在完整的端到端直流系统上为笔记本电脑等直流设备供电比使用逆变器和现有的 AC-DC 转换器更有效,这在很大程度上是一个神话1。
我们来看看你的第一个问题:
1) 使用传统的车载电源逆变器为笔记本电脑供电时,将 12V 升压到 120V 然后再回到 12V 效率有多低(即 12V 的汽车电池电源通过电源逆变器升压到 120V,然后由电源逆变器升压到 12V)笔记本电脑的电源)?
这取决于您的硬件,但这并不太糟糕。您有两个主要转换:逆变器中的 DC -> AC 转换和设备电源中的 AC -> DC 转换。
大多数现代质量逆变器的效率超过 90%,许多在其大部分工作范围内的效率接近 95%。非常便宜或小型的逆变器可能会更糟,可能在 80 年代低点,即使是好的逆变器在相对于其额定功率非常低的功率下运行时效率也往往较低。
对于 AC -> DC 侧,您会发现更多差异。一些高质量的转换器,例如一些名牌笔记本电脑提供的转换器,效率接近 90%,但许多其他转换器的效率在 70% 到 80% 范围内。非常小的 AC -> DC 转换器,例如 USB 插头中的转换器,其效率往往略低于转换器,因此空间限制更少。
总体而言,您看到的最佳情况损失可能为 15%(效率为 95% 的逆变器,电源效率为 90%)到最坏情况下的损失可能为 40%(逆变器在高 80 年代结合 70% 的电源2。
现在还要考虑“端到端”直流路径通常也需要直流-直流转换,除非设备恰好在直流系统的电压(例如 12V 或 24V)下运行。这种转换最多可能与上述转换之一一样有效。在最坏的情况下,如果您购买具有宽输入和输出范围的各种可调降压/升压转换器之一,如果它在其理想范围之外运行,效率可能会大大降低。因此,忽略所有其他因素,甚至有可能完整的 DC 路线已经比 AC 效率低!
尽管如此,让我们假设完整的 DC 路径在理论上比 DC-AC-DC 路径效率更高,可能高出 10%。以下是可能超过这个小优势的完整 DC 路径的缺点:
- 正如您在第 (2) 点中提到的那样,像家庭(或房车或其他东西)之类的东西已经有现有的 120V 接线:完整直流系统上的电力设备需要将这些设备放置在非常靠近电池组的位置,或者运行第二条直流接线系统付出了相当大的努力(在现有房屋中添加布线比在建造时进行布线要困难得多-除非您不介意丑陋)。此外,您还会遇到诸如直流电源没有标准插座等问题(点烟器可能是最接近广泛支持的东西,但不适用于许多用途)。
- 较低的电压本质上比较高的传输电压效率低:这既是因为给定的绝对电压降代表了总电压的较高相对比例,又因为按比例需要更多的电流来传输相同的功率。这种影响大致是二次方的:12V 系统遭受大约100 次相同规格的电线在 120V 相同规格的电压降以提供相同的功率。一个例子:超过 10 英尺 14 AWG 的家用布线,对于 120W 的负载,120V 系统需要 1 安培,并且电压降为 0.042% - 基本上是舍入误差。相同功率的 12V 设备需要 10 安培电流,并且会遭受 4.2% 的压降 - 因此,在 14 AWG 的 10 英尺以上,您已经损失的功率与在一个好的逆变器中损失的功率差不多。在一所房子里,你很容易有 50 或 100 英尺的布线,导致直流电压下降,使系统不可持续——即使是 120W 的小负载。在实践中,您需要使用更大规格的电线来抵消这一点:一笔可观的成本,而可以只花在更多的太阳能电池板或电池上。
- AC 是默认设置:您购买的几乎所有设备都默认带有 AC 插头。有各种各样的电器,您也可以购买 DC 版本,但通常会大大减少选择。是的,你可以购买直流供电的冰箱,但您几乎必须从当地太阳能/电池商店的 1 或 2 种怪异型号中进行选择。这些通常是您在其他任何地方购买的冰箱价格的两倍,并且基于一些可能固有效率较低的旧型号。直流供电的风扇、电视、咖啡机等等也是如此。是的,它们存在,但市场目前是微不足道的,因为选择如下。与在“交流转换损失”中所节省的相比,您将浪费更多的钱并且对最终得到的结果不满意。在这里可行的一种方法是让东西在交流电上运行但有一个外部交流-直流电源砖:你可以跳过砖直接连接你的直流系统(但电压通常是奇怪的东西,比如 17V、21V、等等,所以你最终仍然需要转换)。
因此,我将在这里似乎是唯一的声音,并说任何类型的大型或中型“直流系统”在您连接现成的设备时仅仅为了节省转换损失并没有真正意义。120V AC 实际上是一种相当合理的配电方法,特别是因为它是您购买的几乎所有东西的默认输入。现代设备的转换损耗相当小,即使使用完整的直流系统,您通常也无法完全避免转换损耗。
1我有时将其称为 DC-AC-DC 方法。
2当然,如果您寻找一个效率非常低的逆变器(但这在您的控制之下)并找到一些带有糟糕(或只是旧)SMPS 或效率非常低的线性稳压器的设备,您可以将最坏的情况推得更远。