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(wǎng)供電），它將交流 (AC) 電源轉(zhuǎn)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(yīng)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(wǎng)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(zhuǎn)換為所需的直流電源。執(zhí)行這些交流到直流轉(zhuǎn)換的整流器效率相當(dāng)?shù)?，每次打開燈具時通常會浪費高達(dá) 20% 的能源。

這些能量以熱量的形式被浪費，如果驅(qū)動器是集成的，這尤其會影響直流燈具。當(dāng)集成 LED 燈具的驅(qū)動器時，LED 及其整流器（位于驅(qū)動器內(nèi)部）非?？拷?。因此，當(dāng)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(shè)備非常接近，使得帶有集成驅(qū)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(dāng)集成驅(qū)動器效率低下所發(fā)出的熱量開始磨損設(shè)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(qū)動器（和整流器）的 LED 燈具的老化。

其結(jié)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(yīng)用時更是如此。

交流電在 20 世紀(jì)初電力廣泛使用之初就迎來了它的輝煌時刻。當(dāng)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(dāng)時的大多數(shù)電氣設(shè)備類似，白熾燈使用交流電源。因此，將空調(diào)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(shè)備的家庭中，直流消耗約占總電力負(fù)載的 74%。事實上，每一個使用電池或有屏幕的設(shè)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(shè)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(dāng)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(shù)原因。

為直流照明分配直流電源的好處

LED 是當(dāng)今最高效的照明選擇，通常將約 95% 的消耗能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換：如前所述，當(dāng) LED 燈具接收交流電源時，它們需要將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。將交流電轉(zhuǎn)換為直流電是由燈具驅(qū)動器內(nèi)的整流器執(zhí)行的。如果集成該驅(qū)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(shè)備。這些熱量會磨損電子設(shè)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(shè)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(nèi)持續(xù)運行，通常約為 100000 小時。

2) 由于熱失控導(dǎo)致的驅(qū)動器性能惡化最小化，提高了直流設(shè)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(jīng)常更換，而且不會閃爍。

3) 最節(jié)能的設(shè)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(shù)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(shè)備通常需要直流電源才能運行：世界正在轉(zhuǎn)向更智能的手機、冰箱、門鎖、電視、汽車等，使用智能設(shè)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(diào)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(dá)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(shè)備是數(shù)字設(shè)備，因此使用半導(dǎo)體，而半導(dǎo)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(zhì)，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(jīng)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(fēng)車：使用直流電的設(shè)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(chǎn)生交流電，但太陽能等更多可再生能源產(chǎn)生直流電。當(dāng)產(chǎn)生交流電但需要將其轉(zhuǎn)換為直流電時，需要大型整流設(shè)備，這會導(dǎo)致傳輸成本極高。降低該設(shè)備成本的一種方法是直接利用太陽能產(chǎn)生直流電。

目前，存在阻礙太陽能大規(guī)模發(fā)電的技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，存儲和電壓調(diào)節(jié)技術(shù)尚未達(dá)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(shè)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(zhuǎn)換為交流電，然后再升壓或降壓（使用變壓器）。然后它可以轉(zhuǎn)換回直流電。因此，根據(jù)事后是否需要將交流電轉(zhuǎn)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(jīng)電纜的效率很高，因此這種額外設(shè)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(chǎn)生和分配。在學(xué)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(wǎng)可持續(xù)供應(yīng)能源，還可以為 LED 照明等直流設(shè)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(qū)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(zhì)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(guān)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(fù)面和正面的結(jié)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(chǎn)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(chǎn)生任何線路損耗。這使得在盈虧平衡距離達(dá)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(jié)

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(guān)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(wǎng)或其他形式的直流配電消除直流照明中的交流到直流轉(zhuǎn)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(xiàn)。

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(fēng)車，特別是太陽能。由于太陽能電池板產(chǎn)生直流電，將其與直流照明系統(tǒng)結(jié)合使用可以簡化整體能源基礎(chǔ)設(shè)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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