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(fēng)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(dāng)?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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(fēng)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?；谂f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(dǎo)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(dǎo)體。這些開關(guān)速度非常快，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(dāng)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(dāng)?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(dāng)務(wù)之急。寬帶隙半導(dǎo)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(dāng)?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(dǎo)體提供了一種解決方案。SiC 和 GaN 寬帶隙半導(dǎo)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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