用微电网高效地离网

聚焦微电网

我不是生存主义者，我为拯救地球所做的努力在宏伟的计划中微不足道。尽管如此，离网似乎越来越有吸引力——独立于来自潜在不可持续来源的国家电网能源。这是无私的原因，但也有可能节省一些成本——以及环境效益——然后保证我可以继续在键盘上写博客，而不是在断电时用笔写博客。流行的术语是微电网—它可能只是一个通用电源 (UPS) 或国家电网的微型版本，具有自己的本地能源，例如太阳能、风能、水力，或绑在健身自行车上的旧汽车交流发电机，以及本地负载例如照明、HVAC 或支持博客的笔记本电脑。如果我能健身、减肥和用消耗的能量写作，我会特别高兴。

这个术语是营销人员的游乐场——尽管背包式太阳能电池板的纳米电网，为手机充电是一个有趣的想法——微电网是更重要的事情，并且正在成为一个大市场：到 2025 年全球将达到 470 亿美元，根据一些分析。大多数安装都是在国内进行的，通常太阳能只是馈入当地的交流电 (AC) 电源并稍微减少水电费。更复杂的安排包括一个电池，它可以存储廉价的公用事业夜间能源或白天多余的太阳能，甚至可以通过上网电价 (FIT) 返还一些现金将能源传回主电网。电池还可以满足日落后的所有夜间需求，当然，还可以提供紧急备用。

潜在的环境效益、成本节约、在停电时维持运营的能力是推动人们对微电网装置感兴趣的关键驱动因素。然而，采用取决于宽带隙半导体的日益使用所带来的高效功率转换电子设备。在这里，我们将探索使用碳化硅或氮化镓的宽带隙半导体如何提供一种使微电网节能的解决方案。

使用微电网优化电力使用和节约

电动汽车安装

我们许多拥有电动汽车的人都必须考虑充电机制——关键是为了节约能源，因此微电网中来自本地可再生能源的电力绝对符合事物的精神。EV 电池是一个很大的充电负载，因此精心设计的系统将以最便宜的费率时间首先使用多余的本地能源，其次使用公用电源。但是如果你真的离开了电网并且没有远行，汽车可能会闲置很长时间。公用事业公司会付钱给你，让你在高峰需求时将部分能源返回主电网以实现负载平衡。请记住，为此您需要一个双向充电器。

邻里微电网安装

微电网还可以应用于具有独立电源的社区，该电源可以在家庭之间共享和计量电力。这些可能已经并网，但也可能完全“孤岛”，因为公用电力距离遥远或根本无法获得，例如在发展中国家。

更大的微电网装置

大型装置也可以从微电网中受益。医院、数据中心、工厂和军事场所意识到了抗断电、更便宜的本地电源以及越来越多地通过网络抵御网络攻击的安全性的优势。在这些微电网实施中，使系统智能化对于从资本投资中获得最快回报至关重要。当微电网的运行与工厂的工业物联网 (IIoT) 等站点范围内的效率计划相结合时，安装会取得最佳效果。随着一切都经过优化、互连并能够渡过停电，生产力得到提高，能源和成本也得到改善。

微电网必须高效

如果说微电网有缺点，那可能是需要各种功率转换阶段，如太阳能 DC-AC 逆变器和最大功率点跟踪控制器、双向电池充电器和风力涡轮机 AC-AC 转换器。由于目的是节省能源和资金，因此这些转换阶段应该尽可能高效。但是，有一个历史性的权衡。基于旧技术 IGBT 的功率转换使用以相对较低频率运行的开关模式技术。这可以提高效率，但低频要求使用大型相关组件，尤其是昂贵的变压器和滤波电感器。更快的开关使磁性元件更小，合适的组件以 MOSFET 的形式有效地做到这一点，但功率相对较低。这对国内的UPS来说很好，

SiC 和 GaN 宽带隙半导体

解决方案是使用碳化硅或氮化镓作为基础材料的新型宽带隙半导体。这些开关速度非常快，因此可以提高频率，从而使磁性元件体积小且价格便宜。即便如此，损失仍然非常低，因此冷却装置更小、更轻，当然也更便宜。SiC 和 GaN 器件可以很容易地并联和堆叠在级联排列中，以获得数百安培和千伏的额定值，几乎可以在任何功率水平上与 IGBT 竞争。

权力下放

分散发电是必然趋势。它充分利用了当地的可再生能源，提高了弹性，并降低了消费者的总体成本。随着越来越多的人在家工作，保持这些笔记本电脑的供电和工作效率也是当务之急。宽带隙半导体开关技术是使其实用化的关键。

结论

最大限度地利用当地可再生能源、节约成本、独立性、弹性和安全性的承诺促使许多人采用微电网，并且预计到 2025 年微电网市场将达到约 474 亿美元。然而，微电网可能无法证明能效或成本效益，具体取决于设计中使用的组件。宽带隙半导体提供了一种解决方案。SiC 和 GaN 宽带隙半导体提供极快的开关速度、低损耗，并且可以并联和堆叠以在几乎任何功率水平上与 IGBT 竞争。

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