3 Bereiche, in denen Halbleiterinnovationen die Grundlage einer modernen Energielandschaft bilden

Autor dieses Blogs ist Keith Ogboenyiya, Senior Vice President of Marketing. Es handelt sich um die Adaption eines Keynote-Vortrags von der Distributech 2025.

Die Energiewirtschaft durchläuft eine rasante und umwälzende Transformation. Laut Vorhersagen soll sich die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen bis 2030 auf 17.000 Terawattstunden erhöhen, eine Steigerung von fast 90 Prozent gegenüber 2023. Erneuerbare Energien sind offensichtlich keine weit entfernte Zukunftsmusik mehr – sie existieren und sie wachsen. Erneuerbare Energien skalieren, die Elektrifizierung wird immer schneller, die Automatisierung nimmt zu, und Halbleitertechnologie, die diese Entwicklungen unterstützen kann, ist von entscheidender Bedeutung.

Bei TI geht es uns darum, Elektronik erschwinglicher und leichter zugänglich zu machen, indem wir Halbleiter anbieten, die unseren Alltagsprodukten zugrunde liegen. Mit derselben Leidenschaft treiben wir die Verbreitung erneuerbarer Energien voran, von Solarpanels für Haushaltsstrom bis zu Wandladegeräten für Elektrofahrzeuge.

Wir machen erneuerbare Energien über das gesamte Energie-Ökosystem hinweg zugänglicher und zukunftsfähiger – mit Halbleitern, die zuverlässig, sicher und skalierbar Leistung für drei entscheidende Anwendungsbereiche bereitstellen: Solarstrom, Energiespeichersysteme und Edge-Automatisierung

1.  Intelligentere, kleinere und besser verfügbare Solaranlagen

Mit der zunehmenden Akzeptanz von Solarenergie liegt die Herausforderung nicht mehr allein in der Stromerzeugung, sondern hauptsächlich in der Verbesserung von Effizienz, Flexibilität und Erschwinglichkeit. Diese Anforderungen benötigen Solarwechselrichter, die kleiner, präziser und einfacher zu installieren sind, ohne Abstriche bei der Leistung hinnehmen zu müssen.

Power-Management-Schaltkreise und DC/DC-Wandler unterstützen die Regulierung und Optimierung der mit Solarpanels gewonnenen Energie. Analoge Sensoren und integrierte Prozessoren ermöglichen die Integration von Solarstrom in intelligenten Netzen mit Echtzeitüberwachung und Bedarfsorientierung.

Unsere Halbleiter, insbesondere solche aus Materialien mit breitem Bandabstand wie Galliumnitrid (GaN), spielen eine wichtige Rolle auf dem Weg zu besser verfügbarer und kostengünstigerer Solarenergie. GaN-basierte FETs von TI ermöglichen schnelleres Schalten und eine höhere Leistungsdichte, sodass Solarwechselrichter kleiner und effizienter werden können. Dadurch geht weniger Energie verloren und das gesamte System wird vereinfacht.  

Ob für Dachpanels, Wechselrichter, Speichersysteme oder Elektrofahrzeuge: Diese Fortschritte helfen Designern dabei, intelligentere und skalierbarere Lösungen zu integrieren, die den Schritt hin zu erneuerbaren Energien und Energieeffizienz unterstützen.

2. Lernfähige, selbstanpassende und schützende Energiespeichersysteme

Auch Energiespeichersysteme als unverzichtbare Grundlage zuverlässiger Energieversorgung entwickeln sich rasant weiter.

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien und dem durch die Elektrifizierung steigenden Strombedarf werden Energiespeichersysteme unentbehrlich, um Angebot und Nachfrage in einem dezentralisierten Netz auszugleichen und Energiekosten für Verbraucher zu senken. Diese Speichersysteme können nur effektiv arbeiten, wenn Überwachung, Verwaltung und Reaktion auf Veränderungen in Echtzeit erfolgen – Fähigkeiten, die erst durch Halbleitertechnologie möglich werden.

Analoge Halbleiter sind entscheidend zur Steuerung und Verwaltung von Umgebungssignalen wie elektrische Ströme, Spannungen, Temperaturen, Lichtverhältnissen und Schall. Sie unterstützen die Regelung und Übertragung von Leistung sowie die Ansteuerung von Motoren und sind unabdingbar für effiziente Energiesysteme.

Batteriemanagementsysteme zum Beispiel wären ohne diese hochpräzisen analogen Komponenten zur Überwachung von Spannung, Temperatur und Stromstärke in jeder einzelnen Zelle undenkbar. Die exakten Messungen liefern die Daten, die notwendig sind, um thermisches Durchgehen zu vermeiden, die Batterielebensdauer zu verlängern und die Betriebssicherheit privater und industrieller Speichersysteme zu gewährleisten.

3.  Intelligenz am Rande des Stromnetzes

Halbleiter für die integrierte Verarbeitung sind kritische Komponenten elektronischer Systeme und ermögliche intelligentere und stärker verbundene Netze.

Fortschritte am Grid Edge – der Schnittstelle zwischen Stromnetzen und Verbrauchern mit dezentralisierten Punkten, an denen Strom von Dach-Solarpanels erzeugt wird, in Akkus gespeichert oder von Geräten wie Elektrofahrzeugladeboxen verbraucht wird – revolutionieren die Methoden für Verwaltung und Schutz von Energie. In unserer modernen dynamischen Umwelt bleibt keine Zeit, bei Entscheidungen auf die Cloud zu warten. Egal, ob die Auslöser Bedarfsspitzen, plötzliche Spannungsabfälle oder Störungen durch Naturereignisse sind – Reaktionen müssen lokal und schnell erfolgen. Daher wird  Edge-KI (künstliche Intelligenz)  zur Grundlage der modernen Energieinfrastruktur.

Dabei wird KI-basierte Verarbeitung in Geräte am Grid Edge integriert, wobei unsere Technologien als "Gehirn" der eingebetteten Systeme dienen, sodass Systeme Daten analysieren, Anomalien erkennen und in Echtzeit reagieren können, ohne auf Remote-Server angewiesen zu sein. Das ermöglicht eine schnellere Fehlererkennung, verbesserten Lastausgleich und mehr Systemautonomie für alle Geräte von Transformatoren bis zu intelligenten Zählern. Diese Fähigkeiten sind unverzichtbar, um datenbasierte Energieverwaltung in großem Maßstab zu ermöglichen.

Intelligente Lösungen für den Netzrand spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Netzen. In verteilten Netzmodellen wird Strom über tausende Knoten hinweg erzeugt, gespeichert und verbraucht. Solche Systeme können nur funktionieren, wenn jeder Knoten über Selbstwahrnehmung und Anpassungsfähigkeit verfügt. Unsere integrierten Prozessoren und analogen Frontends unterstützen Spannungserkennung, Lastausgleich und automatisierte Steuerung und implementieren Reaktionsfähigkeit direkt in der Hardware, sodass Energiesysteme sich an geänderte Bedingungen anpassen können.

Integrierte Prozessoren und Konnektivitätslösungen ermöglichen es Netzbetreibern zudem, genaue Daten zum Energieverbrauch von individuellen Stromzählern zu sammeln. Das kann helfen, den Energieverbrauch intelligenter zu gestalten und bei Kunden ein Bewusstsein dafür zu schaffen, ihren Verbrauch auf Zeiten umzulegen, wenn mehr Strom im Netz zur Verfügung steht.

Halbleiter vereinheitlichen das Energie-Ökosystem. Unseren integrierten und analogen Technologien bieten die Halbleiter, auf denen Anwendungen wie Solarpanels oder Energiespeichersysteme beruhen.  Gleichzeitig schaffen diese Technologien bei den Kunden mehr Vertrauen in die Sicherheit, Zuverlässigkeit, Erschwinglichkeit und Leistung erneuerbarer Energien und sorgen somit jetzt und in Zukunft für mehr Akzeptanz.