聚焦微電網(wǎng)

我不是生存主義者，我為拯救地球所做的努力在宏偉的計劃中微不足道。盡管如此，離網(wǎng)似乎越來越有吸引力——獨立于來自潛在不可持續(xù)來源的國家電網(wǎng)能源。這是無私的原因，但也有可能節(jié)省一些成本——以及環(huán)境效益——然后保證我可以繼續(xù)在鍵盤上寫博客，而不是在斷電時用筆寫博客。流行的術(shù)語是微電網(wǎng)—它可能只是一個通用電源 (UPS) 或國家電網(wǎng)的微型版本，具有自己的本地能源，例如太陽能、風能、水力，或綁在健身自行車上的舊汽車交流發(fā)電機，以及本地負載例如照明、HVAC 或支持博客的筆記本電腦。如果我能健身、減肥和用消耗的能量寫作，我會特別高興。

這個術(shù)語是營銷人員的游樂場——盡管背包式太陽能電池板的納米電網(wǎng)，為手機充電是一個有趣的想法——微電網(wǎng)是更重要的事情，并且正在成為一個大市場：到 2025 年全球?qū)⑦_到 470 億美元，根據(jù)一些分析。大多數(shù)安裝都是在國內(nèi)進行的，通常太陽能只是饋入當?shù)氐慕涣麟?(AC) 電源并稍微減少水電費。更復(fù)雜的安排包括一個電池，它可以存儲廉價的公用事業(yè)夜間能源或白天多余的太陽能，甚至可以通過上網(wǎng)電價 (FIT) 返還一些現(xiàn)金將能源傳回主電網(wǎng)。電池還可以滿足日落后的所有夜間需求，當然，還可以提供緊急備用。

潛在的環(huán)境效益、成本節(jié)約、在停電時維持運營的能力是推動人們對微電網(wǎng)裝置感興趣的關(guān)鍵驅(qū)動因素。然而，采用取決于寬帶隙半導體的日益使用所帶來的高效功率轉(zhuǎn)換電子設(shè)備。在這里，我們將探索使用碳化硅或氮化鎵的寬帶隙半導體如何提供一種使微電網(wǎng)節(jié)能的解決方案。

使用微電網(wǎng)優(yōu)化電力使用和節(jié)約

電動汽車安裝

我們許多擁有電動汽車的人都必須考慮充電機制——關(guān)鍵是為了節(jié)約能源，因此微電網(wǎng)中來自本地可再生能源的電力絕對符合事物的精神。EV 電池是一個很大的充電負載，因此精心設(shè)計的系統(tǒng)將以最便宜的費率時間首先使用多余的本地能源，其次使用公用電源。但是如果你真的離開了電網(wǎng)并且沒有遠行，汽車可能會閑置很長時間。公用事業(yè)公司會付錢給你，讓你在高峰需求時將部分能源返回主電網(wǎng)以實現(xiàn)負載平衡。請記住，為此您需要一個雙向充電器。

鄰里微電網(wǎng)安裝

微電網(wǎng)還可以應(yīng)用于具有獨立電源的社區(qū)，該電源可以在家庭之間共享和計量電力。這些可能已經(jīng)并網(wǎng)，但也可能完全“孤島”，因為公用電力距離遙遠或根本無法獲得，例如在發(fā)展中國家。

更大的微電網(wǎng)裝置

大型裝置也可以從微電網(wǎng)中受益。醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、工廠和軍事場所意識到了抗斷電、更便宜的本地電源以及越來越多地通過網(wǎng)絡(luò)抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的安全性的優(yōu)勢。在這些微電網(wǎng)實施中，使系統(tǒng)智能化對于從資本投資中獲得最快回報至關(guān)重要。當微電網(wǎng)的運行與工廠的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等站點范圍內(nèi)的效率計劃相結(jié)合時，安裝會取得最佳效果。隨著一切都經(jīng)過優(yōu)化、互連并能夠渡過停電，生產(chǎn)力得到提高，能源和成本也得到改善。

微電網(wǎng)必須高效

如果說微電網(wǎng)有缺點，那可能是需要各種功率轉(zhuǎn)換階段，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渦輪機 AC-AC 轉(zhuǎn)換器。由于目的是節(jié)省能源和資金，因此這些轉(zhuǎn)換階段應(yīng)該盡可能高效。但是，有一個歷史性的權(quán)衡。基于舊技術(shù) IGBT 的功率轉(zhuǎn)換使用以相對較低頻率運行的開關(guān)模式技術(shù)。這可以提高效率，但低頻要求使用大型相關(guān)組件，尤其是昂貴的變壓器和濾波電感器。更快的開關(guān)使磁性元件更小，合適的組件以 MOSFET 的形式有效地做到這一點，但功率相對較低。這對國內(nèi)的UPS來說很好，

SiC 和 GaN 寬帶隙半導體

解決方案是使用碳化硅或氮化鎵作為基礎(chǔ)材料的新型寬帶隙半導體。這些開關(guān)速度非?？?，因此可以提高頻率，從而使磁性元件體積小且價格便宜。即便如此，損失仍然非常低，因此冷卻裝置更小、更輕，當然也更便宜。SiC 和 GaN 器件可以很容易地并聯(lián)和堆疊在級聯(lián)排列中，以獲得數(shù)百安培和千伏的額定值，幾乎可以在任何功率水平上與 IGBT 競爭。

權(quán)力下放

分散發(fā)電是必然趨勢。它充分利用了當?shù)氐目稍偕茉?，提高了彈性，并降低了消費者的總體成本。隨著越來越多的人在家工作，保持這些筆記本電腦的供電和工作效率也是當務(wù)之急。寬帶隙半導體開關(guān)技術(shù)是使其實用化的關(guān)鍵。

結(jié)論

最大限度地利用當?shù)乜稍偕茉?、?jié)約成本、獨立性、彈性和安全性的承諾促使許多人采用微電網(wǎng)，并且預(yù)計到 2025 年微電網(wǎng)市場將達到約 474 億美元。然而，微電網(wǎng)可能無法證明能效或成本效益，具體取決于設(shè)計中使用的組件。寬帶隙半導體提供了一種解決方案。SiC 和 GaN 寬帶隙半導體提供極快的開關(guān)速度、低損耗，并且可以并聯(lián)和堆疊以在幾乎任何功率水平上與 IGBT 競爭。

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