命，在儲能方向具備巨大的應(yīng)用潛力。不僅如此，無論是由儲能還是5G等前沿技術(shù)主導(dǎo)革新的能源和通信行業(yè)，還是算力支撐的數(shù)字經(jīng)濟(jì)整體，第三代半導(dǎo)體都將成為產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力之一，擁有著廣闊的應(yīng)用前景。
第三代半導(dǎo)體也稱寬禁帶半導(dǎo)體，有著突出的光電特性。如今各國和地區(qū)都在加強(qiáng)對第三代半導(dǎo)體技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)布局。
氮化鎵（GaN）是最具代表性的第三代半導(dǎo)體材料，相比硅禁帶寬度高，通俗地來說材料耐高壓的能力比較強(qiáng)，非常適用于高壓領(lǐng)域的應(yīng)用。
對此，鄭越表示，第三代半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化、高頻化，同時具備的優(yōu)良特性，使得氮化鎵材料一定是將來。TI很早就投入到該領(lǐng)域，氮化鎵器件是TI在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。
近年來，TI的科研人員攻克關(guān)鍵技術(shù)難題，通過不斷發(fā)展和迭代，盡力大幅度降低氮化鎵的制造成本，通過優(yōu)化后的材料做出可靠的器件，在高壓PCS、隔離等領(lǐng)域推出了很多主力產(chǎn)品。同時，產(chǎn)品參照嚴(yán)苛的測試標(biāo)準(zhǔn)搭建可靠性測試，只有經(jīng)受住長時間可靠性測試驗(yàn)證后的產(chǎn)品才會被推向市場。
同時，TI產(chǎn)品具有高度的集成性，集驅(qū)動、檢測和保護(hù)功能于一體，可以讓用戶實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的硅MOS技術(shù)向氮化鎵技術(shù)的平滑過渡，無需增加額外的設(shè)計(jì)成本，就能提升整體的設(shè)計(jì)性能。
數(shù)智化技術(shù)助力能源行業(yè)轉(zhuǎn)型，已成當(dāng)前各行各業(yè)未來發(fā)展的共識。鄭越表示，服務(wù)好中國的客戶，這是TI一直在堅(jiān)持做的事情。TI擁有研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售的全鏈條，在中國有近20個分公司，通過本地團(tuán)隊(duì)支持客戶，實(shí)現(xiàn)更及時的響應(yīng)。推動安全、可靠、高效的綠色能源系統(tǒng)落地，加速中國綠色電網(wǎng)建設(shè)。
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