微電網(wǎng) - 脫離公共電網(wǎng)的高效選擇

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(wǎng)，不再使用潛在不可持續(xù)的能源這種離網(wǎng)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(jié)約成本的可能，還有環(huán)保方面的考慮。不過大家放心，即使斷電，我也能繼續(xù)用鍵盤而不是用筆寫博客。現(xiàn)在這個流行的術(shù)語微電網(wǎng)，可能只是一個通用電源 (UPS) 或國家電網(wǎng)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(fā)電機），以及本地負載（如照明、暖通空調(diào)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(wǎng)”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(wǎng)，但能為手機充電也不錯。不過微電網(wǎng)的作用遠不止于此，將來會成為一個大市場：根據(jù)一些分析，到2025年微電網(wǎng)的全球市場規(guī)模將達到470億美元。 大多數(shù)微電網(wǎng)都是家用的，通常太陽能只是進入家里的交流電裝置，能節(jié)省一點水電費。更復雜的微電網(wǎng)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(wǎng)電價 (FIT) 將能源回饋給主電網(wǎng)，獲得一些現(xiàn)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(huán)境效益、成本節(jié)約、在停電情況下維持運轉(zhuǎn)的能力是推動人們對微電網(wǎng)感興趣的關(guān)鍵因素。不過該技術(shù)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(zhuǎn)換電子技術(shù)。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(wǎng)電力效率解決方案。

利用微電網(wǎng)優(yōu)化電力使用并實現(xiàn)成本節(jié)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(jié)約能源，所以微電網(wǎng)從當?shù)乜稍偕茉粗蝎@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(tǒng)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(wǎng)，而且不出遠門，汽車可能會長期閑置。這時公共事業(yè)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(wǎng)，以實現(xiàn)電力負載平衡。請記住，你將需要一個雙向充電器來實現(xiàn)這一點。

社區(qū)微電網(wǎng)的安裝

微電網(wǎng)也適用于有獨立電源的社區(qū)，在各個家庭之間共享和計量電力。這些微電網(wǎng)可以并網(wǎng)，也可以在公共電網(wǎng)遙遠或根本無法獲得時完全以“孤島”方式運轉(zhuǎn)，例如在發(fā)展中國家。/p>

更大規(guī)模的安裝

更大規(guī)模的安裝也可以從微電網(wǎng)中受益。醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、工廠和軍事基地擁有諸多優(yōu)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(wǎng)絡來防止網(wǎng)絡攻擊。在這些微電網(wǎng)中，為了盡快獲得投資回報，讓系統(tǒng)智能化至關(guān)重要。當微電網(wǎng)的運行與整個設施的效率舉措，如工廠的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 相結(jié)合時，才能實現(xiàn)最高效益。隨著整體的優(yōu)化、互連，并且能夠應對停電狀況，生產(chǎn)力就會進一步提高，能耗和成本也會降低。

微電網(wǎng)必須高效

如果說微電網(wǎng)有什么缺點，那可能就是需要各種電力轉(zhuǎn)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(fā)電機AC-AC轉(zhuǎn)換器。由于目的是節(jié)能和省錢，因此這些轉(zhuǎn)換階段應該盡可能高效。不過這需要兼顧前后的權(quán)衡?；?a target="_blank">IGBT的舊技術(shù)電力轉(zhuǎn)換使用的是開關(guān)模式技術(shù)，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(guān)元件，特別是變壓器和濾波電感器，很大也很貴。開關(guān)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(nèi)的UPS來說沒問題，但在較大的裝置中，MOSFET轉(zhuǎn)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(guān)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(lián)方式并聯(lián)和堆疊，以實現(xiàn)數(shù)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(fā)電

分散式發(fā)電是一個確定的趨勢。它可以充分利用當?shù)氐目稍偕茉?，提高生態(tài)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(yōu)先事項。寬禁帶半導體開關(guān)技術(shù)是實現(xiàn)上述目標的關(guān)鍵。

結(jié)論

因為能夠最大限度地利用當?shù)乜稍偕茉?、?jié)約成本、獨立運轉(zhuǎn)、恢復生態(tài)和提高安全性，讓許多人開始采用微電網(wǎng)。預計到2025年，微電網(wǎng)市場規(guī)模將達到約474億美元。不過微電網(wǎng)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(guān)速度、低損耗，并且可以并聯(lián)和堆疊，在幾乎任何功率水平上都能與IGBT競爭。

審核編輯：郭婷