居民直流供電技術及經濟性探討

蘇文

摘要：目前將家庭之中部分的電路，更改為低壓直流供電的方式，會更加符合我國絕大多數家庭的經濟以及住房的水平。該方式不僅能夠將居民意外觸碰到工頻交流電壓，而出現傷害的風險降低，還可以節省部分家庭因為安裝太陽能發電設備，需要配備直流逆變器的經濟成本;除此之外，還能夠提高電能的使用效率，將家中各類的家用電器制造成本進行降低。而當外部電網的電源出現事故，出現供電中斷的時候還可以保障家庭之中一些重要設備的用電不受影響，從而將家庭用電的可靠性進行提升。本文對于目前我國低壓直流供電技術研究方向進行分析，探究居民家庭中使用低壓直流供電的意義，最后進一步了解居民家庭中使用低壓直流供電社會效益，希望可以進一步推動我國低壓直流供電技術的發展。

關鍵詞：居民家庭;直流供電技術;經濟性效益

中圖分類號：TM72文獻標識碼：A

目前我國家庭中供電方式中最為廣泛的，便是220V50HZ的工頻交流供電方式，其存在較多的優勢，例如可以選擇利用變壓器進行升壓，是電能可以在更高效率的情況下，大規模地運輸到遠距離的負荷中心之中;但是也存在一定的問題，比如當居民無意中接觸其時，便會導致因為受到電擊而受傷甚至死亡;或者在外部電網出現停電時，蓄電池等備用電源可以提供的電力供應可靠性較差。因此其并不適合在家庭中使用。而低壓直流供電方式，其能夠直接在低壓直流電路之中的蓄電池組進行并聯，或者選擇和太陽能光伏電池進行連接，使居民家中的用電設備的運行不會出現間斷情況，解決由于交流供電方式而帶來的可靠性問題。

一、目前我國低壓直流供電技術研究方向

（一）降低直流用電設備的能耗

當前我國低壓直流供電技術的研究方向，主要為降低直流用電設備的能耗，即LED發光技術，其主要是以半導體技術作為基礎，或者選擇CPU制造技術。就現階段的情況分析，LED發光技術的使用范圍較為廣泛，這主要是因為相對于節能熒光燈來說，其節能效果會高出一倍之多，使用壽命則會高出近十倍左右[1]。而如果可以將其代替其他高耗能的照明技術，可以實現較高的節能效果。現階段由于智能電器的普及性，因此在我國家庭中，使用CPU的數量也在不斷地增加，從而也可以達到耗降低的效果。

（二）提高二次電池的存儲能力以及工作效率

目前在進行二次電池研究時，最主要的方向便是要將成本降低，從而使電池的使用壽命得到延長，并且可以使其性能得到提高。而在這之中，降低成本和將使用壽命延長，是對于目前現有的技術進行完善以及改革。比如對于鉛酸蓄電池技術，進行相應的研究優化，從而將該電池技術的壽命進行延長。而進行性能提高，最主要的研究是對于一些新興的材料，或者技術進行研究[2]。

（三）高效率產生低壓直流電

當前我國可以直接產生直流電的有以下幾種：第一，對其他電源完成轉換;第二，使用一次電池;第三，直接產生直流電的各類發電設施。需要注意的是，在這幾種方式之中，一次電池是因為化學反應出現直流電，這會導致其成本增高，并且出現一些環境問題[3]。除此之外，由于我國目前氫電池研究技術依舊存在較多的問題，因此價格相對較為高昂，性能也無法保持穩定，在進行推廣時會比較困難。因此目前我國進行研究時，最主要的一個方向，便是要使用新興技術，將其他的電能轉化成為直流電，從而實現工作效率的提升;或者研究出可以低成本并且具有可靠性的直流發電設備。

二、居民家庭中使用低壓直流供電的意義

（一）居民家庭中使用低壓直流供電可以實現節能減排

1、低壓直流供電能夠降低家用電器的能源消耗

居民在家庭中所使用的電器絕大多數都是低壓直流電，因此一般情況下在家里需要配備一套降壓整流設備，才能將家中的工頻交流電轉變為可供家用電器使用的低壓直流電。而在這一過程之中，便會由于轉換的過程而出現相應的能源損耗。而如果家中安裝的為低壓直流電，進行統一化的供電，那么便可以節省資源損耗[4]。特別是現階段我國很多的電器，在保持待機的狀態下，其實該電器本身所進行消耗的電能并不多，但是由于轉換的原因，其配套所消耗的電能卻較多，因此即使在待機的狀態下，導致其依舊消耗大量的電能。

2、低壓直流電供電可以提高LED照明系統的工作效率

當前LED發光技術發展速度不斷加快，相較于性價比較低的節能熒光燈，使用LED照明燈具會達到更好的節能效果，據計算，如果將LED燈具替代交流節能熒光燈，居民每年平均可以節省近40元。除此之外，相對于交流節能熒光燈，LED燈具的使用壽命更長達10倍之多，并且二者價格相似，在使用的過程中，會為用戶節省更換燈具的成本。

而LED燈具其內部工作，主要是根據低壓直流電通過半導體進行工作，因此如果是使用工頻交流電壓，便需要為相應的LED照明燈具，其配套相應的輸出電壓，以此來實現將整流電路進行降低的效果。并且為了能夠及時發散其工作的熱量，在必要時便需要將LED燈具的體積進行增加，便會導致燈具外殼材料和包裝材料有所浪費[5]。

（二）居民家庭中使用低壓直流供電可以提高用電過程的安全性

現階段我國最為普遍一種應用便是工頻交流電，這主要是因為，其在進行大型旋轉電機的發電中較為合適，并且會在進行遠距離傳輸大容量電能的時候，可以更加方便地升降電壓。但是在家庭日常使用時，如果人們十分容易會因為觸電而受到傷害，甚至死亡。因此從安全角度來看工頻交流電并不適合在人們日常生活的環境中使用。由于我國的經濟發展還存在不均衡的問題，所以我國很多家庭，都還處于老舊的房屋，其中布置的電線也較為簡單，工作人員沒有定時對其進行檢查，并且將已經受損的線路進行更換，導致存在較多的安全隱患問題。但是如果選擇使用直流供電方式，其在使用過程中，只需要利用兩根線，便可以保障安全。即使人們有時直接觸碰到帶點的低壓直流電極的時候，也不會出現人身安全問題。因此可以說使用低壓直流供電方式，最主要的一個優勢便是安全性比較高[6]。

（三）居民家庭中使用低壓直流供電可以提高可靠性

在當前居民日常的生活之中，經常會出現，由于當地的電網需要檢修，或者出現故障，或者居民自身由于沒有及時繳費而出現停電的問題。而在停電的時候，便會使居民的室內無法照明，以及需要電能運行的設備工作出現停止現象。而這在某種程度上會使居民出現精神恐慌，以及經濟上的損失。因此現階段供電方案，最科學可靠的便是要選擇使用低壓直流供電系統[7]。如果使用該系統，在停電之后，低壓直流供電方式，其能夠直接將低壓直流電路之中的蓄電池組進行并聯，或者直接將太陽能光伏電池進行連接，實現用電的設備可以持續性的運行，而不會出現間斷，解決由于交流供電方式而帶來的可靠性問題。

三、居民家庭中使用低壓直流供電社會效益

（一）居民家庭中使用低壓直流供電的環保效益

近些年，我國大部分的家庭，在使用的過程中，最常見、數量最多，以及使用效率最高的就是照明燈具。因此在居民的家庭之中，選擇使用低壓直流供電，不僅能夠將LED照明燈具的價格進行降低，還可以將燈具的實際使用壽命進行延長，這主要是因為將原本交流供電LED燈具之中的降壓整流部分有所節省[8]。除此之外，交流電轉化為低壓直流電的能轉換環節的取消，使用低壓直流供電的照明燈具，會具備更高的發光效率。另外，低壓直流電的照明燈具，相對于其他的燈具來說，價格會更加低廉，使用壽命卻比其更長，所以在該類節能照明燈可以得到普及的時候，會帶來巨大的環保效益。

當我國居民家庭所使用的家用電器轉變為低壓直流供電的情況下，便不需要配套相應的降壓整流電源，從而節省了因為降壓整流電源而消耗的電能，從而為我國的環保做出較大的貢獻。而利用低壓直流電的供電方式，可以將其和太陽能光伏電池直接進行并聯，所以便節省了直流逆變器，還會消除在使用交流并網時，太陽能光伏電池在安裝規模上的具體要求[9]。而一旦沒有安裝規模限制的時候，便會降低居民家庭安裝太陽能光伏電池的門檻，可以更好地節省資源，實現環保效益。

（二）居民家庭中使用低壓直流供電的居民家庭的效益

1、安全效益

使用工頻交流電，當居民無意中接觸其時，便會導致因為受到電擊而受傷甚至死亡。而如果在居民家庭采用低壓直流供電技術，能夠將人們和工頻交流電壓所接觸的概率進行降低，相應來說便會使由于觸電而出現傷亡的人數有所降低。其不僅會更加明顯地將家中成員由于電機而致死的可能性較低，還可以減少出現因為線路老化，或者受潮，而出現火災事故的可能性較低，這主要是因為低壓直流電對于線路絕緣的要求較低[10]。

2、供電可靠性效益

當居民家庭中安裝了光伏發電以及蓄電池低壓直流供電系統，那么即使家庭之外出現了電網停電情況，雖然用戶無法使用電淋浴進行洗澡，也不能使用微波爐，或者電磁爐做飯，但是用戶至少可以保障家庭中可以正常的照明，冰箱也能正常的進行運轉，從而不會出現食物腐爛等問題。家庭如果條件比較好的情況下，還可以利用LED電視，或者使用筆記本電腦，以及給自己的手機充電等。

3、經濟效益

居民家庭如果選擇使用低壓直流供電方式，其安裝太陽能光伏電以及蓄電池時，其進行實際投資的價格，和購買一臺較高價的家用空調價格相似。但是居民卻能夠獲得太陽能發電系統，其不僅可以使家庭使用電量有所減少，即使處于峰谷電價時期，也能夠在低谷的時候，利用外部的電電網電力，對于蓄電池進行充電，從而實現家庭電費支出的減少[11]。而利用太陽能光伏電池低壓直流電，進行電熱水器加熱，其相較于傳統式的集熱管式的熱水器而言，其并不需要管理密封，或者要求保溫工藝等問題。而其在進行安裝的過程中，和進行保養的時候，成本相對于傳統式的太陽能熱水器而言，也會有明顯的降低，其使用壽命相對而言時間也更加長。

除此之外，在進行低壓直流電路布置的時候，相對于液體管路布局來說會更加隨意，這主要是由于其并不需要考慮液體循環阻力等相關的問題。因此其建造的成本會更加低，出現故障的概率也不高。其不止不需要擔心管路會出現液體泄露的問題，也不需要擔心液體管路出現凍結等情況，因此不需要采用保溫防凍措施，使家庭在家用電器成本得到了節省。

（三）居民家庭中使用低壓直流供電的社會穩定效益

現階段，如果現在居民家庭之中低壓直流供電系統的備用電源有所普及，便可以將由于大面積停電，而造成的相關問題進行改善，可以降低對于社會穩定的沖擊力度。目前我國現代化生活發展速度不斷加快，而人們對于電能的依賴度也不短提高。在出現大規模停電的時候，不僅會使人們由于失去照明而產生的恐懼有所降低，也可以保障人們的生活工作秩序不會受到較為達到干擾。在當前我國社會中，如果長時間出現大規模的停電，那么便有可能會使人們的生活以及工作出現較大的干擾，其帶來的經濟損失無法估計，人們有可能會陷入“失聯”的恐懼之中[12]。但是如果居民家庭中低壓直流供電系統有所普及之后，可以保障居民家庭生活中，一些必要的電力得到保障，從而出現大規模停電時，社會穩定得到了維護。

四、結論

目前我國居民在家庭中使用低壓直流供電方式，最重要的一個優勢便是其可以直接并聯在低壓直流電路之中的蓄電池組，或者太陽能光伏電池，從而保障家庭之中重要的用電設備運行不會出現間斷。而當前人們經濟發展速度不斷加快，對于用電的可靠性等提出了更為嚴格的要求，其中一項便是要求信息設備可以時刻保持運行的狀態。因此目前居民在家庭中使用低壓直流供電系統，便可以解決交流供電出現可靠性較差的問題。

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