直流电的回归
原文：Slow Electricity: The Return of DC Power? 译文
学过中学物理的都知道为了减少能耗，长距离输电需要高压。但为什么是交流电而非直流电，高压直流电不行吗？答案是：不但行，而且相比交流电有很多优越性。交流电获胜的原因其实是技术限制：交流电可以通过变压器，方便地进行升压和降压，而接入电网的中小型家电也可通过适配器调节到合适的工作电压，而在当时直流升压还困难。而随着直流变压、超高压直流输电的突破以及具有分布性、间歇性/波动性的光伏发电的普及，很可能意味着直流电的回潮。
交流电为什么获胜？
19世纪末，人类开始使用电力。当时有两派，一派主张直流电，另一派主张交流电。最后，交流电获胜，主要原因是交流电长途传输的效率更高，直流电做不到长途传输。当时，交流电已经可以做到高电压，但是直流电的电压一直做不上去。这导致大功率传输时，直流电就会产生很大的电流（ P = U x I）。另一方面，电流通过导体产生的热量，与电流的平方成正比。这意味着，直流电的长距离传输会因为电流较大，而产生很大的热量损耗。交流电由于电压可以做得很高，就没有这个问题。所以，高电压是长距离电力传输的关键，这就是交流电获胜的根本原因。直流电直到1960年代才有办法做到高电压，但是已经太晚了。目前，直流电的应用都局限在低压短距离的使用，传输距离往往在几米之内，最长不超过1公里。
两个新趋势
但是，最近出现的两个趋势，导致人们重新对直流电发生了兴趣。第一个趋势是太阳能发电的兴起，使得发电变成了分布式，而不是集中式。哪里需要能源，哪里就放置太阳能板，这种场景下不需要长距离电力传输。此外，太阳能发电产生的是直流电，电池释放的也是直流电。第二个趋势是越来越多的电器内部使用直流电，比如所有电子设备（包括计算机和手机）、固态照明 （LED）、平板电视、微波炉等等。专家预计，未来20年内，多达50%的家庭负载消耗的是直流电。
电流转换的损失
如果家庭使用的是太阳能发电，就要进行两次电流转换。首先，光伏板的直流电通过逆变器转换为交流电，传输进入家庭。然后，交流电再次通过逆变器转换为直流电，才能被电脑、LED 和微波炉等直流设备使用。每一次电流转换，都会发生能量损失，最严重情况下，会损失掉20%~30%。如果带有光伏板的建筑直接采用直流供电，就可以避免这种电流转换损失。
直流供电的好处
首先，一旦直流供电，就没有了电流转换的能量损耗，所需的光伏板变少了，存储能量的电池系统也可以变小。其次，逆变器是一种昂贵的设备，而且寿命短于光伏板。不使用逆变器，可以节省不少钱。再次，目前的很多直流电气设备，内部带有交流电到直流电的转换，去掉这个部分，可以使这些设备更简单、更便宜、更可靠、能耗更低。最后，直流电的电压低。很多直流电器不超过24伏，没有电击或火灾危险，使得电工可以使用相对简单的接线，无需接地，也无需担心触电。这进一步节省了成本。
直流供电的缺点
低压直流电的最大问题是无法长距离传输。前面说过，能量损失等于电流平方乘以电阻。一根普通的铜线，在10米的距离内以12V的电压传输，100W的功率对应的电流是8.33A，会产生3%的能量损失，这可以接受。但是，电线长度为 50 米时，能量损失变为16%，长度为 100 米时，能量损失增加到了32%。这足以抵消直流电的效率优势。
由于线路损耗很高，大功率电器也很难使用直流电。如果在12V直流电网上运行 1,000 W的微波炉，在电线长度仅为1米的情况下，能量损失高达16%，在电缆长度为3米的情况下，能量损失会增加到47%。所以，低压直流电网不适用于洗衣机、洗碗机、吸尘器、电饭锅、电烤箱或热水锅炉等大功率电力设备。另外，有些电器（比如冰箱）本身的功率比微波炉小，但是它每天 24 小时运行，长时间下来也会导致巨大的线路损耗。
同样的，线路损耗也限制了多台低功率设备使用同一根供电线缆。如果一根12V的电缆长度为 12 米，并且我们希望将线路损耗保持在10%以下，那么所有电器的总功率将限制在大约150W。这意味着，这根线路只能同时使用两台笔记本电脑（每台 20W的功率）、一台直流电冰箱（45W）、五个8W的 LED 灯（总共 40W），还留下25W可以支持其它较小的设备。
解决方案
有几种方法可以避免低压直流电的线损。第一种方法是尽量减少配电电缆长度。比如，厨房、客厅、卧室这些用电最多的地方，尽量搬到屋顶光伏板的下方，减少电缆长度。第二种方法是每一个或两个房间，设置一个独立的太阳能发电系统。第三种方法是选择更高的电压：24V 或 48V 而不是 12V。但是，目前市场上的大多数低压直流电器都在12V下运行，而且更高的电压（高于24V）消除了直流系统的安全优势。美国有很多数据中心、办公室、住宅建筑使用的直流电系统升压到了 380V，这就需要跟 110V 或 220V 交流电一样严格的安全措施了。第四种方法是使用两套供电系统，同时供应交流电和直流电。低功率设备使用直流电网，比如 LED 灯（< 10W）、笔记本电脑（< 20W）、电视（30-90W）和冰箱（<50W），大功率设备使用单独的交流电网。但是这样做，直流电带来的节能和成本降低效益，就微乎其微了，很容易被抵消。
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