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住宅直流供电5

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:24

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节能王牌-直流供电(一)

  与地球共舞,怀抱未来,该尽的一份心力与责任,就是“节能减碳”。而二氧化碳的主要来源就在于发电。因此,从节能来下手,良性循环,即可减碳。节能的方法除了从绿色能源、绿色电子来找出方案之外,另外一张大王牌,就是“直流供电”。对于未来的电子、能源与建筑,势必会起爆一场革命性的变化。无论是产品或建物设计师还是电子工程师,请您一定要研读这颗减碳的“节能大补丸”。

  市场调查公司Garner,发布Green IT乃是十大战略技术之一。而直流供电就是一张好牌。尤其是LED照明即将起飞的关键时刻。

  地球暖化,证实与人类排放的二氧化碳息息相关。关键的6℃,若是地球升高6℃,人类将面临明天过后的全球性毁灭,也就是世界末日降临之时。
注:既然二氧化碳是元凶,那您怎幺知道二氧化碳的浓度呢?市面上有一种家庭用的二氧化碳浓度监控器。

直流给电的世界

  以前电力不普及的年代,“电”可是珍惜宝贝。随着人类文明的进步与物质生活的富裕,大家对于电的来源似乎是理所当然的事。人类似乎是不会记取教训、又老是遗忘的动物。
今日,您无法面对的真相是“地球病了”。有环保意识的人开始呼吁“节能减碳”,减少碳足迹,不是美德而是义务。

  除了电池的使用之外,使用交流电,早已成为消费者的习惯。然而,放眼现实的世界,环绕您我外围的一堆电气产品,从计算机、电视、电话机、打印机、游戏机、MP3、无线耳机等等,皆是直流电压驱动的东西。

  无敌接口王USB,所提供的5V/500mA,也是直流供电。

注:USB 3.0已经拉高到950mA的给电能力。

  那为了什幺需要直流供电呢?答案超简单,就是可以达到“省电”的效果。有趣的问题就浮现出来了,直流供电,早不发生、晚不出现,偏偏在这种时刻出现。其实,世间一切事的发生都有其前因,加上机缘的触发,而产生了结果。“触发机缘”就是效率提高以及太阳电池的普及到来。果就是直流供电方案的浮现。

  话说,18世纪80年代赫赫有名的商人发明家爱迪生(Thomas Alva Edison),就提出直流供电的提案。(听说是为了其商业利益考虑) 最后的结局却是Nikola Tesla与西屋(Westinghouse Electric)所提出的交流给电,成为世界的标准。其中最为关键的理由是,当长距离大规模送电时,交流对于电压的升降较为简单。

  100年之后的今日,环境否变,不少应用存在送电短距离,DC-DC转换器便宜化,直流送电的议题,再度受到注目与实践。

  直流给电,或说直流供电(Direct Current Power Supply),可以减少AC-DC转换的次数,削减了变换效率引起的电力耗热。对于地球缓化的救赎,直流给电是一个很好的优质对策。毕竟,几乎现状的装置所使用的方式,多是藉由AC Adapter或是AC-DC转换器,将交流电转换成直流电供装置机器使用;而多数的场合,这个转换效率却是往往仅有约80%的程度,也就是说,投入电力的20%化成热而浪费掉了。

注:联合国证实,地球缓化与CO2的排出量有相当大的影响关系。京都协议书(1997)上的目标,似乎快变成不可能的任务。就以日本2007年的排出量,竟然比1990年还增加8.7%。

  夏普会长町田胜彦于2008/10(FPD International 2008)上的特别主题演讲上,提出低碳社会的“直流绿色环保屋(DC Echo House)”概念。而这个愿景的夺标三剑客,分别就是液晶、太阳能电池与LED。町田先生热烈地期待,液晶电视约10年就迈入了主流,另外一个10年,期望来实现直流建筑屋。
注:意大利Milano Salone乃是设计师的盛大祭典。2009年的照明展,各大知名设计师与厂商,使出混身解力,展现设计感度。

暗示出LED与有机EL时代,即将翩临来到。

  与Panasonic合作的深泽直人,以LED来展示环保经济又快适的技术。

  日本喜多俊之,独自举办“KITA. FUTURE DELIGHT”,以有机EL提案未来的照明。

  CEATEC 2008,夏普、TDK等,相次披露展示了直流绿色环保屋(DC Echo House)。

  飞利浦所披露出来的“The Beauty of Interaction”,也是以有机EL,展示未来的照明概念。

  其实,人类开始直流供电的开始,也有一段的历史了。大约60年前,NTT集团公司自身的通信设备,就已经导入-48V的运用了。然而,其他的实用案例就几乎完全看不件,完全向交流给电一面倒。

直流给电的契机

  根据美国国家环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency)的数据统计,信息中心的能源费用每5年便增加一倍。在数据中心(包括服务器、储存设备及基础架构)的营运成本中,有近六成的资本费用与五成的营运支出都与能源相关。

  温室效应主要是来自于产品的使用阶段,而非制造阶段。而数据中心往往是24小时不停地运作。能量不知耗掉多少。

  数据中心(Data Center)到了2025年,消耗电力可能会是2006年的5倍以上。无论是电费还是数据中心的空调,都是无法不去面对的现实。也就是这个缘故,有志于直流供电的厂商,就拿“数据中心”作为进攻的第一波目标。
注:根据美国能源部(U.S. Department of Energy)的评估指出,若能对数据中心作更好的规划,至2015年可节省相当于400万台汽车的碳排放量,等同于180万个美国家庭用户所消耗的电力。
注:诸如Google、Microsoft等大型IT企业;动辄建构数万台规模的数据中心。

来看企业的动作。

● 伊藤忠CTC于2008年10月开始导入直流给电的数据中心(Data Center)。
● 2008年6月,NTT集团发表推广直流给电的导入。(服务器采用美商Rackable System,电源系统则是从NTT Facilities。
● NEC、日立表明将构筑直流给电的数据中心(Data Center)。
● The Green Grid于2009年2月,发表数据中心设备运用效率化的新指引。
注:2007年2月,针对Data Center的IT机器,推广节能而于美国成立的“The Green Grid”业界团体。AMD、APC(American Power Conversion)、Dell、HP、IBM、Intel、Microsoft、Sun Microsoft、富士通、CTC、NTT、NEC、、富士通等超过100个公司参加。

  The Green Grid针对数据中心服务器的电力消耗低减,提出了5个提案方法:

● 找出大消费电力的服务器。
● 使用服务器.微处理器的省电功能。
● 服务器适当地筛分(Sizing)。比如说,10台处理负荷仅50%的服务器,可以改用5台100%处理负荷服务器。
● 当服务器没有在工作时,下降其消耗电力。
● 废弃古老的系统。

  因此,以“绿色数据中心”为号召的Data Center 3.0,就成为未来更有效率、更为节省成本的来建构企业数据中心。

  早期的数据中心的主要特色就是“集中化”(Centralized),盛行以大型主机(Mainframe)作为信息处理设备,可称为Data Center 1.0时代。

  到了Data Center 2.0阶段,数据中心是以“非集中化”的方式来运作,因此像是主从式(Client-Server)架构与分布式计算的观念成为当时最广泛的架构。

  现在的数据中心是以“虚拟化”来建构新,主要特色在于着重服务导向(Service Oriented),并以Web 2.0为基底来提供虚拟化的网络服务,而虚拟化的优势在于减少服务器的数目、降低操作成本,提供储存设备与网络的整合,不仅符合节能效益,更可简化企业在管理上的复杂度。此外,整合节能与效率等议题,也已成为Data Center 3.0新世代数据中心的主流。

作者:◆ 陈乃塘

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节能王牌-直流供电 (二)

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:28

节能王牌-直流供电 (二)

  现在的数据中心,为了防止停电的瞬停,普遍都会设置了UPS(Uninterruptible Power Supply)不断电系统。故,从系统电力来的交流,会AC-DC转换到蓄电装置。若要供给服务器等装置,需要再经过DC-AC转换。而服务器机器内部,还要一次的AC-DC转换,供电给机器使用。

  从系统来的电力,历经3次的转换;就算是转换效率达90%,历经3回合下来,也损失了约27%的电力。

  若是采用了直流给电的方案,惊人效果就出现了。一个效率90%的AC-DC转换器,就足以供机器使用,大幅减少变换损失。而且,有机会拿掉了UPS。

  伊藤忠CTC在2008年10月,开始导入48V直流给电服务器的数据中心。期望降低20%的电力消耗。

  依据NTT环境研究所的估算,数据中心的IT装置采用直流给电,整体约可节14%~17%的电力。
注:伊藤忠CTC所采用的服务器系美商Rackable Systems的制品。该公司于2009/4买收了申请破产的SGI公司。

  SGI乃1982年James Clark所设立,致力于运算能力强大的工作站开发与贩卖,曾经是硅谷的宠儿。如今狼狈?

  市面上可以见到直流供电之服务器与SSD服务器产品。

  若是在数据中心逐渐成功之后,即有机率逐步渗透到办公室、工厂、店铺、家庭。但是,有一点肯定是必要的。超越200V产业上的用途必须在安全性上的确认之后,才会浸透到办公室与家庭的。

  最近十几年间,独步全球的德意志制造工艺﹐以太阳能打造了太阳房子(Solar House)。太阳房子不仅是科技、是美学、是趋势。高品味、低耗能、超舒适且极健康的太阳房子,在油价与全球温度飙高的时代,特别意义非凡。日本也于2009年实施家庭用太阳电池的辅助金制度。

  通常,太阳房子的构筑需要太阳能面板模块、Inverter、太阳能监视与电表。若是加上“蓄电装置”,运用弹性会更为优越。

  而“蓄电装置”随着充电式油电混合车(Plug-in Hybrid)的登场,高容量长寿命锂离子电池的开发更为积极活泼。车载用锂离子电池与家庭用定置型的蓄电锂离子电池,是一样的。对于锂离子电池的价格减低,有相当的贡献。

  当前的家庭用太阳电池,藉由电源分配器(Power Conditioner)将直流的发电电力,转换成交流,供给家庭用电。而机器内会用AC-DC转换。

  2kW的太阳电池搭配10kWh的蓄电池组合,仅要将价格拉低到住户愿意支付的水平,家庭直流给电就会实现。

  这种组合太阳电池与蓄电装置的方式,其实,秘藏着各种可能性。比如说,遇到灾害或是停电时,照明依然动作。另外一方面,将来燃料电池的进展若是更风帆顺利,搭配太阳电池与燃料电池,可以进一步提高家庭的发电量。

  再搭配地域性分散型电源,省电效果将是不可言喻。意思是说,对于系统电力的峰值有平准化的效果,无论是白昼还是黑夜,都能够对于峰值有平准化的贡献,省能的效果就会实现了。

直流给电的技术面面观

导入直流给电的课题,主要是集中于下面几个问题:
● 电压值。
● 安全性。
● 标准化。

  各个产品领域,最适当安全的电压,势必要有标准化,才可能形成市场。电压若是过低,给电的阻抗损失变大之际,配线作业会恶化。电压若是过高,由于电弧或感电的问题,又牵扯到人类安全性的问题。

  由于产品属性的关系,直流给电的电压值需要随着应用而有不同的定义。这点也就是当前最为困扰的地方。

第一类应用:诸如数据中心、储存装置或是网络路由器之类的IT装置

  以伊藤忠CTC数据中心来说,是采用48V。而不少厂商的看法是提高到300~400V的境地。而现状,无论是定格电压,还是最小与最高电压、瞬低时规格、连接器的形状、安全性的规格等等,世界标准都并不存在。

  就48V的场合而言,假设IT关连装置的消耗电力为3kW的时候,供给电流就高达62.5A,非常大的电流值。配线的阻抗损失(I2R)可能增加,为了减少阻抗损失,配线就会变粗,对于设置的工事作业性不好。

  因此,这类产品的高电压化趋势,是难以避免的。

  故,所谓地HVDC(High Voltage Direct Current)开发,也就是300V~400V的电压范围,脚步在加速中。目前台面上,日商NTT集团,日立制作所,美商的英特尔、IBM、Google以及Climate Savers Computing Initiative、The Green Grid等,都积极着手于开发中。

  很遗憾地,电压值的标准化相当不明确。浮现在台面上就有3种数值,360V、380V与400V。每一个主张者,都有其理由。

  表明400V方针的乃是Climate Savers Computing Initiative,主张的理由是诉求电力效率的最高值。

注:之所以会选择400V,而不是更高的电压,乃是基于IEC 60950所规定的机能绝缘的隔离距离有所关系。因为高于420V,就会从0.5mm增加到1.5mm。加上考虑余域的关系,就选择了400V。

  主张380V的一方是NTT Data。所持有的理由是现代实用化220V交流输入的Inverter,其主电路部份的直流输入电压设定于380V。因此,选择380V的话,就可以沿用IT关连装置计有的主电路,对于装置成本的削减,有一定的贡献。

  而主张360V的是日立制作所,所持有的理由是从输入大电容(Bulk Capacitor)的采用观点来思考。目前,400V耐压附近的大电容规格有450V/420V/400V等制品,为了实现高输出密度,选用400V组件。因此,才会选择360V。

注:Bulk capacitor的脚色在于输入市电瞬断时储存能量。

  由于是高压,安全上的疑虑课题,主要有“电弧放电”以及“人体感电”的守护技术。

  电弧放电是两个电极之间所施加电压,发生绝缘体破坏的放电现象。其实,交流电也有电弧放电的现象。只不过,50/60Hz的周期,横越过零电位,电弧放电不持久。可是直流供电的场合,电弧放电会持续长时间。开关切换On/Off之际,电极间发生的电弧放电,也许会招致火灾。这就牵涉到开关安全的技术。虽说,这类技术老早就已经存在,比如说铁路、汽车所使用的机械式继电器(Relay)或汽油遮断器,可是这些外型英寸法,根本无法适用于IT装置上。

  有些大学研究机构使用MOSFET等半导体组件,与电容器组合来解决这个问题。关键因素是在半导体组件闸极印加电压,依据阻抗与电容器的时间定数,缓慢上升。结果自然是半导体组件缓慢On/Off,不会发生放电。

  而人体对于“感电”的影响。先来看电流值对于人体的感知是怎样的影响关系。

● 1mA:人体最小的电流感知数值。也就是可以感知的电流。

● 10mA~25mA:不能随意运动的电流量。

● 50mA~80mA:这个电流量流经心脏数秒,会引起心室的细动,致死的可能性存在。

● 100mA:这个电流量流经心脏1秒,就会引起心室的细动,致死的可能性存在。

● 2A:心脏停止。只要遮断电流,心脏即可再拍动。

  NTT的做法即是将380V的直流电压,利用配线分割成+190V与-190V。与中间点接地位准接续有47K奥姆的高阻抗。假定人类约4KΩ,即使接触到高电压配线,电流会抑制在6.9mA的层度。若是再组合漏电检知器,检出流经接地的电流而断电。

第二类应用:一般住宅

  由于IEC将60V以上,列为危险电压。很明显在这种应用场合,必须低电压。然而,具体电压数值也是没有共通的定见。候补有12V、24V与48V。
由于NTT集团在-48V的直流供电装置上,累积了几十年的经验与技术智慧。当然,力推+48V。而且电力效率也最高。

  唯一令人担心的问题,就是人类感电的问题。因此,才有12V与24V的提案。又与汽车取出电压相同。可以沿用汽车的泛用开发技术。缺点就仅有电压过低,难以支付像个人计算机或是电视机等产品。

  一般的看法是先从LED照明(或有机EL照明)应用开始。事实似乎也许如此,从米兰家具展与照明展,已经可以嗅出端倪。Panasonic不愿等待标准化所耗的珍贵时间,考虑先推出同时对应交流供电与直流供电的混合式配线器具。所觊觎的市场,正是照明市场。

  美商Green Plug公司,致力于共通AC Adapter的开发。

  若是兼顾电力损失与安全性,48V的场合,约可供给到10A的程度,也就是500W电子装置能够驱动。若是装置需要超越500W的场合,以48V来驱动会显得困难,12V/24V更是不可能的任务。诸如冷气或是IH调理家电,唯一比较可行之路还是导入HVDC。直流电压若是400V时,3kW的冷气,比较小的电流约7.5A的程度,就可以驱动。

  家庭要导入HVDC,唯一要克服的关卡,当属安全性的保证。相信不会这幺快。

第三类应用:办公室、工厂到商店

  这类的市场很有趣,直流供电往往可以创造出新的价值。

  日本的知名Kokuyo于2008/8开始贩卖的E-Rail商品陈列棚。即是善用直流供电的应用范例,对于便利商店该有加分的营销作用。

结语

  一般住宅用太阳光发电系统Power Conditioner,市面上可以买的到。以三洋的SSI-TL55A2为例,就有5.5kW的定额输出。

  富士通Component,于2009年4月推出对应高电压直流给电系统的450V、10A继电器(Relay)。

  NTT Facility与富士通Component,尝试开发400V专用的直流插座与插头。

  看着厂商努力的干劲;直流供电的愿景,脚步越来越近了。

作者:◆ 陈乃塘
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綠色浪潮托起愛迪生的夢想:直流供電技術

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:35

綠色浪潮托起愛迪生的夢想:直流供電技術

  近來一段時間,關於直流供電技術的討論日漸增多。仔細觀察了一下身邊的電視、個人電腦、電話、印表機、手機、遊戲機及便攜音樂播放器,發現我們身邊的電器其實都使用直流電工作,就連洗衣機、空調、螢光燈等產品也開始配備逆變器,這些產品也都是先將交流轉換為直流,然後再調制為高頻交流。即使大家熟悉的個人電腦等配備的USB埠,也可供給電壓為5V、最大電流為500mA的直流電。雖然直流電源與生俱來的穩定性與效率已經被企業熟知多年,但目前卻僅有極少數的大型公司實際採用直流電源。

  在節能降耗趨勢下,愛迪生(Edison)當年提出的直流供電技術再度受到空前關注,因為我們身邊的電器其實都使用直流電工作。

一、直流供電的優勢

  直流供電可追溯到19世紀80年代。當時,著名發明家愛迪生(Thomas Alva Edison)為了向白熾燈等供電,曾提出直流供電方式。但是,特斯拉(Nikola Tesla,其人名被用於磁通量密度單位)和美國西屋電氣(Westinghouse Electric)提出的交流供電方案最終成為全球標準,主要理由是交流方式在長距離大規模送電時可輕鬆升降電壓。然而,時光流轉百年後,在短距離送電用途以及廉價使用高效DC-DC轉換器成為現實的推動下,直流供電重新引起了人們的關注。這是因為在當前的節能降耗趨勢下,直流供電具有明顯的優勢。

1、降低設備耗電量

  目前的交流供電系統在工作時先向各個設備供給交流電,然後再通過各個設備配備的AC適配器等AC-DC逆變器轉換成直流電。轉換效率大多只有80%左右。這會使投入電力的20%以熱量的形式浪費掉。而且,有的設備還會反復進行交流到直流、直流到交流的轉換,其轉換損失就更大。因此,如果將電網電力先用高效AC-DC逆變器統一轉換成直流電,然後再向各個設備供電,可提高省電效果。

  在美國加州能源委員會的主導下,Sun、Cisco、Intel、IBM 等數十家IT企業以及銷售直流供電技術的企業組成鑒定小組,通過試驗比較了傳統方式與直流供電方式兩者對資料中心性能影響的異同。結果表明,盡可能減少資料中心內部各設備之間的能源轉換次數,從而降低能耗的做法是可行的。以這種方式運行資料中心,可以減少10-20%的能源消耗,並且能夠提高可靠程度。據推算,通過消除目前進行的交直流轉換過程,每台伺服器的耗電量至少可減少9-34%。

  未來的直流家庭中,太陽能電池與蓄電池結合的直流供電系統將得到普及。首先與LED照明等直流驅動的產品連接,之後還會給空調、洗衣機等大功率電器提供直流電,甚至有可能像玩遊戲一樣用健身器械來發電。

2、對普通用戶也有利

  直流供電對普通用戶來說也非常有利。超過200V的直流供電有望在資料中心及工廠等產業用途中推廣,待安全性在這些用途得到證實後,便有望導入店鋪、辦公室及家庭。

  在家庭中,如果能夠使用高效AC-DC轉換器將交流電統一轉換成直流電,便可減少以往由低效AC適配器進行轉換時的能量損耗,有助於節省電費。另外,還有望省去在插座上插多個AC適配器。僅交流改直流一項便可將轉換損失減少兩成,如果能夠開發出直流的標準插座,便可在個人電腦、手機、數碼相機、遊戲機及音樂播放器等電器之間通用,用一根連線實現便攜。

3、推動太陽能電池及蓄電裝置實現低價位

  推動直流供電加快導入的原因還有一個,那就是太陽能電池的迅速普及。如果太陽能電池導入順利,那麼家庭及企業希望直接利用所發電力的需求也將隨之擴大。屆時如果仍使用目前系統的話,所發電力就需要從直流到交流、再從交流到直流的轉換,使珍貴的能源在DC-AC轉換過程中消耗和浪費掉。

  向家庭進行直流供電的關鍵在於太陽能電池。其中,日本政府在2008年7月內閣會議確定的“構建低碳社會行動計畫”中提出,將力爭使太陽能電池導入量2020年達到2005年度的10倍,到 2030年進一步提高至40倍,並在3-5年後將太陽能電池系統的價格降至目前的一半左右。在該計畫中,有關供給方的內容包括:推進太陽能電池材料和模組的技術開發、實現系統的輕量化和安裝的簡化,以及獎勵與太陽能電池結合使用的蓄電池技術的開發。

  機構預測,太陽能電池的價格“到2010年前後將下降到目前的一半左右”,太陽能電池與蓄電裝置相結合的系統有望在家庭中普及。同時,與太陽能電池一起被公認為價格較高的蓄電裝置也開始出現低成本化趨勢。預定2010年投放市場的電動汽車及插電式混合動力等的亮相,使高容量、長壽命車載鋰離子充電電池的開發日趨活躍。由於車載用鋰離子充電電池以及在家庭等固定用途的鋰離子充電電池開始通用,蓄電裝置的價格下降將會加速。

  在家庭中設置2kW太陽能電池與10kWh蓄電池結合的系統,價格可控制在200萬日元以內,這將推動家庭直流供電需求的進一步擴大。因為,如果今後將蓄電池與現有系統結合,會因轉換次數增加導致非常大的損失。因此,在最初用高效AC-DC逆變器對電網電力進行轉換,從太陽能電池、充電電池一直到設備,以相同電壓進行直流供電的話,便可消除轉換損失。

4、家庭發電站可能增加

  隨著儲能技術的提高,未來的用戶側必將配備小型儲能設備。這樣既可以解決電網調峰的問題,又可以防止因電網故障而影響用戶的對供電可靠性和供電質量的需求。採用直流供電標準,用戶設備無須再用逆變設備就能夠直接使用備用電源,將給用戶帶來極大的便利。

  如果用戶側採用直流供電標準,太陽能電池與蓄電裝置結合進行直流供電的做法,蘊藏著多種可能性。比如,房產商可建造災害時及停電時也可使用照明及電器的住宅進行銷售。

  將來,不僅是太陽能電池,而且還可與同為直流發電的燃料電池結合,進一步提高來自家庭的發電量。這樣便可作為分散型電源形成地區協作,由此實現更大的省電效果。並最終實現向電網逆流饋電,從而為平衡高峰用電做出貢獻。

  另外,隨著家庭發電及蓄電越來越受關注,今後也許會利用以往浪費掉的洗浴廢熱水以及流經雨漏管的雨水來發電,而且居民可能還會積極使用自行車健身器象玩遊戲一樣參與發電。如果將家庭內的這些微弱發電集合起來,每天便可獲得1kWh左右的電力,相當於一個家庭一天用電量的一成。

  未來的辦公室中,資料中心等IT設備將普及300-400V直流供電,之後擴展至LED照明及空調等領域。其中,對個人電腦等的直流供電將會推進,並有望實現利用桌面的非接觸直流供電。

二、直流供電技術挑戰

  隨著電力電子技術的發展和人們對安全和效率的追求,交流電網的缺點變得突出起來,例如維持電網的穩定性需要許多特殊設備,輸送過程中存在有電阻、電感和電容效應,地下電纜輸電時有明顯電容影響等。高壓直流輸電(HVDC)的優點開始引起大家的關注,這具體表現在:

(1) 輸送容量大,輸送功率的大小和方向可以快速控制和調節。

(2) 直流輸電系統的投入不會增加原有電力系統的短路電流容量,也不受系統穩定極限的限制。

(3) 直流架空線路的走廊寬度約為交流線路的一半,可以充分利用線路走廊的資源。

(4) 直流電纜線路沒有交流電纜線路中電容電流的困擾,沒有磁感應損耗和介質損耗,基本上只有芯線電阻損耗,絕緣電壓相對較低。

(5) 直流輸電工程的一個極發生故障時另一個極能繼續運行,且可充分發揮其過負荷能力,即可以不減少或少減少輸送功率損失。

(6) 直流本身帶有調制功能,可以根據系統的要求做出反應,可以對機電振盪產生阻尼,可以阻尼低頻振盪,從而提高電力系統暫態穩定水平。

(7) 能夠通過換流站的無功功率控制調節系統的交流電壓。

(8) 大電網之間通過直流輸電互聯(如背靠背方式),兩個電網之間不會互相干擾和影響,且可迅速進行功率支援等。

  目前,中國的典型直流輸電專案有三峽發電中的廣東直流輸電工程和貴州-廣東直流輸電工程,它們分別於2004年6月和 2004年9月正式投產。

  儘管高壓直流輸電的優勢已經體現並得到應用,但目前低壓線路仍舊沿用交流輸配電標準(大家所熟知的380/220V供電體系)。由於牽涉的用戶量大面廣,直流供電技術在用戶端遭遇了錯綜複雜的困擾,如用戶側的電壓值和安全性能。

1、安全性和標準化.

  在用戶端,實施直流供電的難點就在於電壓值和安全性能。如果電壓較低,就會導致供電時電阻損耗增大、供電電纜變粗、佈線作業難度增加以及電纜等構件成本上升的問題。但是如果提高電壓值,今後就必須解決電弧及觸電等問題。另外,交流電供電時,即使有電弧產生,也會因交流電壓週期性過零而消失。然而,直流電始終施加恒定電壓,因此不能熄滅電弧,就有可能引燃周圍的物體。

  解決上述問題,就有必要為各領域的最適電壓及安全規格進行標準化。比如,資料中心目前是以48V進行直流供電,而今後考慮將電壓提高至300-400V。但是,目前不光是額定電壓,連最小及最大電壓、瞬降時的規格、連接器的形狀以及安全性規格等也未確立全球標準。

  作為先期應用之一,資料中心在無電壓國際標準情況下的直流供電資料中心要導入直流供電,還需要解決諸多課題。首先是供電電壓的額定值及上下限值在日本及國際上均無標準。有關安全性能的規格也未確定,今後業界有必要制定統一的方針。

  這方面,在日本國內具有較大影響力的是NTT集團。NTT集團曾宣佈將致力於將電壓提高至400V左右的直流供電系統的技術開發和標準化,並力爭在2010年度之前開始導入。

  NTT已經從2009年初開始對360V和380V的不同電壓的直流供電系統進行驗證試驗,力爭儘快確認省電效果及安全性,瞄準全球標準,向美國綠色網格聯盟(The Green Grid)等提出標準草案。

  此外,日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的“綠色網路系統技術研究開發計畫(綠色IT計畫)”也將帶來巨大影響。該計畫的目標是將資料中心的年耗電量減少30%以上。其中,已就“資料中心電源系統和最佳直流化技術的開發”,在2008年度對直流供電展開可靠性及安全性所需技術的調查。2009年度可能會增加旨在標準化的研究專案。

2、“直流家庭”採用多少伏電壓?

  在家庭用途中,空調耗電量所占比例最大,其次為冰箱、照明器具,以及電視和音響器材。家庭中也存在以多少伏的電壓來供電的大問題。目前,國際上不限制60V以下的直流供電,多數意見認為,應該根據此前的經驗,首先以48V或24V進行供電較為穩妥。

  但是,向家庭中空調及冰箱供電等耗電大戶按照48V或24V供電就不太現實,因為這些電器耗電量較大。比如,如果以48V向額定2kW的空調進行直流供電,所需電流就要超過40A。在這一電流值下,佈線用電纜會過粗,而且也很難保證觸電及短路時的安全性能。

3、以LED照明供電作為突破口

  由於家庭電器眾多,用電環境複雜,估計以後面向家庭的直流供電方案會首先考慮本身耗電並不大的照明用途,並以48V左右的電壓提供直流電,雖然其耗電量在家庭中僅僅占16%。這是因為,現代照明是以螢光燈為主的節能型照明燈具,它們需要配套控制設備(鎮流器或控制器)使用,現代的電子鎮流器已非常成熟,其技術為AC-DC-AC原理,而白熾燈和LED本身就可以或必須使用直流電源。

  如果在新建住宅時設置LED照明,消費者就無需再頻繁插拔電源,從安全性角度來看,也容易導入。松下電工就計畫首先使支持直流和交流兩種供電方式的混合型配電盤實現實用化,在 LED照明等產品上使用直流電。

  將來要想在空調及冰箱等電器中導入直流供電,就必須著眼于有望在資料中心等領域實現的高電壓系統,不斷推進標準化作業。尤其是家庭內的供電系統,由於以前僅為交流供電,因此房產商、施工企業及供配電企業“都需要增加直流供電方面的知識及經驗”。鑒於直流供電可帶來非常顯著的省電效果,估計導入該方式的舉措今後將會不斷加快。

三、直流供電的導入

  直流供電方式越來越受關注,相關嘗試也在多個領域日趨活躍。其中,尤為活躍的是資料中心,這一動向不僅僅限於資料中心。還有企業打算以1萬日元以下的價格向店鋪銷售可向貨架照明及顯示裝置供應直流電的系統,而且已有便利店及購物中心表現出了興趣。

1、從資料中心開始普及推廣

  資料中心是網路主干,為互聯網節點及其資料庫提供資料存儲,並且為每個大型公司和組織提供強大支援。而能源和冷卻需求的快速增長,以及電力成本的增加已經成為運營者亟待解決的問題。在資料中心一天24小時、一周七天不間斷的運行過程中,高密度的耗能設備應該予以特別注意。資料中心設備都會存在交流與直流多次轉換造成的電力損耗,而採用全新的直流供電方式,可極大地提高效率,有效減少能源消耗,並且可以提高可靠性,增加設備壽命。

  在典型的資料中心中,配電系統向變壓器提供480V交流電,變壓器將其降到208V交流電供給伺服器。每個伺服器內的相關設備會將外部電壓轉換成適當的電壓,而此類供電通常效率不高,而且會產生過多熱量。一般來講,每台伺服器都需要額外的大量電量對其製冷,這使機房空調系統的電力消耗劇增。更多釋放的熱能也會限制資料中心中存放伺服器的數量,如果處理不當還會影響穩定性。

  市場上的一些伺服器可以運行在直流電源上,通常是48V直流電,這也是電信業標準。採用直流供電的資料中心把高壓交流電直接轉換成高壓直流電,然後把高壓直流電降為低壓直流電。通過跳過或加強轉換的過程,該方案能夠節省20%的電力損耗。然而,因為很多設備工程師並不熟悉這項技術,在許多資料中心中,用直流電源替代傳統的交流電源的做法還沒有被廣泛採用。


  為了防止電力瞬間下降、即瞬降(或瞬停),資料中心大多都設有具備蓄電裝置的不間斷電源(UPS:uninterruptible power supply)。因此,來自電網的交流電會先經AC-DC轉為直流電進入蓄電裝置,然後再經DC-AC轉為交流電提供給伺服器等設備。在伺服器內部,又會把交流電再進行一次AC-DC轉換,變成直流電後提供給設備使用。也就是說,從電網輸出的電力要進行多達3次的交流與直流間的轉換,因此,使每次轉換的效率都達到了90%,3次轉換後仍然會損失掉約27%的電力。

  而通過將這一過程改為直流供電,便可獲得良好的效果。如果能夠利用轉換效率為90%的AC/DC逆變器在電網輸出電力時統一轉換後再供設備使用,便可大幅減少轉換損失。還有觀點認為,憑藉這些效果,“將來資料中心便可省去UPS,改為直流供電”。

  在該領域,日本企業一直比較積極,導入直流供電系統的事例日益增多。比如,伊藤忠(CTC)2008年10月啟動了採用直流供電的資料中心,並且有多家伺服器廠商開始著手備齊支援直流供電的機型。NTT集團於2008年6月宣佈,將調動整個集團的力量來推進直流供電的導入和普及。日立製作所及NEC也表示將建立採用直流供電的資料中心。

2、辦公室、工廠、家庭也將導入

  向辦公室及工廠導入直流供電的做法也在推進之中,預計今後兩三年內,將會有部分工廠等設施陸續導入直流供電系統。另外,房地產商、電子廠商及配電部件廠商的技術人員眾口一致地表示直流供電“不久將進入家庭”。

  在2009年10月6-10日舉行的“CEATEC JAPAN 2009”上,松下、TDK和夏普展出了“直流家庭樣板房”,其中包括松下電工開發的雖保留了原有交流線路但也可以採用直流的“AC/DC混合佈線系統”,以及用於低壓設備的直流插座模型。松下、TDK和夏普都認為,如果將來住宅中導入太陽能發電和蓄電池,則能夠直流驅動家庭中的很多設備,提高節能效果。

  夏普公司更為樂觀,認為低碳社會中的環保家庭應由液晶、太陽能電池、LED等主要元素構成,像液晶電視在不到10年的時間裏就成為主流那樣,通過業界努力可在今後10年內實現直流供電家庭。
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交流VS直流 UPS变革之路谁掌控?

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:38

交流VS直流 UPS变革之路谁掌控?

  UPS行业标准的主要起草人张广明,最近三年一直忙于一件事,革掉传统UPS(即交流UPS)的命。

  像是与张广明呼应,今年3月份上市的中恒电气(002364)近日发布公告,将投资5565万元超募资金用于高压直流电源系统(HVDC)产业化项目。中恒电气称,HVDC在数据业务领域替代UPS是大势所趋,2015年以后HVDC将会占领80%的UPS份额。

  果真如此,将会对今年1月份上市的科华恒盛(002335)产生影响,科华恒盛是国产UPS中的佼佼者,其绝大部分收入来自UPS。而国内UPS厂商近2000家,这些企业的饭碗也会受到影响。

  通讯行业首现革新苗头

  1939年出生的张广明毕生都在和电源打交道,自1964年毕业于中国科学技术大学自动化系计算机专业后,即在中国科学院计算技术研究所电源研究室工作,是行业资深专家,目前为中国电源学会副理事长和专家委员会主席。

  张广明还担任过多家国内外著名UPS厂商顾问,他现在仍在关注UPS行业新技术,但是他认为传统UPS存在天然缺陷。在业内专家看来,张广明是直流UPS的主要倡导者和推手。

  张广明认为,UPS产生的背景是由于电子元器件耐压能力不够,早期的计算机设备内置输入电源必须经过变压器,这就决定了计算机必须由交流电供电,而如今随着半导体器件的耐压和开关性能的提高,计算机内都采用了不带工频变压器的开关电源。

  这正是专家们推广直流UPS新理念的重要前提。中恒电气工作人员接受证券时报记者采访时也表示,HVDC可以推出是由技术进步带来的,以前终端设备都采用交流电运行,现在采用直流电亦可。

  传统UPS溃口自通信系统打开,自有原因。国内最早探索用直流UPS替代传统UPS的就是中国电信江苏分公司,通讯系统率先试用直流UPS的原因是,通讯设备是用直流48V供电,如果UPS是直流供电,可省去很多麻烦。中恒电气所生产HVDC,2009年6月份在中国电信江苏无锡公司开始试用,随后相继在江苏省扩大试用范围,目前已有50多个局站成功使用。

  2010年3月工信部在杭州召开了全国电源会议,大力推广使用HVDC。中恒电气表示,据有关行业研究机构和专家预测,2010年HVDC在三大通信运营商将开始试用推广,随后会在其他行业的数据业务领域逐步推广。

  中银国际分析师韩玲认为,HVDC在通信领域的市场潜力大,该电源可以完全取代传统的交流供电UPS。目前通信领域UPS每年新增采购额60亿左右,其中可被HVDC替代的约占70%,相同功率下HVDC的售价约为UPS的70%,目前市场上只有中恒电气、艾默生和中兴通讯(000063)进入,短期内这三家企业将瓜分这个市场。

  HVDC竞争将在商业环节

  目前正在运行的IT设备都使用交流电源运行,这是推广直流UPS所遇第一个障碍。

  山东大学教授、中国电源学会理事及交流电源专委会主任李建明认为,改变现状并不难,可以在设备出厂前安装上直流交流通用电源,为直流UPS提供运行环境。“技术上没难度,成本也不高。”李建明同时还是山东山大华天科技股份有限公司总工,一直从事电力电子技术应用研究。

  ICTresearch咨询公司总经理吕天文认为,推广直流UPS关键要看政策,在行政手段下直流UPS马上就可推开。

  李建明的一个担忧,来自直流UPS所用断路器。交流电容易灭弧,而直流电则不同,一个250伏的交流断路器,只能断开28伏的直流电,这就对断路器要求非常高,目前要求使用直流断路器的,80%由交流断路器替代,因为直流断路器贵且采购不便,需要到生产厂家定做。

  “我们做过实验,断路器无法断掉直流电,一旦起火将一直燃烧下去,直到备用电源储能耗尽,灭火器根本不起作用。” 李建明认为,这将是直流UPS不得不重视的安全隐患。不过,对于这一点,张广明告诉证券时报记者,这的确是一个值得重视的难题,但是已有解决技术。

  另外一个难题则来自市场,吕天文表示:“企业没有动力去推动直流UPS,同样是10KVA的UPS,交流UPS可以卖10万元,直流UPS只能卖6万元。”

  这也就容易理解,为何中恒电气会积极推出直流UPS,该公司是UPS行业的陌生来客。同时也不难理解,科华恒盛为何并无进入直流UPS打算。科华恒盛董秘林晓浙表示,截至目前公司还没有做直流UPS的打算,“我想两种产品各有存在空间和价值,关键看市场如何,我们还会专心做传统UPS。”科华恒盛深扎金融领域,在通讯领域优势并不明显,或是其不着急进入的原因之一。

  吕天文认为,直流UPS技术简单,一旦推广,传统UPS厂商将可很快进入,外资电源厂商如艾默生、中达电通等早已做好准备。中恒电气工作人员表示,HVDC在技术上没有壁垒,竞争将在商业环节展开。

  直流UPS优势明显

  林晓浙同时还表示,关于传统UPS是否会被直流UPS取代,业内专家尚无一致看法。

  李建明认为, 直流UPS还是一种处于试验阶段的正在探索的技术,技术上没有创新,和电力操作电源原理相似。但他坚信这种技术路线将前途光明,“纯粹从技术上看,传统UPS的技术路线是不合理的。

  技术上,直流UPS有种种优势。交流UPS是将交流电转化为直流电,然后再转化为交流电输给终端设备。而直流UPS只需要将交流电转化为直流电,直接供给终端设备。由于节省了逆变器这个UPS中成本最高,最复杂的部件,交流UPS购置成本和运营成本可降低20%-30%,总效率提高12-15%,可节电8%左右,而且更容易管理、维护。

  张广明认为,这还不是直流UPS最主要优点。“用UPS是为了防止停电,而现在UPS往往成为故障原因。”由于交流UPS结构复杂,元器件众多,很容易出现单点故障、还会出现两个谐波源,对电网和系统本身形成干扰,而直流UPS则可保证稳定性和可靠性,这对于电源要求高的数字机房和通讯系统尤为重要。

  当前UPS供电系统可靠性不高是其自身无法改变的。张广明认为,传统UPS设计方案并没有给备用电源发挥作用的充分条件,备用电源要通过UPS最不可靠的环节逆变器向负载供电,这就造成备用电源供电途径的不可靠,为让备用能源供电更可靠,UPS供电系统不断复杂化,这是造成UPS结构臃肿、效率低下的根本原因。而在直流UPS中,备用电源可直接向负载供电,备用能源本身的可靠性比在传统系统中提高30倍。

  尽管中国电信江苏公司探索使用直流UPS,但张广明认为,其设定的母线直流电压240伏并不科学,现在国际上通用的应为350-380伏。中国电信曾计划将之作为行业标准,但标准委员会并未采纳。

  张广明认为,变革过程由技术应用需要决定,直流UPS将在5-10年内替代传统UPS。

  ·链 接·

  UPS(Uninterruptible Power Supply)中文意思为“不间断电源”,能在交流输入正常或者异常时,确保负载设备稳定、可靠、不间断供电,达到稳压、稳频,抑制浪涌、尖峰等因素,保证供电电能质量。主要用于电子计算机中心、工业自动化控制中心等重要场所。

  UPS供电系统将交流电转化为直流电,然后再转化为交流电输入给用电设备,由AC/DC整流器、DC/AC逆变器、各级配电柜、各级滤波器、STS转换开关(双路供电系统用)、电池组、变压器等设备和环节组成。

  相对于近年来提出的直流UPS,传统意义上的UPS也被称为交流UPS。

  直流UPS和交流UPS一样用于确保在主电源中断时连续供电,不过直流UPS是将交流电转化为直流电,然后直接供应用电设备。相对于交流UPS,直流UPS由于减少了变换环节,其自身的效率和安全性提高,加上采取并联运行,其整机系统的运行效率得以明显提升。HVDC为高压直流电源系统,属直流UPS。

证券时报记者 向 南
来源:证券时报
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半导体制冷和直流供电技术在低碳经济中苏醒

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:42

半导体制冷和直流供电技术在低碳经济中苏醒

【产通社,12月8日】面对全球变暖的问题,以节能减碳为主题的绿色旋风正在全球飚升,这不仅吹开了大家的环保意识,也唤醒了沉睡多年的一些半导体技术,例如半导体制冷和直流供电技术。

  其中,直流供电技术可追溯到19世纪80年代。当时,著名发明家爱迪生(Thomas Alva Edison)为了向白炽灯等供电,曾提出直流供电方式。但是,特斯拉(Nikola Tesla,其人名被用于磁通量密度单位)和美国西屋电气(Westinghouse Electric)提出的交流供电方案最终成为全球标准,主要理由是交流方式在长距离大规模送电时可轻松升降电压。然而,时光流转百年后,在短距离送电用途以及廉价使用高効DC-DC转换器成为现实的推动下,直流供电重新引起了人们的关注。

  仔细观察了一下身边的电视、个人电脑、电话、打印机、手机、游戏机及便携音乐播放器,发现我们身边的电器其实都使用直流电工作,就连洗衣机、空调、荧光灯等产品也开始配备逆变器,这些产品也都是先将交流转换为直流,然后再调制为高频交流。但是,目前的交流供电系统在工作时先向各个设备供给交流电,然后再通过各个设备配备的AC适配器等AC-DC逆变器转换成直流电,转换效率大多只有80%左右,而且有的设备还会反复进行交流到直流、直流到交流的转换,其转换损失就更大。因此,如果将电网电力先用高效AC-DC逆变器统一转换成直流电,然后再向各个设备供电,可提高省电效果。

  目前,日本企业导入直流供电系统的事例日益增多。比如,伊藤忠技术解决方案(CTC)2008年10月启动了采用直流供电的数据中心,并且有多家服务器厂商开始着手备齐支持直流供电的机型。NTT集团于2008年6月宣布,将调动整个集团的力量来推进直流供电的导入和普及。日立制作所及NEC也表示将建立采用直流供电的数据中心。

  另一项日益受到关注的技术是半导体制冷,又称电子制冷,或者温差电制冷,这是与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷技术。半导体制冷是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,它利用特种半导体材料构成的P-N结,形成热电偶对,产生珀尔帖效应(Peltier Effect),即通过直流电制冷的一种新型制冷方法。

  据新华网报道,深圳博利昌数控设备有限公司目前已经研制出一种不用制冷机、比现有压缩机空调节能20-40%的冷杉半导体节能环保空调,这是半导体制冷技术首次大规模应用于民用空调,博利昌公司也建成了世界第一条民用大功率半导体空调生产线,有望在2010年实现产业化生产并大规模投放市场,届时将成为中国空调行业未来的发展方向之一。(Lina WU,产通网行业观察员)

Lina WU,产通网行业观察员
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基于直流供电和物联网的联想

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:45

基于直流供电和物联网的联想

1、家庭直流供电

大家如果细心,会发现我们家庭用的绝大部分电器其实都是由交流电变换成直流电再支持电器工作。目前,一般民用电源部分的转换效率不高,约60%~90%,75%可能是个比较合理的中间值。25%的电能被耗损掉了,也就是说你交的电费的1/4是白交的(当然完全没损耗也不可能,要降到10%以下成本会比较高)。直流供电就是意味着家庭省钱了,也时尚地减排了。

直流供电一般会提供的是安全电压,目前业界以5V、12V、24V、48V为主,保证了用电的安全,基本排除无意中触电受伤的意外。

直流供电会大大改变现在用的电器的体积,轻薄小体积的电器无形中加大了家庭室内的有效使用面积;并且以前因种种问题而不能在家庭应用的产品也可以导入或者普及,如用直流电机驱动的各种智能执行器、迅热水器等。另外,直流供电也可以降低各路电子产品、材料的绝缘等级,进一步降低产品的购买价格,又间接减排了。就连很火爆的LED照明也可以很简单就进入家庭(如果Power LED大降价的话)。

2、家庭交换路由实现家庭物联

现在的交换路由技术已经能成功完成家庭的网络接入和交换。可以看到,基于光纤或者同轴的高带宽家用接入设备已面市,而Wi-Fi、WiMAX、蓝牙等短距离无线交换也有大量应用。不难看到,上网、TV、电话已经都可以经由一个网络接入路由,而家庭电器和水电气、供热等需要抄送数据和状态监控的要求,也都可以通过路由得到联通。当然,家庭的安防也比较实现。目前只有部分电器具有网络通讯功能,水电气热的计量装置基本没有无线的通讯功能。

3、PoE家庭应用

PoE支持500mA左右直流供电,使得小功率的各种有通讯要求的电子产品可以很方便的接入网络并进行正常工作,最可能的是各种测量、检测的传感变送器和小功率的执行器。

4、家庭数据处理

可以形象的理解,以上三者已经完成了机体的感觉、动作、能量供应和信息传达,还差个大脑。可能演变的有几种方式:路由升级提高计算功能、单独有计算单元、智能电器分散计算、网络托管计算等。

想来,一个新宅,应该是水电气热(冷)网全通全联才对头。

一个懒人,最开心的就是进门什么都不管,出门家里也放心,钥匙也不用带。现在看来,其实已经可以实现,有一定实力的家庭也可以消费得起。奈何改造成本很高,分摊下来费用还是很吓人的,又缺少法律政策的支持;不过仔细想想,基于这种架构的营利模式还真有不少,好像还可以向水电气热等机构收服务费信息费,这么大的基数赚钱还是不难的。

不幸,我就是个懒人,只能想想,特别是不带钥匙又放心的感觉真好。。。。。。

董晓
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杨兆华教授与他的光伏发电创新事业

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:48

杨兆华教授与他的光伏发电创新事业

摘要: 杨兆华教授长期致力于现代电力电子技术在大功率开关电源、逆变电源、分布式风力发电、光伏发电、电力系统电能质量控制等方面的应用研究,在这些方面有着非常突出的研究实力与成果。有7项科研成果通过省级鉴定,获市厅级科技进步奖6项。先后成功为国内企业开发产品十多项,取得经济效益人民币亿元以上。

  杨兆华教授,佛山科学技术学院机电与信息工程学院副院长,硕士研究生导师,校重点学术方向“电力电子与运动控制”学术带头人。1986年毕业于华中理工大学,并留校任教。1994年调入佛山科学技术学院任教至今。1998年至1999年间曾在英国Stafford大学进修。目前担任的学术职务有:全国电力电子标准化技术委员会委员,全国电力电子标准化技术委员会逆变电源分委会委员,广东省电气商会副会长,广东省自动化学会常务理事,佛山市电机工程学会副理事长,佛山市自动化学会副理事长兼秘书长等。

  杨兆华教授长期致力于现代电力电子技术在大功率开关电源、逆变电源、分布式风力发电、光伏发电、电力系统电能质量控制等方面的应用研究,在这些方面有着非常突出的研究实力与成果。有7项科研成果通过省级鉴定,获市厅级科技进步奖6项。先后成功为国内企业开发产品十多项,取得经济效益人民币亿元以上。另外,还先后成功开发了“AKB-400W稳频稳压电源”、“ABY4005三相逆变电源”等多个军用产品,其中“AKB-400W稳频稳压电源”被驻港部队应用,赢得了很高的赞誉。近年来,他主要致力于小型直驱式风力发电、太阳能光伏发电新能源方面的应用研究。

  笔者:杨教授,据我们了解,近年来您和您的团队一直致力于太阳能光伏发电应用方面的研究,成果显著,有多种类型的具有自主知识产权的光伏发电系统被研制出来并成功投入示范运行,您可以说是这方面的权威专家。首先想请您给我们读者简要介绍一下光伏发电方面的知识。

  杨兆华:利用太阳能发电主要有两种形式,一种是所谓的集热式太阳能发电,它的发电原理是将太阳光以反射镜加以集中,借助集中太阳能所产生的高热来使水汽化产生蒸汽,进而推动涡轮发电机发电;另外一种就是大家熟知的光伏发电,它是利用光伏电池将太阳辐射能直接转换为电能,然后利用电力电子技术对光伏电池板产生的电能进行相应的变换和控制后提供给用户使用。

  从目前世界各国来看,研究和应用最多的还是光伏发电。在光伏发电应用方面,主要有三种形式:①在日照比较丰富的地域建立专门的大型光伏发电站或厂,通过并网向电力系统输送电力;②以家庭或某一特定的小区为单位,建立小型联网型的太阳能发电系统,如1997年美国前总统克林顿宣布倡导的太阳能“百万屋顶计划”,德国的“10万屋顶发电计划”和日本的“阳光计划”等;③在无电地区如偏远农村、哨所等,建立的小型离网型独立发电系统,由于这种系统为独立系统,需通过蓄电池储能方式来保证用户的持续供电。

  笔者:比起其他能源,太阳能光伏发电有哪些独特的优势呢?

  杨兆华:目前可供人类利用的可再生能源主要有生物质能发电、水能发电、风能发电和太阳能发电,从本质讲,前三种能源实际上都是太阳能的某种转换形式和转化环节,其根本还是来源于太阳辐射产生的能量。综合来看,对资源条件尤其是土地资源方面的要求,生物能和风能是很苛刻的,而太阳能则很灵活。打个比方,如果太阳能发电要占用土地面积为1的话,风能是太阳能的810倍,生物质能则达到100倍,而水电,一个大型水坝的建成往往需要淹没数十到数百平方公里的土地。此外,太阳能光伏发电实际上不需要占用额外的土地,屋顶、墙壁都可以成为其应用场所,另外还可以利用我国广袤的沙漠地区。就转换环节来说,光伏发电是转换环节最少的,利用最直接的。一般来说,在整个生态环境的能量流动中,随着环节的增加,转换链条的拉长,能量的损失将呈几何级数增加,同时也增加了系统的运作成本和不稳定性。因此,从这个角度来看,太阳能光伏发电是我们目前可以使用的能源中一次性转换效率最高、使用最简单、最可靠和最经济的新能源。

  笔者:我国光伏发电产业的现状怎样,与发达国家相比水平如何?

  杨兆华:我国的光伏发电自上世纪70年代起步,经过三十多年的努力,已迎来快速发展的新阶段。特别是近年来在节能减排政策的带动和驱使下,我国的光伏产业迅猛发展。目前全国光伏发电系统累计装机容量10万千瓦以上,从事太阳能电池生产的企业达60余家,光伏电池生产能力达到290万千瓦,超过日本和欧洲,光伏电池产量突破109万千瓦/年。但是总体来看,我国的光伏发电与国际先进水平相比仍有较大差距。

  笔者:请杨教授给我们读者简要介绍一下你自己开发的几种光伏发电系统的特点和基本情况吧。

  杨兆华:这几年来,我和我的团队以佛山市三众电气自动化有限公司为研发基地,专注于现代电力电子技术在小型风力发电、光伏发电中的应用研究,先后为佛山市三众电气自动化有限公司成功开发出小型风力发电、光伏发电用离网型、并网型逆变器和相关的控制器等多种产品,并针对不同的应用领域成功开发出“家庭低压并网型光伏发电系统”、“家庭低压并网型风光互补伏发电系统”和“家电用光伏直流发电系统”等新能源发电系统。

  家庭低压并网型光伏发电系统主要由光伏电池组件、并网逆变器和接入电网控制系统箱等三部分组成,其核心部件为光伏并网逆变器。目前国内很多光伏发电示范系统其控制器和并网型逆变器大多数都是进口的。我们开发的光伏并网发电系统其控制器和并网逆变器都是自己独立开发的,具有自主知识产权。我们开发的这种系统的最大特点在于能与家庭低压电网并网,能实现当太阳能发电量不能满足家庭用电需求时,可以由电网进行补充供电,以确保家庭的稳定供电;而当光伏发电量过剩时,又可将多余的发电量送回电网,以确保再生能源的最大化利用。另外,当电网因故障出现停电时,又可由太阳能独立供电。系统特别适用于独立式居住的家庭,如城市别墅区、农村家庭,对于城市居民小区,居住在顶楼的住户或私家阳台较大的家庭也较合适。城市小区公共发电站,则可安装在城市小区公共部分,接入小区的公用电房,作为小区公用电使用。而政府部门、企事业单位办公大楼发电站,集中安装在办公大楼的顶层,作为公用电接入大楼低压配电柜中。

  家庭低压并网型风光互补伏发电系统则是将太阳能光伏发电技术和风能发电技术两者结合起来,构建一种小型风光互补模式的并网型新能源发电系统。该系统的优点在于能很好地解决单独风电和光伏发电不稳定的缺陷。单独的太阳能或风能系统,由于受时间和地域的约束,很难全天候利用太阳能和风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性,白天光照强时风小,夜间光照弱时,风能由于地表温差变化大而增强,太阳能和风能在时间上的互补性是风光互补发电系统在资源利用上的最佳匹配。另外,该系统为并网型发电系统,能实现当风电和光伏发电量均不能满足家庭用电需求时,可以由电网进行补充供电,以确保家庭的稳定供电;而当风电和光伏发电量过剩时,又可将多余的发电量送回电网,以确保再生能源的最大化利用。还有,当电网因故障出现停电时,又可由太阳能或风能独立供电。

  笔者:杨教授,那您刚才提到的家电用光伏直流发电系统又是怎么回事呢?

  杨兆华:家电用光伏直流发电系统是我们受广东美的电器股份有限公司的委托,针对变频类家用电器专门开发的一种直流输出型太阳能光伏发电系统。如果采用前面提到的交流输出光伏发电模式,由于光伏发电输出的交流电进入变频家电后,在内部还要经过一个交流变直流的环节,这样从光伏电能的利用效率来看不是最有效方式。如果能将变频家电改为直流供电模式,省去光伏发电系统中的逆变环节和家电中的交流整流环节,光伏电能的利用效率会大大提高。目前这种系统我们已开发成功,其示范系统已在美的公司成功投入运行。

  笔者:杨教授,您下一步在光伏发电应用研究方面还有哪些新的打算,能谈谈吗?

  杨兆华:我们目前正在和佛山高新产业园区合作开发一种新型车载式移动新能源发电系统。本项目旨在将太阳能光伏发电技术和风能发电技术两者结合起来,构建一种车载移动式小型风光互补模式的新能源发电系统,用于山区、草原、戈壁沙漠、海岛等各种环境中的电力能源供应,也可在越野、探险、旅游、应急供电保障和抢险救灾中使用。该系统目前正在研制中,估计2010年下半年就可以研制完成。

  笔者:杨教授,最后请您给我们展望一下光伏发电的未来前景吧!

  杨兆华:由于光伏发电具有很多其他能源难以企及的特点和优势,我相信未来光伏发电产业的前景是非常广阔的。在世界太阳能大会期间发布的《中国光伏发展报告》指出,中国太阳能光伏发电发展潜力巨大,到2030年光伏装机容量将达到1亿千瓦,年发电量可达到1300亿瓦时,建筑并网光伏系统和大规模光伏荒漠电站这两种形式将逐渐成为中国光伏市场的主流。

来源:中国发明与专利
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索尼公开演示蓄电池驱动“直流电视”

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:54

索尼公开演示蓄电池驱动“直流电视”

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索尼开发的家用蓄电池单元和52英寸的直流电视等。

  索尼在2010年10月5~9日举行的“CEATEC JAPAN 2010”上,公开了提取蓄电池中存储的直流电力,直接驱动支持直流的电视的演示。

  演示中使用的蓄电池是索尼2010年6月发布的正极材料采用磷酸铁锂(LiFePO4)的锂离子充电电池“橄榄石电池蓄热模块”(参阅本站报道)。该电池的容量为1.2kWh,安装有直流(DC)输出、交流(AC)输出以及各种输出控制用电路等,是面向家庭用途的单元。

  演示中使用的电视对现有的52英寸电视进行了改造,使其支持直流。另外,蓝光光盘播放器以AC驱动。(记者:野泽 哲生)

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配备7块1.2kWh锂离子充电电池单元的“橄榄石电池蓄电系统”。计划用于在数据中心取代UPS,以及在充电站和地区蓄电系统等中利用。
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奇美电子公布参展内容,包括只需USB连线即可驱动的23.6英寸液晶显示器

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:55

奇美电子公布参展内容,包括只需USB连线即可驱动的23.6英寸液晶显示器

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图1:奇美电子开发的厚6.4mm的23.6英寸液晶显示器

  台湾奇美电子(CMI)发表了预定在2010年11月10~12日于幕张MESSE国际会展中心举行的“FPD International 2010”上展出的显示器技术。

23.6英寸显示器耗电不到9W

  在10英寸以上大尺寸产品的展品中,奇美定位于主打项的是耗电量只有9W以下的23.6英寸液晶显示器。预定在展会上进行只需由USB连接线供电即可显示影像的演示。顺便提一句,在同类概念的试制品方面,韩国三星电子曾在“SID 2010”上展出过耗电量为6.3W的18.5英寸液晶显示器(参阅本站报道)。

  在三维(3D)显示器方面,奇美电子预定展出46英寸和23.6英寸两种试制机型。均以串扰(左眼用影像与右目用影像混杂的现象)低为卖点。46英寸产品在3D影像的显示上采用“主动快门方式”。驱动频率为480Hz,配备瑞面照光型LED背照灯。

  在大尺寸产品方面,除上述产品外该公司还将展出厚度仅为6.4mm的23.6英寸液晶显示器。计划2011年上半年量产。

白色+CF方式的有机EL

  在中小尺寸产品方面,奇美电子将展出3.2英寸和3.5英寸两种有机EL面板。均采用白色有机EL材料与彩色滤光片(CF)组合的方式。器件构造采用从TFT基板相反一侧将有机EL元件的光提取出来的顶部发光型。

  在液晶面板方面,该公司将展出显示区域的周围部分即边框宽度仅为0.8mm的试制品。尺寸为4英寸,分辨率为960×540像素。主要用于智能电话及数码相机等,计划2011年下半年量产。

  此外,奇美还预定展出面板内部具有触摸传感器功能的“In Cell”型2.8英寸液晶面板,以及在像素内形成存储电路,实现低耗电化的2.65英寸和5.3英寸液晶面板等。(记者:佐伯 真也)
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三星电子只需由USB线连接到个人电脑机身上的液晶显示器

帖子pvtool » 2011年 11月 26日 21:59



三星电子只需由USB线连接到个人电脑机身上的液晶显示器

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图1:开发品。标有“Only USB Line”的字样。

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图2:采用了分岔成两部分的USB2.0连接线。

  韩国三星电子开发出了功耗仅为6.3W的18.5英寸液晶显示器,并出展“SID 2010”。三星电子在展区中进行了只需以USB2.0连接线连接,液晶显示器便可仅以来自个人电脑的电力工作的演示。该公司解说员表示,“我们希望在2011年量产用于台式个人电脑的液晶显示器”。

  三星电子通过提高面板的透射率和背照灯的发光效率来降低功耗。据介绍,新产品所使用的面板为TN模式,透射率为7%左右。关于采用的旨在提高透射率的具体技术,该公司解说员表示“不方便回答”。

  该液晶显示器的背照灯光源采用LED。属于在面板侧面配置LED的边缘发光型。据悉,与现有的液晶显示器相比,新产品采用了效率更高的LED。但新产品寿命低至3万小时,而现有产品为5万小时。

  新开发产品的像素数为1366×768。亮度为250cd/m2,对比度为1000比1。(记者:佐伯 真也)
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