「開放」是綠色能源的關鍵推手

作者 : Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times Europe編輯暨EEWeb主編

自然界有許多免費能源資源等待我們開採利用,在開放性硬體和軟體解決方案的支援下,可以提供100%可再生能源資源。

近年來,地球氣候問題愈加嚴峻。如果希望21世紀及以後地球溫度升高不超過2℃,能源領域的碳排放量在2050年之前必須減少70%。燃燒化石燃料將向大氣中釋放大量二氧化碳,人們普遍認為這會增加溫室效應並使全球變暖。確實如此,二氧化碳佔人類製造排放量的75%以上,是造成地球升溫的主要原因。歐洲為此設定了降低二氧化碳排放水準的具體目標,例如,提高可再生能源的使用比例,並在2020年內將能源效率提高20%。

令人欣慰的是,自然界有許多免費能源資源等待我們開採利用,在開放性硬體和軟體解決方案的支援下,可以提供100%可再生能源資源。開放性能源系統的目標是透過削減開發成本並促進系統之間的互連來降低總成本。採用開放性平台有助於加速技術典範(paradigm)的進步,使我們朝「100%綠色能源」的目標邁進。

我們生活的星球蘊藏著豐富的未開發能源,為了最好地利用這些能源,人類從未停止探索的步伐。太陽是我們能想到的第一個能源,這顆有著40億年歷史的恆星發熱並照亮了行星,它決定了地球上所有生物的生命週期。太陽實際上也是一種取之不盡的能源,人們利用矽基太陽能板採集太陽能並將其轉化為可用能量。風力是另外一種能源,人們透過渦輪機將其轉化為電能;其他能源還包括地球本身產生的地熱能,以及利用有機材料的分解而產生的生物質能。

各種形式的替代能源產品目前處於不同的開發階段。其中太陽能技術已經出現較長時間,並且仍在不斷發展中。義大利米蘭的Solqube開發了一種可攜式3D太陽能系統,採用雙面太陽能板,在1立方公尺內產生1kW功率,可以為封閉環境供電。這種太陽能板已經申請了專利,採用垂直排列而不是水平排列的設計,可以獲得更多光線,比傳統的2D太陽能系統節省了80%的空間。FNX是義大利都靈VT Energy Innovation的一個創新技術專案,將聚光太陽能(CPV)技術與新的太陽能追蹤概念(已獲得專利)結合,系統安裝在屋頂上,可以產生比非CPV系統更多的能量。


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氮化鎵(GaN)和碳化矽(SiC)等寬能隙(WBG)半導體有助於可再生能源市場的進一步擴大,是整個工業應用提高電源效率的關鍵,而可再生能源技術與電網的快速整合也加快了WBG方案的應用。

由於WBG半導體在物理特性上具有突出優勢,開發人員會越來越多地使用這種元件,因此對基於SiC的太陽能逆變器的需求也將上升。另外,使用GaN和SiC還可降低被動元件的故障率、縮小產品尺寸並降低安裝成本,從而間接降低整體成本。

日本研究人員進行了一項研究,評估WBG元件在200W以下應用中是否有效,以便為行動裝置設計太陽能發電系統。研究人員使用最大功率點追蹤(MPPT)電路,根據太陽能的變化不斷調整負載。該元件採用Rohm Semiconductor的4個SiC功率MOSFET (SCT3060AL),其逆變器能切換到200kHz,使總體積和重量減少了35%。

隨著雲端解決方案不斷增多,資料中心作為主要的能源消耗者,急切尋求新的電源管理解決方案。GaN元件可以減少功率轉換每一個階段產生的損耗,從而增加採集的總能量。為了支持雲端基礎架構,資料中心迅速擴張,所需運算力也不斷提升,採用這種單級架構可極大地節約能源。

(參考原文:Open Source: Critical Enabler for the Green Grid,by Maurizio Di Paolo Emilio)

本文同步登於EDN Taiwan 2020年9月號雜誌

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