功率電子產(chǎn)品的重點(diǎn)在于能效
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
有一兩家公司在進(jìn)行密切的跟蹤評估工作，以估算出用戶通過整合其解決方案能夠節(jié)省多少能量，這是一件好事。不過，且讓我們回過頭去看看作為消費(fèi)者在實(shí)際生活中常常遇到的真正挑戰(zhàn)，以及功率電子產(chǎn)品可如何發(fā)揮作用。
舉例說，消費(fèi)者起床后會利用熱水器洗一個熱水澡，而熱水器其實(shí)是效率最差的發(fā)明之一。水箱會全天候(每周7天每天24小時(shí))保持熱水溫度，以滿足消費(fèi)者隨時(shí)的需要，這實(shí)在是效率很低的設(shè)備。大部分消費(fèi)者把手機(jī)從墻上的充電器拔離后，往往會把充電器留在原地，雖然幸好在不充電時(shí)它只消耗不到1瓦特的待機(jī)功率。設(shè)想消費(fèi)者的孩子(正如大多數(shù)孩子一樣)總是忘記關(guān)掉壁櫥的燈，讓60瓦的燈泡沒必要地整天開著。當(dāng)消費(fèi)者不在家時(shí)，冰箱的壓縮機(jī)也一直啟動著，并使用已過時(shí)但仍流行的壓縮電機(jī)來保鮮食物。再看看家里的空調(diào)，其壓縮機(jī)使用著同樣過時(shí)的技術(shù)，并且一天里啟動多次，以保持室內(nèi)清涼(若是制熱的話則保持溫暖)。
消費(fèi)者工作的辦公室里有很多計(jì)算機(jī)和服務(wù)器。計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器正逐漸成為電力系統(tǒng)中相當(dāng)大的耗電部分。隨著互聯(lián)網(wǎng)的使用日益普及，信息技術(shù)消耗著電廠輸出電能的一大部分。與服務(wù)器相關(guān)的電能使用量從2000年到2005年翻了一番，而美國的總計(jì)年增長率為14%，全球的總計(jì)年增長率更達(dá)到16%。功率電子產(chǎn)品便可以通過提高效率來改善這一重要的功率耗電量。
服務(wù)器及其它互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的耗電量在整個社會總耗電量中所占的比例越來越大，而且，它們總處在運(yùn)行過程中，而不會處于待機(jī)狀態(tài)。
就像工業(yè)時(shí)代的鋁和制造工廠的關(guān)系一樣，信息時(shí)代的服務(wù)器中心往往毗鄰大型水電及其它可再生能源。Koomey(2007)報(bào)告指出：“最近幾年，隨著對新的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)(比如音樂下載、視頻點(diǎn)播和互聯(lián)網(wǎng)電話)的需求日益普及，這些領(lǐng)域的電力消耗量不斷增長，從未停步?！备鶕?jù)LawrenceBerkeley實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)：“2005年，服務(wù)器使用的總電力已達(dá)美國總耗電量的0.6%左右。若把冷卻和輔助性基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)算在內(nèi)，這個數(shù)值更高達(dá)1.2%，相當(dāng)于所有彩電的總耗電量，而且這個數(shù)據(jù)還在不斷的增加。2005年，美國和全球的總電力需求(包括相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施)分別等于大約5家和14家1000MW發(fā)電廠的發(fā)電量。2005年，維持這些服務(wù)器及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施工作所需的電力費(fèi)用，美國和全球分別約為27億美元和72億美元。假設(shè)每臺服務(wù)器耗電仍然維持在2005年的水平，上述趨勢預(yù)示著到2010年，全球服務(wù)器消耗的電能將增長達(dá)40%?！边@意味著它在整個社會的能耗費(fèi)用中的比例更大。
再回頭看看消費(fèi)者的一天，在下班回家的路上，他們驅(qū)車前往足球場觀看孩子踢球，但由于車外非常悶熱，只好讓汽車一直開動以保持空調(diào)運(yùn)行。
所有這些的重點(diǎn)是什么呢？雖然待機(jī)功耗是總能耗的一部分，但它或許也是造成效率低下的帕雷托(Paredo)效應(yīng)，而這也正是功率電子產(chǎn)品可以切入的發(fā)展方向。較之消費(fèi)者的總體能源消耗量，充電器和消費(fèi)者家中的其它所有處于待機(jī)狀態(tài)下設(shè)備的待機(jī)功耗雖然只是很小的部分，但積少成多。同時(shí)通過對家中較大型低效率的設(shè)備中使用適當(dāng)?shù)墓β孰娮赢a(chǎn)品來省下更多的能源。
若消費(fèi)者擁有“智能”熱水器，能夠隨時(shí)進(jìn)行感測并按照“負(fù)載點(diǎn)”情況提供熱水，而不是讓巨大的水箱一直注滿熱水，那會怎么樣呢？這類應(yīng)用的感測和控制當(dāng)然會使用電子產(chǎn)品。
照明耗電在消費(fèi)者的電費(fèi)賬單中比例可觀，而CFL燈是節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步。不過，雖然功耗得以降低，但是這些新型燈管的功率因數(shù)仍然帶來了一些問題。帶有內(nèi)置PFC和驅(qū)動器的LED燈可以提高效率，并且能在使用壽命期間實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的功率因數(shù)。不僅能提高效率，而且降低裝置在整個使用壽命期間的維護(hù)成本。此外，假如我們擁有智能燈開關(guān)，能夠感測房間里的活動并利用定時(shí)器進(jìn)行開關(guān)，那又會如何？現(xiàn)在所有類型的熒光燈都已遇到了前述的功率因數(shù)問題，即熒光燈的負(fù)載會造成三端雙向可控硅管無法觸發(fā)，導(dǎo)致器件無法正常工作，除非燈具負(fù)載為白熾燈。這樣的話，即使有人活動，房間還是會一片漆黑；或者我們發(fā)明出能適用于任何負(fù)載的器件，但投資回報(bào)是否可行呢？若我們在前面提到的LED裝置中整合智能燈開關(guān)，或許會變得很有意義。
讓我們再來看看消費(fèi)者的電器負(fù)載情況吧！待機(jī)功耗很重要，雖然改進(jìn)了HVAC電機(jī)，但冰箱系統(tǒng)仍數(shù)十年如一日地采用陳舊的技術(shù)。如果我們能夠更常規(guī)性、更具有成本效益地在冰箱壓縮機(jī)上使用電子驅(qū)動裝置，情況又會怎么樣呢？風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽能板逐漸成為可行的能量來源，要利用這些系統(tǒng)的電力輸出來為我們的85-265VAC、50-60Hz設(shè)備供電，就必需使用功率電子產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)直流到交流的高效轉(zhuǎn)換。在汽車領(lǐng)域，混合電力已然是現(xiàn)實(shí)，而可插撥混合動力即將出現(xiàn)。我們將可以一邊使用空調(diào)，一邊觀看足球比賽―如果孩子可以在炎熱的天氣下踢球，我們也應(yīng)該能夠在酷暑下站在一旁觀看！有時(shí)我們也許不得不關(guān)掉空調(diào)。
我們可以使系統(tǒng)的效率更高，增加預(yù)測和智能控制功能，以便預(yù)估相關(guān)需求，并在不使用的時(shí)候關(guān)斷系統(tǒng)，從而節(jié)省能源。不過，明智的消費(fèi)者也是節(jié)能的一個關(guān)鍵因素。用戶往往根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)狀況決定購買與否，而我們不得不基于投資回報(bào)、降低產(chǎn)品壽命期間的替換和維護(hù)成本等多個因素來對商品進(jìn)行評估。立法機(jī)關(guān)方面可以予以協(xié)助，例如，目前其正在公開執(zhí)行一項(xiàng)強(qiáng)制措施，即不再使用白熾燈。
很顯然，我們需要把工程、立法和商業(yè)資源投入到那些投資回報(bào)率最大的領(lǐng)域，設(shè)定進(jìn)取的能效目標(biāo)，并且努力把它實(shí)現(xiàn)。同時(shí)待機(jī)功率也很重要，已經(jīng)到了需要著手解決造成能效低下的主要問題的時(shí)候，就好像噪聲級問題一樣。功率電子產(chǎn)品將在提高效率和功能性、降低消費(fèi)者總體擁有成本，并節(jié)省寶貴資源方面起著關(guān)鍵的推動作用。
參考文獻(xiàn)：
ESTIMATINGTOTALPOWERCONSUMPTIONBYSERVERSINTHEU.S.ANDTHEWORLD
JonathanG.Koomey,Ph.D.StaffScientist,LawrenceBerkeleyNationalLaboratoryand
ConsultingProfessor,StanfordUniversityJGKoomey@stanford.edu,http://www.koomey.com
評論