高效、安全、节能的家庭直流微电 技术

爱迪生与特斯拉的直流交流电之争已有一个多世纪了。爱迪生推崇直流电，可特斯拉的交流电却占据了过去一百年里绝大部分的市场份额，还几乎成为电力输送的代名词。虽然交流电可以在高电压下长距离传送，减少传输损耗，并可以在目的地通过变压器转换为适合家庭和企业使用的低压电。但事实上，在实际用电设备的最终环节大部分都是直流电，因为直流电源系统可靠性较高、电压平稳；直流开关电源效率也更高；且直流电压也较容易实现不间断供电。但在一个世纪以前，因为技术条件的限制，直流变压器迟迟未被开发，所以直流电在生活中的应用也受到很多限制。

如今，随着电力技术的不断发展，直流电发展的关键问题被解决，伴随着新能源的爆发，直流电有了明显的优势以及更好的发展路径：

1. 从负荷端看：在数字社会方面，当100万台服务器运作时，其能源消耗已占到所有支出中最大比重，其数据中心的负荷是直流的；在交通电气化方面，美国的燃料电池飞机、特斯拉电动汽车，都是较典型的电气化交通工具，其负荷也是直流的。

2. 从发电端看：以化石能源为主要结构能源供给形势已经不能满足需求，必须寻求新的能源结构。而光伏发电、燃料电池、生物质能等各种各样的新发电形式，绝大部分都是直流。

3. 从储能端看：由于发电端的新能源形式大多不稳定，所以需要配置储能，而储能大多数为直流，如说锂电池、铅炭电池、超级电容等储能设备都是直流。

4. 从技术上看：交流电有幅值、频率、相位三个量需要控制，而直流电只需要控制电压幅值，更加简单稳定，且实际用电设备的最终环节大多是直流的。直流电自带关键词：简单、绿色、高效。

近些年，人类试图通过使用可再生能源来解决可持续发展问题。但是，例如水力发电站，风力发电厂和太阳能热电厂通常位于远离人口中心的地方。因此，在向消费端（电力负荷）传输电力的时候，依然会造成电力损失。在美国，配电损失约为发电总量的7％。

将能源生产端与消费端（电力负荷）尽可能的靠近可以减少传输损耗，并且不需要将电力转换为高电压

什么是直流微电

要想知道什么是直流微电 ，就需要先知道什么是微电 。微电 也叫微 ，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电 技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。国家能源局近期连续出台《关于推进新能源微电 示范项目建设的指导意见》、《配电 建设改造行动计划（2015-2020年）的通知》等文件，指出应积极发展新能源，大幅提升配电 接纳新能源、分布式电源及多元负荷的能力，加快推进新能源微电 示范工程建设，探索适应新能源发展的微电 技术及运营管理体制。

而直流微电 是指分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线，直流 络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流电 。直流微电 通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，分布式电源和负荷的波动可由储能装置在直流侧调节。

高效安全节能的家庭直流微电

家庭直流微电 就是家庭输电 络采用36V到48V直流电传送的供电 络，它只限于家庭应用范围，其组成部分有蓄能、输入能源、家用电器三部分。在家庭这个小单元上采用直流微电 技术可以带来众多好处：

可显著减少照明成本。照明趋势是LED灯，它有高效寿命长的特点，也有低压的特点。使用交流电供电，需要AC/DC转换成低压，效率低，由AC/DC电源模块发热，限制了LED灯的发展。家庭直流微电 采用36V~48V的电源供电，可以直接将几个LED接入电源，进行恒流控制，成本非常低，也减少了器件发热，使LED灯寿命大幅度延长。

可大幅度降低电费。太阳能和风能是绿色能源，可以节省一大部分电费。大部分家中都有空调，夏天当太阳照射时间长时，太阳能发电最多，此时也是最需要制冷的时间，太阳能与变频空调结合利益较大。利用蓄电池蓄能，可以优化 关的补充能量策略，利用晚上电价低的时间补充能量，也就是利用晚上电价低的时间充电，在白天电价高的时间用，可以节省一部分电费。

可减少电击危害性。交流电 对人存在电击危害性，家庭直流微电 采用36V~48V的直流电压，属于安全电压，人体接触对人无危害性。家庭直流微电 与交流电 采用 关隔离， 关是降压变压器 整流桥 PFC电流波形校正电路滤波电路组成，另外还有数据管理功能。

可直接集成智能家居系统。家庭直流微电 可以方便地通过电力线传输PLC和无线 络组合成智能家居系统。家庭直流微电 关起到智能家居主站作用，太阳能风能变换器实时将电流功率状态等信息发给 关主站， 关而空调冰箱等用电电器也将使用的电流功率状态等信息发给 关主站，由主站根据电池蓄能，计算出合理调度策略，决定何时从电 补充能量，何时启动备用发电机。

可提高空调制冷效果。直流微电 使用的直流空调可以变频，与现有变频空调不同的是电压和电流。变频空调可以节电30%~50%，所以1KW直流微电 变频空调可以媲美与1.8KW的普通空调。空调设计时，在压缩机功率确定后，冷凝器和蒸发器的面积越大，制冷效果越好，效率越高。反过来思考，假如冷凝器和蒸发器面积一定，压缩机功率越小效率越高，这就是变频空调节能的原理。因此在家庭直流微电 采用变频空调后可以明显节能。同样的制冷效果，与普通空调相比，可以使用功率比较低的压缩机。

直流微电 的其他应用

即使直流电和直流电微电 的优点不少，大多数人对“电 ”这个词的理解仍然停留在传统的交流配电系统上。数据和电信中心是现在唯一大规模使用地方直流电 的地方。但研究人员相信直流微电 很快会得到更广泛的应用：

1. 未来军队可以在战时使用直流微电 来减少能源消耗。用可再生能源取代通常的柴油发电机在军事领域尤其有价值，在战备区燃料成本会非常高，无论是运输成本还是人力成本。

2. 对于一些能源密集型制造产业, 比如造纸业和金属冶炼业，同样可以使用直流微电 减少能源消耗。现阶段这些产业在电流转换方面浪费的能源占总能源的6% 以上。

3. 对普通住宅和商业建筑, 直流微电 可以为使用直流电的负荷提供服务，比如暖通设备。现在市面上最节能的暖通设备均采用变速电机驱动器, 必须将区域电 所提供的的交流电转换为直流才能使用。因此, 直接从本地直流电源为此类电机供电将是最简单且高效做法。同时对于使用光伏发电的建筑来说，通常情况下，光伏板产生的电力会通过逆变器转换为交流电，逆变器会浪费大约10％ 的能源。然后将交流电发送到各种负荷，其中一些负荷又会将电力转换回直流电，在此过程中浪费了大约三分之一的能源。直流电微电 系统以直流电运行，避免了光伏、电池和家电之间交直流转换引起的能量损失。

很多国家和地区都纷纷开展了直流微电 的研究，例如欧洲电子行业ENIAC赞助了一个直流微电 示范项目，以推进可再生能源在净零能耗建筑中的使用，此外，德国还出版了低压直流微电 标准化路线图，对直流建筑技术，市场和监管问题进行了讨论，同时介绍了区域直流配电优势，相关标准的发展和发展现状。中国中科院电工所等高校也建成了直流微电 研究系统，并在稳定控制和保护、运行效率等方面展开了相关研究。

自爱迪生和特斯拉时代以来，我们插座上的物品已经更新换代了好多次，但依然处于特斯拉的交流电时代。但现在的大部分电器（电力负荷）基本上都是使用直流电, 因此从直流电源供电可以简化电源电路并整体节能。

因为世界各地情况不同，直流电并不能完全取代交流电成为唯一供电标准。我们还需要继续使用交流电，但向新技术的转变是不可避免的, 即使过程可能会有曲折。虽然直流电及直流电微电 还没有全方位地被应用，随着我国对绿色建筑、节能建筑推广力度的加强，家庭直流微电 技术的优势有着广阔的应用空间，它们将会是未来建筑供电领域的重要模式。