直流照明將如何接管照明行業(yè)？

直流照明是指使用直流 (DC) 電力來照明直流照明燈具（如 LED 照明）。用于照明的直流配電系統(tǒng)的一個很好的例子是 PoE（以太網供電），它將交流 (AC) 電源轉換為直流電源，并將其分配給直流照明。

直流照明的交流電源問題

LED 燈具等直流燈應通過直流電源提供直流電。不幸的是，他們通常得到的是交流電（因為電網分配交流電）。這意味著 LED 燈具和其他直流照明需要將獲得的交流電源轉換為所需的直流電源。執(zhí)行這些交流到直流轉換的整流器效率相當?shù)?，每次打開燈具時通常會浪費高達 20% 的能源。

這些能量以熱量的形式被浪費，如果驅動器是集成的，這尤其會影響直流燈具。當集成 LED 燈具的驅動器時，LED 及其整流器（位于驅動器內部）非?？拷?。因此，當能量通過效率低下的整流器以熱量的形式浪費時，散發(fā)的熱量與實際設備非常接近，使得帶有集成驅動器的 LED 燈具更容易出現(xiàn)熱失控引起的問題。

熱失控是當集成驅動器效率低下所發(fā)出的熱量開始磨損設備時發(fā)生的一種現(xiàn)象，在正反饋循環(huán)中造成更多效率低下。這最終會加速帶有集成驅動器（和整流器）的 LED 燈具的老化。

其結果是：

?使用交流電為照明供電的問題不在于交流電本身，而在于用于直流照明應用時更是如此。

交流電在 20 世紀初電力廣泛使用之初就迎來了它的輝煌時刻。當時，白熾燈實際上是唯一的選擇，盡管白熾燈發(fā)出的能量中只有大約 2% 被用作可見光，而其余 98% 的能量都以熱量的形式浪費了。與當時的大多數(shù)電氣設備類似，白熾燈使用交流電源。因此，將空調分配給家庭和建筑物是合適的。

然而，現(xiàn)在，在使用帶有直流電機的電動汽車和 HVAC 設備的家庭中，直流消耗約占總電力負載的 74%。事實上，每一個使用電池或有屏幕的設備都需要直流電源。考慮一下您的筆記本電腦、手機、平板電腦、相機以及其他所有可以被視為數(shù)字的東西。盡管我們的大多數(shù)日常設備都需要直流電，但配電系統(tǒng)與大約 100 年前基本相同，并且仍然分配交流電。

當然，在電流之戰(zhàn)中選擇交流電而不是直流電還有更多的技術原因。

為直流照明分配直流電源的好處

LED 是當今最高效的照明選擇，通常將約 95% 的消耗能量轉化為可見光，僅約 5% 的消耗能量以熱量形式浪費。如前所述，通過向 LED 照明提供所需的直流電源，可以使其更加高效，這樣就不需要低效的交流到直流轉換，這也可以最大限度地減少熱失控，從而最大限度地延長 LED 燈的使用壽命。此外，將直流電源分配給直流照明還有更多好處。

1) 消除低效的交流到直流轉換：如前所述，當 LED 燈具接收交流電源時，它們需要將交流電源轉換為直流電源。將交流電轉換為直流電是由燈具驅動器內的整流器執(zhí)行的。如果集成該驅動器，則低效率會以熱量的形式散發(fā)，從而加熱燈具的電子設備。這些熱量會磨損電子設備，使它們效率更低，這意味著會散發(fā)出更多的熱量，并且電子設備會加速磨損。這種正反饋循環(huán)稱為熱失控。將直流電源直接分配給 LED 照明可以消除對這些低效整流器的需求，從而通?？梢詫⒅绷髡彰鞯哪芎慕档图s 20%。它還允許 LED 照明在其 LED 芯片的整個使用壽命內持續(xù)運行，通常約為 100000 小時。

2) 由于熱失控導致的驅動器性能惡化最小化，提高了直流設備的可靠性：為了跳出上一點，直接分配直流電源的 LED 的使用壽命更長。這樣做的兩個具體好處是 LED 燈具不需要經常更換，而且不會閃爍。

3) 最節(jié)能的設備通常需要直流電源才能運行：分配直流電源可以支持節(jié)能技術的擴散，因為它們通常需要直流電源才能運行。以下是針對三個不同市場的節(jié)能選項的一些示例。其中每一個都需要直流電源：

4) 智能系統(tǒng)和設備通常需要直流電源才能運行：世界正在轉向更智能的手機、冰箱、門鎖、電視、汽車等，使用智能設備和系統(tǒng)時存在巨大的節(jié)能機會。例如，您可以根據(jù)自然光的可用性（日光采集）自動調整照明亮度，如果電動窗簾也實現(xiàn)自動化，則可以節(jié)省高達70% 的照明。這些系統(tǒng)中使用的智能燈泡和燈具通常是 LED，因為它們比熒光燈具有靈活性和能源效率優(yōu)勢。因此，智能系統(tǒng)中的照明通常需要直流電源。此外，智能設備是數(shù)字設備，因此使用半導體，而半導體也需要直流電源才能運行。

5）接觸直流電源的危險性較?。?/strong>由于交流電源的性質，它可以更容易地與通過穿透我們的皮膚（皮膚是一種具有電阻、電容和電感特性的絕緣體）來攻擊我們的神經系統(tǒng)。另一方面，直流電在某些電壓下仍然很危險，但不能輕易穿透我們的皮膚，因為它沒有頻率，因此會被我們身體的電容阻擋。因此，在相同電壓下，交流電的安全性不如直流電。

6）直流照明可以成為太陽能等可再生能源擴散的順風車：使用直流電的設備越多，對直流發(fā)電的需求就越大。雖然水力發(fā)電、核能和燃煤發(fā)電廠等傳統(tǒng)能源產生交流電，但太陽能等更多可再生能源產生直流電。當產生交流電但需要將其轉換為直流電時，需要大型整流設備，這會導致傳輸成本極高。降低該設備成本的一種方法是直接利用太陽能產生直流電。

目前，存在阻礙太陽能大規(guī)模發(fā)電的技術挑戰(zhàn)。例如，存儲和電壓調節(jié)技術尚未達到可以生成、存儲并在必要時降壓高壓直流電的程度。進一步解釋一下，交流電源與變壓器兼容，而直流電源則不兼容。變壓器是可以根據(jù)電壓要求輕松升高或降低電壓的設備，并且它們還可以隔離電力以確保安全。

為了在傳輸系統(tǒng)中使用直流電，必須使用整流器將直流電轉換為交流電，然后再升壓或降壓（使用變壓器）。然后它可以轉換回直流電。因此，根據(jù)事后是否需要將交流電轉換回直流電，HVDC 傳輸中需要 1 - 2 個大型整流器。由于直流電流經電纜的效率很高，因此這種額外設備的成本通常是合理的，但僅限于“收支平衡”距離（約 600 公里）。

目前，直流電可以更實際地以更小的規(guī)模產生和分配。在學校和辦公室等建筑物的屋頂上常見太陽能電池板。這些直流微電網可持續(xù)供應能源，還可以為 LED 照明等直流設備提供所需的直流電源。如果更多的人決定將直流電分配給他們的直流照明，這可能是推動太陽能等可再生能源擴散的驅動因素之一，即使它目前僅用于小規(guī)模發(fā)電。

盡管大規(guī)模直流發(fā)電和輸電面臨挑戰(zhàn)，但小型直流配電最近取得了長足進步。

交流電源和直流電源之間的本質區(qū)別

也許你想知道交流電源和直流電源之間有什么區(qū)別。二者之間的根本區(qū)別在于電流的流動方向；直流電源在電壓與時間關系圖上以直線路徑傳輸，而交流電源每秒交替極性 50 - 60 次。這給交流電提供了頻率，而頻率會帶來負面和正面的結果。

一方面，具有頻率意味著交流電與變壓器兼容，這通常使得升壓以進行長距離傳輸變得便宜。事實上，這就是電流之戰(zhàn)最終選擇交流電源的原因。另一方面，頻率使其比直流電源更容易產生線路損耗。由于直流電源沒有頻率，因此除了某些類型的電阻性線路損耗外，它不易產生任何線路損耗。這使得在盈虧平衡距離達到 600 公里（如前所述）后使用高壓直流輸電系統(tǒng)更加便宜。

總結

總之，為直流照明提供所需的直流電源是一種因其效率等優(yōu)點而迅速受到關注的方法。白熾燈泡等交流照明的效率明顯低于 LED 等直流照明，而向直流照明提供交流電源會使直流照明的能源效率降低。使用直流微電網或其他形式的直流配電消除直流照明中的交流到直流轉換，可以提高能源效率，并最大限度地減少熱失控。這不僅可以節(jié)省成本，還可以通過最大限度地減少照明能源浪費，為更加可持續(xù)的未來做出貢獻。

同樣依賴直流電源的智能照明的興起，進一步凸顯了直流照明的優(yōu)勢，可實現(xiàn)先進的控制、自動化和能源管理功能。此外，直流照明可以作為可再生能源發(fā)電的順風車，特別是太陽能。由于太陽能電池板產生直流電，將其與直流照明系統(tǒng)結合使用可以簡化整體能源基礎設施，并促進清潔和可再生能源的利用。隨著我們邁向更綠色、更智能的未來，直流照明在改變我們的空間照明方式方面擁有巨大的潛力。

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