반도체 혁신이 변화하는 에너지 환경을 뒷받침하는 3가지 방법

키스 오베니야 (Keith Ogboenyiya) 마케팅 담당 수석 부사장이 이 블로그를 작성했습니다. 이 내용은 Distributech 2025 기조연설을 각색한 것입니다.

에너지 환경은 빠르고 역사적인 변화를 겪고 있습니다. 2030년까지 전 세계 재생 가능 전기 생산량은 2023년 대비 거의 90% 증가한 17,000테라와트시를 넘어설 것으로 예상됩니다. 재생에너지는 더 이상 먼 미래의 가능성이 아닌, 지금 이 순간에도 확대되고 있는 현실입니다. 재생 에너지는 확장되고, 전기화는 가속화되며, 자동화는 확대되고 있으며, 이러한 진화를 지원할 수 있는 반도체 기술은 매우 중요합니다.

TI에서는 일상생활을 구성하는 제품의 기반을 제공하는 반도체를 통해 전자 제품을 더 저렴하게 만들고 접근 가능성을 향상하는 데 주력하고 있습니다. 가정용 조명을 켜는 태양광 패널부터 출근 전 자동차에 전력을 공급하는 벽걸이형 전기차 충전기에 이르기까지, 재생 에너지원의 도입을 촉진하는 데에도 같은 열정을 기울이고 있습니다.

TI는 세 가지 방식으로 에너지 생태계 전반에 걸쳐 믿을 수 있고, 안전하며 확장 가능한 반도체를 통해 재생가능한 에너지의 미래에 대한 접근성을 높이고 지원하고 있다. 이러한 방식으로는 태양광 발전에 걸친 에너지 시스템, 에너지 저장 및 엣지 기반 자동화가 있다.

1.  더 스마트하고 작으며 접근성 높은 태양 에너지

태양 에너지 도입이 확대됨에 따라, 당면 과제는 단순한 전력 생산을 넘어 효율성, 유연성, 경제성 향상으로 옮겨갔습니다. 이러한 기대를 충족하려면 성능 저하 없이 더 작고, 더 정밀하며, 설치하기 쉬운 태양광 인버터가 필요합니다.

전력 관리 집적 회로 및 DC/DC 컨버터는 태양광 패널에서 수확한 에너지를 조절하고 최적화하는 데 도움이 됩니다. 아날로그 센서와 임베디드 프로세서는 태양 에너지를 스마트 그리드에 통합하는 데 기여하여 실시간 모니터링 및 수요 반응을 가능하게 합니다.

특히 질화갈륨(GaN)과 같은 광대역 밴드갭 소재로 만든 당사의 반도체는 큰 영향을 미치고 있으며, 더 접근하기 쉽고 비용 효율적인 태양광 발전용 반도체를 구현합니다. TI의 GaN 기반 FET는 더 빠른 스위칭과 더 높은 전력 밀도를 구현함으로써 엔지니어가 더 작고 효율적인 태양광 인버터를 설계할 수 있도록 하여 에너지 손실을 줄이고 전체 시스템의 설치 공간을 단순화합니다.  

옥상 패널에서 인버터에서 저장 장치, 전기차 충전에 이르기까지, 이러한 발전은 설계자가 재생 에너지 및 에너지 효율성으로의 전환을 지원하는 더 스마트하고 확장 가능한 솔루션을 통합하는 데 도움이 되고 있습니다.

2. 학습하고 적응하며 보호하는 에너지 저장

신뢰할 수 있는 에너지의 핵심 동력인 에너지 저장 또한 빠르게 발전하고 있습니다.

재생 에너지 발전이 확대되고 전기화로 수요가 증가함에 따라, 에너지 저장은 분산형 그리드에서 공급과 수요의 균형을 맞추고 소비자의 에너지 비용을 절감하는 데 필수적입니다. 효과를 보려면 이러한 저장 시스템은 변화하는 조건을 실시간으로 모니터링 및 관리하고 이에 대응해야 합니다. 이러한 기능은 반도체 기술을 통해 직접적으로 구현됩니다.

아날로그 반도체는 전류, 전압, 온도, 빛, 소리와 같은 실제 신호를 제어하고 관리하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 전력을 제어하고 전달하며, 모터를 구동하는 데 도움이 되며, 효율적인 에너지 시스템을 구축하는 데 필수입니다.

예를 들어, 배터리 관리 시스템은 이러한 고정밀 아날로그 구성 요소를 사용하여 모든 셀의 전압과 온도, 전류를 모니터링합니다. 이러한 정밀 측정은 열 폭주를 방지하고, 배터리 수명을 연장하며, 주거용 및 유틸리티 규모의 저장 시스템에서 안전한 작동을 보장하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.

3.  에너지 그리드 엣지의 인텔리전스

임베디드 프로세싱 반도체는 전자 시스템의 핵심 구성 요소로, 그리드 시스템을 더욱 지능적이고 연결성 있게 만드는 데 기여합니다.

그리드 엣지(에너지가 옥상 태양광 패널에서 생산되거나, 배터리에 저장되거나, 충전 중인 전기차와 같은 장치에서 소비되는 분산된 지점)에서의 발전은 에너지 관리 및 보호 방식을 재편하고 있습니다. 오늘날처럼 역동적인 환경에서는 모든 결정을 클라우드에 맡기고 기다릴 수 없습니다. 수요 급증이나 갑작스러운 전압 강하 또는 날씨 관련 중단으로 인해 발생하는 문제에 대한 대응은 로컬에서 신속하게 이루어져야 합니다. 이는 엣지 인공지능(AI)가 현대 에너지 인프라의 기반이 되는 이유입니다.

그리드 엣지의 장치에 AI 기반 프로세싱을 내장함으로써, 당사의 기술은 임베디드 시스템의 두뇌 역할을 하여 엔지니어가 원격 서버에 의존하지 않고 데이터를 분석하고, 이상을 감지하고, 실시간으로 대응하는 시스템을 구축할 수 있도록 합니다. 이를 통해 변압기에서 스마트 미터에 이르는 모든 것에서 오류 감지 속도가 빨라지고, 부하 분산이 개선되며, 시스템 자율성이 더욱 향상됩니다. 이러한 기능은 대규모 데이터 기반 에너지 관리를 지원하는 데 필수입니다.

엣지 인텔레전스는 그리드 회복력 향상에도 중요한 역할을 합니다. 분산형 그리드 모델에서는 전력이 수천 개의 노드에서 생성, 저장, 소비됩니다. 이러한 시스템이 작동하려면 각 노드가 자체 인식력과 적응력을 갖춰야 합니다. 당사의 임베디드 프로세서와 아날로그 프론트 엔드는 전압 감지와 부하 분산, 자동 제어를 지원하여 하드웨어에 직접 응답성을 제공함으로써 에너지 시스템이 조건 변화에 따라 적응할 수 있도록 합니다.

임베디드 프로세서와 연결 솔루션은 또한 그리드 운영자가 개별 전자계량기에서 에너지 사용에 대한 정확한 데이터를 수집하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 에너지를 더욱 스마트하게 사용할 수 있고, 그리드에 더 많은 에너지가 공급되는 시간대로 수요를 전환하도록 고객의 인식을 제고할 수 있습니다.

반도체는 에너지 생태계를 하나로 묶습니다. 아날로그 및 임베디드 기술을 통해 당사는 태양광 패널 또는 에너지 저장 시스템과 같은 애플리케이션을 구동하는 반도체를 제공하고 있습니다.  동시에 이러한 기술은 소비자의 재생 에너지에 대한 안전성, 신뢰성, 경제성, 성능에 대한 확신을 높여 현재와 미래의 재생 에너지 도입을 확대합니다.