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我不是生存專家，我為拯救地球所做的努力微不足道。盡管如此，獨立于國家電網，不再使用潛在不可持續的能源這種離網選擇，也變得越來越有吸引力。這一方面是出于利他主義的想法，另一方面也是出于節約成本的可能，還有環保方面的考慮。不過大家放心，即使斷電，我也能繼續用鍵盤而不是用筆寫博客。現在這個流行的術語微電網，可能只是一個通用電源 (UPS) 或國家電網的微型版本。它有自己的本地能源（如太陽能、風能、水能，或綁在健身自行車上的舊汽車交流發電機），以及本地負載（如照明、暖通空調或者能上博客的筆記本電腦）。如果我能夠用消耗的能量健身、減肥、寫作，我會特別高興。 “微電網”是營銷人員的隨身寶 — 盡管是由背包上安裝的太陽能電池板組成的納米電網，但能為手機充電也不錯。不過微電網的作用遠不止于此，將來會成為一個大市場：根據一些分析，到2025年微電網的全球市場規模將達到470億美元。 大多數微電網都是家用的，通常太陽能只是進入家里的交流電裝置，能節省一點水電費。更復雜的微電網還配備一個電池，用于儲存按夜間計價的廉價公共電能或白天多余的太陽能，甚至可以通過上網電價 (FIT) 將能源回饋給主電網，獲得一些現金回報。該電池還可以供應日落后的所有夜間需求，當然也可以作為緊急備用電源。 潛在的環境效益、成本節約、在停電情況下維持運轉的能力是推動人們對微電網感興趣的關鍵因素。不過該技術的采用取決于越來越多地使用寬禁帶半導體所帶來的高效功率轉換電子技術。在這里，我們將探討使用碳化硅或氮化鎵的寬禁帶半導體如何提供微電網電力效率解決方案。 利用微電網優化電力使用并實現成本節約 電動汽車 我們中許多擁有電動汽車的人不得不考慮充電問題 — 重點在于節約能源，所以微電網從當地可再生能源中獲取電能絕對符合時代精神。電動車電池是一種大型充電負載，所以一個精心設計的系統將首先使用多余的本地能源，然后再使用最便宜費率時間段的公共電力。但如果你真的脫離了公共電網，而且不出遠門，汽車可能會長期閑置。這時公共事業公司會付錢給你，鼓勵你在需求高峰時將部分能源返回給主電網，以實現電力負載平衡。請記住，你將需要一個雙向充電器來實現這一點。 社區微電網的安裝 微電網也適用于有獨立電源的社區，在各個家庭之間共享和計量電力。這些微電網可以并網，也可以在公共電網遙遠或根本無法獲得時完全以“孤島”方式運轉，例如在發展中國家。 更大規模的安裝 更大規模的安裝也可以從微電網中受益。醫院、數據中心、工廠和軍事基地擁有諸多優勢，比如停電時的恢復能力、更便宜的本地電源以及越來越多地通過網絡來防止網絡攻擊。在這些微電網中，為了盡快獲得投資回報，讓系統智能化至關重要。當微電網的運行與整個設施的效率舉措，如工廠的工業物聯網 (IIoT) 相結合時，才能實現最高效益。隨著整體的優化、互連，并且能夠應對停電狀況，生產力就會進一步提高，能耗和成本也會降低。 微電網必須高效 如果說微電網有什么缺點，那可能就是需要各種電力轉換裝置，如太陽能DC-AC逆變器和最大功率點跟蹤控制器、雙向電池充電器和風力發電機AC-AC轉換器。由于目的是節能和省錢，因此這些轉換階段應該盡可能高效。不過這需要兼顧前后的權衡。基于IGBT的舊技術電力轉換使用的是開關模式技術，在相對低的頻率下運行。這樣可以提高效率，但低頻決定了相關元件，特別是變壓器和濾波電感器，很大也很貴。開關速度越快，磁性元件越小。合適的元件以MOSFET的形式有效地做到了這一點，但僅在相對低的功率下。這對于國內的UPS來說沒問題，但在較大的裝置中，MOSFET轉換器會耗盡能量。 SiC和GaN寬禁帶半導體 解決方案是使用碳化硅或氮化鎵作為基礎材料的新型寬禁帶半導體。這些半導體的開關速度極快，因此頻率可以被推高，使磁性元件變得小而便宜。即便如此，損耗也特別低，所以冷卻裝置更小、更輕，當然也更便宜。SiC和GaN器件可以很容易地以級聯方式并聯和堆疊，以實現數百安培和上千伏的額定值，在幾乎任何功率水平上與IGBT競爭。 分散式發電 分散式發電是一個確定的趨勢。它可以充分利用當地的可再生能源，提高生態恢復能力，并降低消費者的總體成本。隨著越來越多的人居家辦公，給筆記本電腦供電并保持工作效率也是一個優先事項。寬禁帶半導體開關技術是實現上述目標的關鍵。 結論 因為能夠最大限度地利用當地可再生能源、節約成本、獨立運轉、恢復生態和提高安全性，讓許多人開始采用微電網。預計到2025年，微電網市場規模將達到約474億美元。不過微電網不一定具有高能效或成本效益，這取決于其設計中使用的組件。寬禁帶半導體提供了一個解決方案。SiC和GaN寬禁帶半導體提供極快的開關速度、低損耗，并且可以并聯和堆疊，在幾乎任何功率水平上都能與IGBT競爭。 來源：貿澤電子 作者：Paul Lee |
