텍사스 인스트루먼트가 ‘재생에너지 기술 트렌드 및 TI 기술로 실현하는 에너지 전환의 미래’를 주제로 8월 말 온라인 브리핑을 가졌다. 전기차, 태양광 발전의 보급과 홈 에너지 에코시스템 전환 과정에서 TI의 역할을 소개했다. 

『태양광을 이용해 발전하는 솔라팜, 태양광 인버터가 전기를 생산하면 가정과 전기차에서 이를 사용한다. 차세대 스마트 미터가 적용되면 이렇게 생산된 전기를 언제 저장하고 판매할지, 전기차 배터리에 충전할지를 최적화하고 자동화할 수 있다. 시스템은 스마트폰 애플리케이션 형태로 적용될 수 있고 원하는 데로 컨트롤할 수도 있다.』



10년 내 태양광 에너지는 전 세계 곳곳에서 가장 큰 에너지 공급원이 될 것이고 고전압 배터리는 에너지 저장원 및 전기차의 동력원으로 널리 사용될 것이다. 

태양광 에너지와 고전압 배터리는 그동안 가정과 자동차에 전력을 공급하는 것과 거리가 멀었지만, 이제 이 기술은 그 어느 때보다 널리 보급되고, 텍사스 인스트루먼츠(TI)와 같은 반도체 기업과 함께 더 스마트하고 효율적인 솔루션으로 변하고 있다. 이런 에너지 생성, 저장, 소비 방식의 변화를 TI의 아날로그와 프로세싱 제품이 지원한다. 

TI의 매튜 시옹(Matt Xiong) 배터리 관리 시스템(BMS) 제품 라인 매니저는 “전기기계 발전기의 자리를 고압 컨버터 중심의 에너지 생태계가 대체하는 동시에 도로에서는 전기차가 내연기관차를 대신하기 시작했습니다. 이것이 시사하는 것은 전기차를 충전하는 인프라가 더 빨리 들어서야 한다는 것과 태양광과 같은 재생가능 에너지에 대한 수요 및 통합이 요구된다는 것입니다. 그만큼 반도체 혁명도 빠르게 전개되고 있습니다”라고 말했다.

이와 관련, TI의 반도체 혁신은 ▶고전압 전력 변환 ▶전류 및 전압 감지 ▶엣지 프로세싱 및 통신 ▶배터리 관리 등 4가지 분야로 요약한다. 

배터리 관리는 에너지를 저장하거나 그리드로 돌려보내는 중요한 역할을 한다. 그리드 퍼포먼스를 최적화하고 에너지 비용을 줄일 수 있다. 고전압 전력 변환은 전력 밀도를 높여 효율적으로 운영하고 시스템 크기를 줄이면서 안전성을 높이는데 필요한 기술이다. 전류 및 전압 감지는 실시간으로 에너지를 관리하고 시스템 퍼포먼스를 극대화하면서 그리드의 안전성과 회복력을 도모하며, 엣지 프로세싱 및 통신은 그리드와 클라우드를 연결하는 기술로서 이미 업계에는 OCPP와 ISO 15118 표준이 존재한다. 

고전압 전력 변환
 
지구는 햇빛을 통해 평방미터 당 평균 약 1KW의 전력을 얻는다. 이 에너지를 효율적으로 추출하려면 태양광 패널 내부와 주변에 새로운 고전압 기술이 필요하다. 또 고압의 전력 관리와 아날로그 기술이 요구되고 전력 밀도, 전기 안전, 커넥티비티까지 적용된다. 태양광 패널에서 획득한 DC 전원을 가정집에서 사용하는 AC 전원으로 변환하는 TI의 질화 갈륨(GaN) FET와 같은 첨단 기술을 사용하면 패널 자체에 직접 장착하거나 근처에 장착할 수 있을 정도로 작고 저렴한 마이크로 인버터를 구현할 수 있다. 



전력 저장에서는 배터리 매니지먼트의 혁신으로 시스템이 갈수록 발전하고 있다. 이 발전이란 전력 밀도가 더 높아지고 더 효율적으로 저장할 수 있다는 뜻이다. 배터리 모니터링도 더욱 정확해져 배터리 수명, 신뢰성, 안전성을 높이고 있다.  

“에너지 효율성을 높이고 각각의 배터리 셀에 저장할 수 있는 양을 최대화 화는 것이 반도체의 역할입니다. 에너지가 얼마나 남았는지 정확히 모니터링을 하고 트래킹할 수 있어야 합니다. TI는 업계 최고의 센서 기술과 마이크로컨트롤러를 기반으로 하는 모니터링 솔루션을 보유하고 있습니다. 또, GaN 반도체는 더 빠르고 손실이 적은 스위칭을 제공해 배터리 내부와 주변의 많은 구성요소에 추가적인 성능과 효율성을 제공합니다.”

충전소의 확장

전기차의 보급을 지언하려면 더 많은 충전소가 필요하고, 이런 충전소들은 차량을 더 빠르고, 안전하고, 안정적으로 충전할 수 있어야 한다. 전기차 충전기의 접근성을 높이는 트렌드 중 하나는 더 다양한 차량을 다양한 충전소에 연결할 수 있도록 지원하는 하드웨어 및 소프트웨어 표준의 개발이다. 예를 들어 TI는 이미 차량과 충전기 제조업체에 새로운 충전 표준에 맞는 설계를 간소화하는 툴을 제공하고 있다.

TI는 또한 AM625 프로세서와 CC3301 Wi-Fi ? 컴패니언 IC를 통해 충전 프로세스에 인텔리전스를 추가하는 데 도움을 주고 있다. 
“전기차가 충전기와 통신하게 되면서 충전기는 차량의 충전량과 함께 향후 몇 시간 동안 얼마만큼의 충전량이 필요한지 파악할 수 있게 될 것입니다.”

더 나은 전기차 충전과 태양광 에너지 및 저장 시스템은 재생 가능한 에너지원으로의 전환에 필수적이지만, 진실한 이점은 이 세 가지를 모두 지능적 제어 아래에 통합할 때 얻을 수 있다. 현재 우리가 에너지로 하고 있는 것들은 홈 네트워크의 데이터를 통해 동일하게 수행할 수 있다. 최소 비용으로 가정의 요구사항에 맞춰 에너지를 안전하고 효율적으로 생산, 전달, 저장 및 소비할 수 있다. 개별 구성요소들은 모두 홈 에너지 생태계 내에서 연결된다. 전기차는 100 kWh에 달하는 용량을 가진 배터리가 된다.

지능적 통합 제어

태양광 패널이 집에서 소비하는 전력보다 더 많은 전기를 생산하는 경우, 초과 생산된 전기는 가정의 에너지 저장 시스템 뿐만 아니라 전기차의 배터리로 갈 수 있다. 이런 에너지는 양방향 스마트 스위치 기술을 통해 햇빛이 없는 밤이나 흐린 날씨에 집으로 공급될 수 있다. 

TI의 헨릭 마네손(Henrik Mannesson) 그리드 인프라 담당 총괄 매니저는 “통합 및 스마트 제어는 궁극적으로 가정을 넘어 전력망까지 확장돼야 합니다. 차세대 스마트 미터는 가정의 태양광 패널에서 에너지를 저장해야 하는 시기, 전기차를 충전해야 하는 시기, 그리고 에너지를 다시 그리드로 판매하는 시기를 결정할 것입니다. 그리드의 인텔리전스는 홈 인텔리전스와 함께 작동해 시시각각 변하는 에너지 가격부터 그리드 용량, 차량 사용 패턴, 날씨 예측에 이르기까지 모든 것을 고려해 최소한의 비용으로 최대한의 에너지를 활용할 수 있게 할 것입니다”라고 말했다. 

TI는 전류 센서, 마이크로컨트롤러, 전력 컨버터 및 고전압 절연 부품을 포함해 많은 기술을 통해 홈 에코 시스템의 개발을 지원하고 있다. 이런 기술들은 유연성, 효율성, 제어를 제공하는 인텔리전스와 연결 계층을 추가해 생성되거나 저장된 모든 에너지를 줄(joule) 단위까지 최대한으로 활용할 수 있게 한다.

“에너지 네트워크가 점점 정교해지고, 더 많은 애플리케이션이 이를 더욱 잘 활용하게 되면서 인터넷의 발전과 비슷한 양상을 보여주게 될 것입니다. 원래 인터넷은 컴퓨터를 서로 연결하는 방법이었으나, 오늘날 결국 그 이상의 것이 되었습니다. 에너지 생태계로 달성할 수 있는 모든 것을 정확하게 예측할 수는 없지만, 인터넷과 마찬가지로 놀라운 결과를 얻게 될 것입니다.”