可再生能源在改變社會發電方式方面具有巨大的潛力，現在政府和公用事業組織正在推動這些能源的整合。發電后，測量和高效轉換為符合電網標準的交流電對于順利整合可再生能源至關重要。還需要交流可用能量。本文回顧了可用于大規模和小型能源整合的技術。

介紹

想象一個所有電力都來自可再生能源的世界。現在，考慮到 2011 年歐盟委員會 2050 年能源路線圖1提出了一個未來情景，其中 97% 的消耗電力實際上將由可再生能源產生。是的，目標是 97%。這樣的世界會是什么樣子？閉上眼睛，看看清新的空氣、蔚藍的天空和綠色牧場的畫面。很棒，是的，但在完成大量工作之前。對于我們工程師來說，“綠色”新世界的愿景和夢想很快就會被一個困難的超大規模工程項目所取代。

我們能否收獲、聚合和提供足夠的可再生能源，以達到可再生能源基本上提供所有必要電能的程度？這絕對是挑戰。

利用可再生能源的主要來源

可再生能源當然是非常有吸引力的能源生產選擇。太陽和風是自由的、多產的、永久的。在初始設置投資之后，它們可以生產清潔、廉價、可靠的能源多年。同時，銅銦鎵硒（CIGS）和納米顆粒等新化學物質改變了光伏發電，降低了生產成本和靈活的外形尺寸。此外，大批量生產繼續降低傳統硅和多晶硅面板的成本。

但是，在可再生能源的整合方面還有另一步。從光伏電池發電后，需要將能量轉換為交流電以用于電網。為了具有成本效益，此反轉步驟必須高效。在當今完整的光伏系統中，“系統平衡”（即除面板以外的所有組件）現在占系統成本的44.8%。這一比例將在2012年增加。 因此，毫無疑問，這些電子設備必須高效可靠地工作。

如果公用事業公司希望從可再生能源中產生大部分能源，那么必須進行大規模的太陽能、風能和水力發電裝置。此外，配電網必須能夠運輸，并且可能還能夠存儲這些大型分布式和間歇性能源。此外，節約和效率也必須發揮重要作用。LED照明等技術需要大規模采用。

縮小到能量收集作為另一種選擇

還有另一個有趣的替代能源故事值得討論：能量收集。這里的任務是超越不同的能源，并考慮這些來源的規模。沙漠中的大型風電場或英畝大小的太陽能發電場提供了大量的電力。但是，將樹葉吹過地面的微風或透過窗戶照射的陽光呢？如果你考慮這些來源的規模，你就開辟了一個新的應用和想法范圍。事實上，你可以大大增加可再生能源的覆蓋范圍。

這需要一些創造力。想象一下，一部手機從空氣中的無線電波中為自己充電;道路傳感器，僅由車輪的重量驅動，報告交通狀況;太陽能涂層窗戶，允許特定量的陽光照亮和加熱建筑物，然后利用剩余的陽光發電。這些稱為能量收集的小規模應用不僅是可能的，而且比你想象的更接近。這些可再生能源需要智能處理能源，以使最少量的風、振動或陽光有用。

實現顯著的威力

小規模發電

可再生能源和資源規模——這才是我們正在談論的。到目前為止，我已經談到了一些人認為的“顯而易見的”。現在我們可以談談已經發生的事情。Maxim Integrated提供多種產品，涵蓋從小型能量收集到大規模太陽能應用的各種替代能源解決方案。對于超小能量產生，MAX17710（圖1）可智能轉換任何產生超過1μW能量的電源。IC被認為是“與能源無關的”，因為它從熱、光、振動和磁源中收集能量。結果是一個可用的電壓，可以在運行傳感器的同時為微電池充電。

在一個幾乎完全依賴可再生能源的世界里，這些微能源將成為能源組合的必要組成部分。這也是為什么像MAX17710這樣的能量收集工具在未來如此必要。

圖1.MAX17710能量收集充電器以及勢能源和存儲元件或負載的框圖。

大中型發電

在大中型太陽能裝置中，測量產生的能量可以深入了解系統運行的狀態。78M6613 電能測量芯片在 0：5 的動態范圍內將直流或交流能量精確測量至 2000.1%。實際數據如圖2所示。這種精度和范圍使電力生產商能夠監控和衡量其屋頂太陽能電池板的系統性能，這些太陽能電池板在早晨和晚上產生能量，即使在最弱的陽光下也是如此。

圖2.使用校準的 78M6613 進行能量測量的實際數據。

78M6613還使用四象限測量來提供精確的功率因數，這決定了傳輸效率和電網上電力的準備情況。8M78 電能測量 IC 具有 6618 個通道，可為需要多點測量的應用提供類似的功能。因此，78M6631 適用于大型三相商業系統。隨著可再生能源在電網電力中所占的比例越來越大，公用事業公司將依靠這些能源測量的準確性和速度來維持電力輸送，同時順利整合可變電源。

測量、計量和傳輸功率

可再生能源通常是間歇性的——風并不總是吹，太陽也不總是明亮。因此，為了確保在用戶需要時提供足夠的能源供應，將需要大量的可再生能源發電。電網上的儲能也將需要緩沖來源和需求的變化。此外，其中許多系統將完全“離網”運行。

當您談到從可再生能源發電時，您通常不會考慮電池管理。但是，當您考慮儲能問題時，電池管理技術變得至關重要。電池化學成分根據應用和技術而發展，但安全性和連續電池運行仍然是主要要求。為了滿足這些性能要求，Maxim提供各種12節電池管理產品。MAX11068可管理多達12節電池的能量，提供集成電池平衡和過壓/欠壓（OV/UV）檢測。對于高壓應用，該器件還可以以最多 31 個模塊的菊花鏈配置連接，以管理多達 372 個電池。由于它設計為在-40°C至+105°C的溫度范圍內工作，因此最惡劣的冬季和夏季條件不會中斷電池運行。

太陽能電池板的電力也必須從直流電轉換為交流電。這需要一系列的頻率切換。堅固可靠的MOSFET驅動器，如MAX15024和MAX5048，提供高效信號來驅動反相功率的MOSFET。

一旦逆變器將電力轉換為符合電網標準的交流電，該逆變器還必須通過電網進行通信。這種通信告訴公用事業公司，它可以路由能量以獲得最有效的性能。Maxim的G3-PLC?芯片組MAX2991和MAX2992即使在高噪聲情況下也能跨電力線通信。圖3示意性地顯示，G3-PLC還可以在變壓器之間從低壓到中壓電力線進行通信，從而減少了電力線網絡中所需的接入點數量。這種通信方法已經用于多個智能電表試驗，包括法國的法國電力網絡配電（ERDF）試驗。 此外，G3-PLC可有效地用于光伏系統內的通信。光伏系統內以及從太陽能系統到電網的其他通信形式包括RS-485、CAN總線和RF。 Maxim為所有這些接口提供解決方案。

圖3.G3-PLC 通信示意圖。變壓器從低壓到中壓電力線的交叉路口減少了公用事業網絡中所需的接入點數量。

今天的情況

數據表明，我們可以通過可再生能源獲得巨大的電力。沒有人在爭論可再生能源整合和保護帶來的環境效益。然而，有一點是清楚的。如果沒有精心管理的可再生資源和精心設計的電網，這些好處就無法實現。

歐盟委員會能源路線圖2050年97%可再生能源的情景顯然雄心勃勃。實現接近這一點將是一項巨大的工程成就，可能需要未來50年。從可再生能源中實現大量電力必須融合工程創造力、雄心勃勃的公用事業公司以及針對能源轉換、測量和通信優化的電路。當這種情況發生時，我們都會贏。

審核編輯：郭婷