微电网 - 脱离公共电网的高效选择
图源：贸泽电子
我不是生存专家，我为拯救地球所做的努力微不足道。尽管如此，独立于国家电网，不再使用潜在不可持续的能源这种离网选择，也变得越来越有吸引力。这一方面是出于利他主义的想法，另一方面也是出于节约成本的可能，还有环保方面的考虑。不过大家放心，即使断电，我也能继续用键盘而不是用笔写博客。
现在这个流行的术语微电网，可能只是一个通用电源 (UPS) 或国家电网的微型版本。它有自己的本地能源（如太阳能、风能、水能，或绑在健身自行车上的旧汽车交流发电机），以及本地负载（如照明、暖通空调或者能上博客的笔记本电脑）。如果我能够用消耗的能量健身、减肥、写作，我会特别高兴。
“微电网”是营销人员的随身宝 — 尽管是由背包上安装的太阳能电池板组成的纳米电网，但能为手机充电也不错。不过微电网的作用远不止于此，将来会成为一个大市场：根据一些分析，到2025年微电网的全球市场规模将达到470亿美元。
大多数微电网都是家用的，通常太阳能只是进入家里的交流电装置，能节省一点水电费。更复杂的微电网还配备一个电池，用于储存按夜间计价的廉价公共电能或白天多余的太阳能，甚至可以通过上网电价 (FIT) 将能源回馈给主电网，获得一些现金回报。该电池还可以供应日落后的所有夜间需求，当然也可以作为紧急备用电源。
利用微电网优化电力使用并实现成本节约
微电网必须高效
如果说微电网有什么缺点，那可能就是需要各种电力转换装置，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发电机AC-AC转换器。由于目的是节能和省钱，因此这些转换阶段应该尽可能高效。不过这需要兼顾前后的权衡。基于IGBT的旧技术电力转换使用的是开关模式技术，在相对低的频率下运行。这样可以提高效率，但低频决定了相关元件，特别是变压器和滤波电感器，很大也很贵。开关速度越快，磁性元件越小。合适的元件以MOSFET的形式有效地做到了这一点，但仅在相对低的功率下。这对于国内的UPS来说没问题，但在较大的装置中，MOSFET转换器会耗尽能量。
SiC和GaN宽禁带半导体
解决方案是使用碳化硅或氮化镓作为基础材料的新型宽禁带半导体。这些半导体的开关速度极快，因此频率可以被推高，使磁性元件变得小而便宜。即便如此，损耗也特别低，所以冷却装置更小、更轻，当然也更便宜。SiC和GaN器件可以很容易地以级联方式并联和堆叠，以实现数百安培和上千伏的额定值，在几乎任何功率水平上与IGBT竞争。
结论
因为能够最大限度地利用当地可再生能源、节约成本、独立运转、恢复生态和提高安全性，让许多人开始采用微电网。预计到2025年，微电网市场规模将达到约474亿美元。不过微电网不一定具有高能效或成本效益，这取决于其设计中使用的组件。宽禁带半导体提供了一个解决方案。SiC和GaN宽禁带半导体提供极快的开关速度、低损耗，并且可以并联和堆叠，在几乎任何功率水平上都能与IGBT竞争。
Paul Lee曾发表过200多篇关于电源主题的文章和博客文章，以及一本关于电源设计技术的书《Power Supplies Explained》。作为一名拥有电子专业学位的特许工程师，Lee曾担任Murata Power Solutions的工程主管，并管理欧洲电源制造商协会。
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