近年来，地球气候问题愈加严峻。如果希望21世纪及以后地球温度升高不超过2°C，能源领域的碳排放量在2050年之前必须减少70％。燃烧化石燃料将向大气中释放大量二氧化碳，人们普遍认为这会增加温室效应并使全球变暖。事实确实如此，二氧化碳占人类制造的排放量的75％以上，是造成地球升温的主要原因。欧洲为此设定了降低二氧化碳排放水平的具体目标，例如，提高可再生能源的使用比例，并在2020年内将能源效率提高20％。
令人欣慰的是，自然界有许多免费能源资源等待我们开采利用，在开源硬件和软件解决方案的支持下，可以提供100％可再生能源资源。开源能源系统的目标是通过削减开发成本并促进系统之间的互连来降低总成本。采用开源平台有助于加速技术范式的进步，使我们向“100％绿色能源”的目标迈进。
我们生活的星球蕴藏着丰富的未开发能源，为了最好地利用这些能源，人类从未停止探索的步伐。太阳是我们能想到的第一个能源。这颗有着40亿年历史的恒星发热并照亮了行星，它决定了地球上所有生物的生命周期。太阳实际上也是一种取之不尽的能源，人们利用硅基光伏板采集太阳能并将其转化为可用能量。风力是另外一种能源，人们通过涡轮机将其转化为电能；其它能源还包括地球本身产生的地热能，以及通过有机材料的分解而产生的生物质能。
各种形式的替代能源产品目前处于不同的开发阶段。其中太阳能技术已经出现较长时间了，并且仍在不断发展中。意大利米兰的Solqube公司开发了一种便携式3D太阳能系统，采用双面光伏板，在1立方米内产生1kW功率，可以为封闭环境供电。这种光伏板已经申请了专利，采用垂直排列而不是水平排列的设计，可以捕获更多光线，比传统的2D太阳能系统节省了80％的空间。FNX是意大利都灵VT Energy Innovation公司的一个创新项目，将聚光光伏（CPV）技术与新的太阳能追踪概念（已获得专利）结合起来，系统安装在屋顶上，可以产生比非CPV系统更多的能量。
氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带（WBG）半导体有助于可再生能源市场的进一步扩大，是整个工业应用提高电源效率的关键。可再生能源技术与电网的快速集成也加快了WBG方案的应用。
由于WBG半导体在物理特性上具有突出优势，开发人员会越来越多地使用这种器件，因此对SiC基光伏逆变器的需求也将上升。另外，使用GaN和SiC还可降低无源器件的故障率、减小产品尺寸并降低安装成本，从而间接降低整体成本。
日本研究人员进行了一项研究，评估WBG器件在200W以下应用中是否有效，以便为移动设备设计光伏发电系统。研究人员使用最大功率点追踪（MPPT）电路，根据太阳能的变化不断调整负载。该器件采用ROHM Semiconductor公司的4个SiC功率MOSFET（SCT3060AL），其逆变器能切换到200kHz，使总体积和重量减少了35％。
随着云解决方案不断增多，数据中心作为主要的能源消耗者，急切寻求新的电源管理解决方案。GaN器件可以减少功率转换每一个阶段产生的损耗，从而增加了采集的总能量。为了支持云基础架构，数据中心迅速扩张，所需算力也不断提升，采用这种单级架构可极大地节约能源。
（原文刊登于EETimes美国版，参考链接：Open Source: Critical Enabler for the Green Grid，由Jenny Liao编译。）
本文为《电子技术设计》2020年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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