微电网 - 脱离公共电网的高效选择

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。

潜在的环境效益、成本节约、在停电情况下维持运转的能力是推动人们对微电网感兴趣的关键因素。不过该技术的采用取决于越来越多地使用宽禁带半导体所带来的高效功率转换电子技术。在这里，我们将探讨使用碳化硅或氮化镓的宽禁带半导体如何提供微电网电力效率解决方案。

利用微电网优化电力使用并实现成本节约

电动汽车

我们中许多拥有电动汽车的人不得不考虑充电问题 — 重点在于节约能源，所以微电网从当地可再生能源中获取电能绝对符合时代精神。电动车电池是一种大型充电负载，所以一个精心设计的系统将首先使用多余的本地能源，然后再使用最便宜费率时间段的公共电力。但如果你真的脱离了公共电网，而且不出远门，汽车可能会长期闲置。这时公共事业公司会付钱给你，鼓励你在需求高峰时将部分能源返回给主电网，以实现电力负载平衡。请记住，你将需要一个双向充电器来实现这一点。

社区微电网的安装

微电网也适用于有独立电源的社区，在各个家庭之间共享和计量电力。这些微电网可以并网，也可以在公共电网遥远或根本无法获得时完全以“孤岛”方式运转，例如在发展中国家。/p>

更大规模的安装

更大规模的安装也可以从微电网中受益。医院、数据中心、工厂和军事基地拥有诸多优势，比如停电时的恢复能力、更便宜的本地电源以及越来越多地通过网络来防止网络攻击。在这些微电网中，为了尽快获得投资回报，让系统智能化至关重要。当微电网的运行与整个设施的效率举措，如工厂的工业物联网 (IIoT) 相结合时，才能实现最高效益。随着整体的优化、互连，并且能够应对停电状况，生产力就会进一步提高，能耗和成本也会降低。

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。

分散式发电

分散式发电是一个确定的趋势。它可以充分利用当地的可再生能源，提高生态恢复能力，并降低消费者的总体成本。随着越来越多的人居家办公，给笔记本电脑供电并保持工作效率也是一个优先事项。宽禁带半导体开关技术是实现上述目标的关键。

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。

审核编辑：郭婷