據統(tǒng)計，建筑環(huán)境排放量占全球年度排放量的 40%，使其成為應對氣候變化的關鍵目標。聯合國表示，到 2030 年，全球碳排放排放量必須下降 45%，并到 2050 年達到凈零排放，才能實現《巴黎協定》中將全球氣溫升高限制在 1.5°C 以下的目標。
如今，全球各國政府都制定明確的碳排放目標，如果中國的“雙碳目標”戰(zhàn)略，要在2030年達到碳排放峰值，并著2060年實現碳中和。在美國，拜登政府的第 14057 號行政命令力求到 2045 年使所有聯邦政府設施達到凈零目標，同時2022 年通貨膨脹削減法案則為建筑業(yè)主向清潔能源經濟轉型提供了大量資金和激勵措施。
雖然實現凈零排放是一項重大挑戰(zhàn)，但越來越多的智能建筑正在朝著這一里程碑邁進。例如，2020年，美國新建筑研究所在北美驗證了700個凈零設施，預計這一數字每兩年將增加50%之多。實現凈零排放的一種方法是使用直流 (DC) 配電系統(tǒng)，該系統(tǒng)將可再生微電網與儲能相結合，以生成和提供足夠的直流電力來支持建筑負載，同時消除傳統(tǒng)交流電網電力的低效率。因此，激勵措施和技術進步可以促進直流配電的采用。
更高效的用能方式
自 20 世紀初以來，電網一直使用交流電 (AC) 向建筑物供電。然而，幾乎所有電子設備和裝置內部都通過印刷電路板、二極管、電阻器、晶體管和微芯片等組件使用直流電源運行。智能建筑系統(tǒng)電器和設備中的 LED 照明、電動汽車充電器、變速 HVAC 系統(tǒng)以及其他節(jié)能電機（例如變速風扇、鼓風機、泵和壓縮機）也使用直流電源。
據統(tǒng)計，世界上 70%以上的交流電被轉換成直流電再消耗。提供直流電的傳統(tǒng)方法是使用帶有變壓器和整流器的電源，將交流電壓降壓并將其轉換為直流電。電源可以位于設備和裝置的內部，也可以位于插入交流電源插座的外部適配器內。然而，每次交流到直流轉換都會帶來高達30%的功率損耗，并且會給配電系統(tǒng)帶來失真，從而降低效率。
當電池儲能系統(tǒng) (BESS) 存儲風能、太陽能和水力等可再生能源產生的能量，并提供直流電并轉換為交流電以便在整個建筑物內分配時，會產生額外的損耗。
采用全直流配電系統(tǒng)的智能建筑通過消除大量的交流到直流轉換和建筑設備電源交流到直流變壓器的寄生負載，預計可節(jié)省 10% 到 20% 的能源。直流配電系統(tǒng)由現場可再生能源、配置為微電網的 BESS 以及在整個建筑物內輸送電力的直流電力基礎設施組成。通過在因停電事件導致市電中斷時啟用操作，提高了建筑的彈性。它還通過存儲可再生能源發(fā)電高峰期間收集的能量以供非高峰時段使用，從而獨立于公用電網。
雖然具有直流配電系統(tǒng)的建筑物可能永遠不會使用電網電力，但通過凈計量保持與電網的連接使其能夠將多余的能量反饋回電網以獲得收入、稅收優(yōu)惠和整體提高電網效率。
例如，在美國根據《2022 年通脹削減法案》，直流配電系統(tǒng)有資格獲得稅收抵免，包括可再生能源 30% 的抵免、儲能 30% 的抵免以及千瓦時發(fā)電量的額外抵免。總的來說，這些激勵措施可以降低直流配電系統(tǒng)的成本，使其與傳統(tǒng)交流電源具有競爭力。直流配電系統(tǒng)不僅可以幫助建筑物實現凈零排放，還可以滿足 LEED 認證積分和其他智能建筑認證計劃的要求。
技術進步鋪平了道路
直流配電在過去幾年中受到了廣泛關注，并且是美國能源部 (DOE) 的主要關注領域。雖然交流電源的普遍存在以及技術和標準的缺乏此前限制了其采用，但直流配電技術的進步現在正在鋪平道路。
故障管理電源 (FMP) ，由VoltServer首創(chuàng)的數字電力 (DE)可以在整個建筑物內安全地傳輸大容量直流電。FMP 系統(tǒng)被采用為 2023 年美國國家電氣規(guī)范 (NEC) 第 726 條中的 4 類電源，電壓限制為 450V，它使用集中管理的發(fā)射器和遠程接收器來檢測故障并立即停止傳輸，提供相同級別的電力保護作為安全超低電壓 (SELV) 2 類電源系統(tǒng)，具有防沖擊和起火能力。
FMP 的功率和距離能力因供應商的技術以及導體的數量和尺寸而異。例如，VoltServer 的 DE 系統(tǒng)在 336VDC 下運行，通過一對和兩對導線分別向約 1,200 英尺的距離提供 300W 和 600W 的功率。使用多對較大的導體，它可以達到高達 2000W 的水平。
FMP 系統(tǒng)可以直接連接到直流電源，在整個建筑物內分配數百或數千瓦的直流電源，從而無需交流電源。FMP 支持通過集中管理來監(jiān)控和控制能源使用情況，以進一步節(jié)省能源。FMP 使用通過典型的低壓安裝實踐部署的小型輕量電纜，這些電纜可以與其他通信電纜一起保留在槽中，在大多數環(huán)境中無需導管。FMP 還可以將光纖組合到單根電纜中，為連接的電子設備和裝置匯聚電源和數據。
以太網供電 (PoE) 技術是智能建筑的另一種直流電源選擇。PoE 通過帶有以太網數據的網絡布線，在 100 米范圍內提供高達 90W 的直流電源。PoE 為 Wi-Fi 接入點、安全攝像頭、門禁讀卡器、LED 燈、智能窗簾、揚聲器、傳感器等連接設備供電。
通用串行總線（USB）技術是另一種正在流行的選擇。傳統(tǒng)上用于計算機外圍設備的最新 USB 標準可以通過小型連接器將數據和高達 240W 的直流電源傳輸到約 1 米的距離。USB 電源可為智能手機、平板電腦和筆記本電腦等個人設備充電，通過計算機、電源和數據渲染設備或由 FMP 或 PoE 供電的 USB 插座提供。
將直流微電網與 FMP、PoE 和 USB 基礎設施相結合可以共同實現顯著的節(jié)能效果。
克服障礙
采用直流電源的一個主要障礙是缺乏無需交流到直流轉換即可直接接受直流電源的設備和裝置。美國太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 與美國能源部 (DOE) 聯合發(fā)布的2020 年 9 月報告《直流照明和建筑微電網：機遇和建議》指出，“缺乏接受直流輸入的可用設備”是最常見的障礙之一。該報告建議 PoE 交換機、照明、HVAC 和 EV 充電器制造商提供直流輸入選項。
基層努力和戰(zhàn)略合作伙伴關系正在影響供應商的技術路線圖?，F在市場上正在開發(fā)無需轉換即可直接接受直流電的電子設備和裝置，包括網絡交換機、LED 照明驅動器、HVAC 控制器?，F在可以通過 FMP 直接為多個網絡交換機供電。然后，這些交換機將 PoE、USB 或其他形式的直流電源提供給整個建筑物內各種連接的終端設備。其他直流電源的進步（例如單對以太網）和電壓標準的開發(fā)將推動供應商將更多采用直流電源的電子設備和裝置推向市場。
免責聲明：本網站內容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網站出現的信息，均僅供參考。本網站將盡力確保所提供信息的準確性及可靠性，但不保證有關資料的準確性及可靠性，讀者在使用前請進一步核實，并對任何自主決定的行為負責。本網站對有關資料所引致的錯誤、不確或遺漏，概不負任何法律責任。任何單位或個人認為本網站中的網頁或鏈接內容可能涉嫌侵犯其知識產權或存在不實內容時，應及時向本網站提出書面權利通知或不實情況說明，并提供身份證明、權屬證明及詳細侵權或不實情況證明。本網站在收到上述法律文件后，將會依法盡快聯系相關文章源頭核實，溝通刪除相關內容或斷開相關鏈接。
