아날로그 임베디드 프로세싱 제품은 보다 스마트하고, 안정적이면서 쉽게 이용할 있는 태양광, 에너지 저장 전기차(EV) 충전 시스템을 통해 전기화를 가능하게 만다.

반도체는 하랄트 파츠후버(Harald Parzhuber) 총괄 매니저가 친환경 방식의 삶을 영위할 수 있도록 돕는다.

파츠후버 씨 집 지붕에 있는 36개의 태양광 패널, 태양에서 나오는 에너지를 전기로 변환해 집에 전기를 공급해 주는 태양광 인버터, 전기를 저장하는 배터리, 차고 벽에 설치되어 있는 전기차 충전기, 그리고 파츠후버 씨가 운전하는 하이브리드 및 전기차는 모두 혁신적인 반도체 기술에 의존한다.


 태양 에너지와 에너지 저장 시스템을 위한 전력 설계 고려 사항에 대해 자세히 알아보기


하랄트 파츠후버(Harald Parzhuber) 총괄 매니저는 TI  태양 에너지 발전에너지 저장 부문에서 사용되는 고전압 전력 변환 시스템을 설계를 맡고 있는 팀을 이끌고 있다. “다가오는 미래에는 비재생 에너지 공급원의 사용이 점차 감소할 것이므로 반드시 전기화를 늘려나가야 한다."며,“반도체는 우리가 에너지를 만들고, 저장하고, 소비하는 방식을 완전히 바꿔 놓고 있다.” 라고 말했다.

독일 뮌헨 근처에 있는 하랄트 매니저 자택의 재생 에너지 시스템의 핵심은 설계자들이 보다 작고 보다 효율성이 높고 저렴한 시스템을 개발할 수 있도록 돕는 TI의 기술이다. 이러한 기술은 하랄트 매니저의 집뿐 아니라 지역 사회 전체와 공장 등에서 지속가능한 방식으로 에너지를 생산 및 소비할 수 있도록 지원하는 수백만 개의 다른 구조물 및 유사한 전기 공급망 체계에서 핵심적인 역할을 하고 있다.

전력 변환: 당사의 C2000Tm 실시간 마이크로컨트롤러는 GaN(질화 갈륨)이나 SiC(실리콘 카바이드) FET 등의 넓은 밴드갭 장치와 같은 고전압 시스템에서 일반적으로 사용되는 복잡한 전력 토폴로지의 효율적인 전력 변환을 지원한다.

맷 왓슨(Matt Watson) TI의 C2000 사업부 매니저는 “TI 기술은 데이터를 매우 빠른 속도로, 초저지연 조건으로 전송할 수 있다.”며, “저지연 신호망은 열손실을 줄이고 점점 더 작아지는 크기에 맞추기 위해 전력 전송 시 최대한 에너지를 보존하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다. 엔지니어들은 이를 이용해 전력 효율과 전력 밀도, 비용 측면에서 새로운 장벽을 무너뜨림으로써 더 많은 사람들이 에너지 효율의 혜택을 누리도록 할 수 있다. 이는 예를 들어 전력 효율과 크기가 핵심 채택 기준인 에너지 저장 시스템과 같은 경우 특히 중요한 요소다.”라고 말했다.

전류 전압 감지: 에너지를 실시간으로 관리하는 것은 전력망 안정성과 성능을 개선하기 위해 애플리케이션에서 최고의 성능을 얻는 데 있어 필수적인 요소다. 당사의 전류 및 전압 정밀 감지 기술은 정확한 계량을 지원하고, 과전압, 과전류 및 접지 장애 감지 관리를 통해 안전성을 높이는 역할을 한다.

헨릭 매네슨(Henrik Mannesson) TI 전력망 인프라 시스템 엔지니어링 부문 총괄 매니저는 “에너지는 점차 희소해지고 더 비싸지고 있다.”라며, “자신들이 에너지를 얼마나 소비하고 있고, 그 비용은 얼마인지 측정해 보고 알아보려는 사람들이 많다. 주민들은 전류 및 전압 감지 기술을 이용해 전력 수치를 계산해 보고, 그 결과를 바탕으로 태양광 시스템에서 생산하는 에너지를 어떻게 사용할지 결정할 수 있다. 태양광 패널이나 저장 장치를 보유하고 있는 모든 가정은 하루 중 일부 시간 동안 태양 에너지를 소비하고, 에너지를 만들어 저장하거나, 심지어 전력망에 되팔 수도 있다. 우리는 이러한 옵션별로 인텔리전스가 필요하며, 그러한 인텔리전스는 전압과 전류를 측정할 수 있는 능력에서 나옵니다. 바로 그 측정 지점에 자리잡고 있는 것이 반도체다.” 라고 말했다.

엣지 처리 통신: 차량에서 전력망으로 연결, 또는 플러그 연결-충전 같은 기술을 가능하게 하려면 애플리케이션은 사용이 간편한 인터페이스를 통해 전력망과 사람들에 연결할 수 있어야 한다.TI의 고성능 프로세서는 실생활에서 로컬 컴퓨팅을 지원해 더 빠르고 안전한 처리를 가능하게 만든다. 설계자들은 이러한 프로세서들을 간편하게 구현할 수 있는 연결성 제품과 소프트웨어와 페어링함으로써 마이크로 인버터 등 시스템, 가정 에너지 시스템과 사용자 간에 더 원활하고 안정적인 통신을 구현할 수 있다.

헨릭 총괄 매니저는 “에너지를 전력망에 되팔지, 아니면 배터리에 저장해 둘 것인지에 대한 결정은 현재 에너지 가격에 따라 결정될 가능성이 높다.” 며, “가격이 높으면 에너지를 판매하려 할 것이고, 가격이 낮아지면 저장해 두려 할 것입니다. 스마트 계량기나 가정 에너지 시스템을 이용해 가격을 추적하면서 시스템을 어떻게 운영할지에 대해 현명한 결정을 할 수 있다." 라고 말했다.

배터리 관리: 에너지를 하베스팅 및 저장해 두었다가 전력 소비가 많은 피크 기간에 에너지를 전력망으로 반환하는 방법으로 전력망 성능을 최적화할 수 있다. TI의 동급 최고 배터리 모니터링 및 에너지 저장 솔루션은 높은 에너지 수요에 대응하고 가장 필요할 때 에너지에 대한 액세스를 제공한다.

헨릭 총괄 매니저는 “지속가능한 미래, 세상을 보호하기 위해 필요한 미래는 부분적으로 각 가정과 전력망 인프라 차원의 전기화 수준에 달려 있다." 며, "최신 재생 에너지 애플리케이션에 사용되는 아날로그 및 임베디드 프로세싱 제품은 점차 진화하면서 보다 스마트하고, 안정적이면서 더 쉽게 이용할 수 있는 태양광, 에너지 저장 및 EV 충전 시스템을 통해 전기화를 가능하게 만들고 있다."고 말했다.

재생가능한 방식의 전기 생산

오늘날 전 세계의 많은 곳에서 아직은 전기기계적 방식을 통해 전기를 생산하고 있다. 석탄이나 천연 가스, 원자력 에너지 같은 연료는 액체(물, 증기, 공기 또는 연소 가스)를 밀어서 터빈을 돌린다. 터빈의 섀프트는 발전기에 연결되어 있습니다. 발전기는 기계적 에너지를 생성하고, 이 에너지는 송전선들로 이루어진 전력망을 통해 교류 형태로 각 가정과 사업체에 배전되고, 벽 스위치를 올리면 불이 들어온다.

태양 에너지 같은 재생 에너지원의 세상에서는 전력을 생산하는 발전기가 없다. 태양 에너지의 경우, 광전지가 태양광을 흡수하고 수십억 개의 전자가 자유로워지면서 전기가 만들어진다. 전자들은 직류 형태로 태양광 인버터에 들어가 변환되는데, 인버터에서는 반도체가 전압과 전류를 측정해 에너지를 통제하고, 사용 방법을 결정하고, 에너지를 교류로 변환하는 역할을 한다. 이렇게 만들어진 에너지는 전기 스위치를 올렸을 때 직접 사용하거나, 배터리에 저장하거나, 전력망으로 돌려보내 수요 관리에 기여할 수 있다.

전기화를 향한 움직임

재생 에너지를 사용하는 것은 각 개인의 책임이라고 생각하는 하랄트 매니저는 “변화는 각 개인으로부터 시작되며 전기 절약을 위한 규제를 마냥 기다리고 있어서는 안 된다." 라고 말했다.

그래서 하랄트 매니저와 부인 알렉산드라(Alexandra) 씨는 2018년에 집을 지으면서 태양광 패널을 설치할 수 있도록 설계했다. 3년 후, 실제로 지붕에 36개의 태양광 패널을 설치하고, 태양광 인버터, 태양 에너지 저장용 배터리를 구비하고, 차고 벽에 충전기를 설치해 하이브리드 전기차를 충전할 수 있도록 했다. 그 결과, 전력망에서 공급되는 전기량은 2/3가 줄었고, 얼마 안되지만 사용하는 전력망 전기도 풍력이나 태양광 등 재생 에너지원에서 생산되는 것이다.

에너지 비용이 상승함에 따라, 하랄트 매니저의 이웃들도 곧 태양 에너지 설비를 갖추고 에너지 사용을 줄이는 방법에 대해 조언을 구하기 시작했다.

하랄트 매니저는 "사람들이 자신들이 에너지를 어떻게 사용하고 있고, 에너지가 어디서 오는지 더 자세히 알고 싶어 한다." 며, “모두가 이런 생각을 가지게 된다면 더 큰 변화를 만들 수 있다. 전기화를 미뤄서는 안 되며 되도록 빨리 추진해야 한다. 이것이 정말 중요한 문제라고 생각한다.”고 말했다.

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