È principalmente un mito che sia molto più efficiente alimentare apparecchi DC come i laptop su un sistema DC end-to-end piuttosto che utilizzare un inverter e quindi il convertitore CA-CC esistente invece 1 .
Diamo un'occhiata alla tua prima domanda:
1) Quanto è inefficiente aumentare i 12 V a 120 V e poi tornare a 12 V come nell'utilizzo di un tradizionale inverter di potenza per auto per alimentare un laptop (ovvero la potenza della batteria dell'auto da 12 V viene aumentata a 120 V da un inverter di potenza e quindi di nuovo a 12 V dal alimentatore per laptop)?
Dipende dal tuo hardware, ma non è troppo terribile. Esistono due conversioni principali: la conversione CC -> CA nell'inverter e la conversione CA -> CC nell'alimentatore per l'apparecchio.
La maggior parte degli inverter di qualità moderna ha un'efficienza superiore al 90% e molti si avvicinano all'efficienza del 95% su gran parte della loro gamma operativa. Inverter molto economici o di piccole dimensioni potrebbero essere peggiori, forse negli anni '80 bassi e anche gli inverter buoni sono spesso meno efficienti quando funzionano a una potenza molto bassa rispetto alla loro potenza nominale.
Per il lato AC -> DC troverai più varianza. Alcuni convertitori di qualità, ad esempio quelli forniti con alcuni laptop di marca, raggiungono un'efficienza del 90%, ma molti altri sono compresi tra il 70% e l'80%. Convertitori CA -> CC molto piccoli, come quelli che si trovano nelle prese USB, tendono ad essere leggermente meno efficienti rispetto ai convertitori avranno meno vincoli di spazio.
Nel complesso, quindi, stai osservando una perdita nel migliore dei casi del 15% (un inverter efficiente al 95% con un'alimentazione efficiente al 90%) a una perdita nel caso peggiore con un inverter ragionevole del 40% (un inverter nel alti anni '80 combinati con un alimentatore al 70% 2 .
Consideriamo ora anche che il percorso CC "end-to-end" in genere richiederà anche una conversione CC-CC a meno che il dispositivo non funzioni esattamente alla tensione (diciamo 12 V o 24 V) del sistema CC. È probabile che questa conversione sia, nella migliore delle ipotesi, efficiente come una delle conversioni di cui sopra. Nel peggiore dei casi, se si acquista uno dei vari convertitori buck / boost regolabili con ampi intervalli di input e output, l'efficienza potrebbe essere notevolmente inferiore se funziona al di fuori del range ideale. Quindi ignorando tutti gli altri fattori, è anche possibile che l'intero percorso DC sia già meno efficiente di AC!
Tuttavia, supponiamo che il percorso DC completo sia teoricamente un po 'più efficiente del percorso DC-AC-DC, forse del 10%. Ecco gli aspetti negativi di un percorso DC completo che potrebbe superare quel piccolo vantaggio:
- Qualcosa di simile a una casa (o camper o altro) come menzionato al punto (2) avrà già un cablaggio a 120 V esistente: gli apparecchi di potenza su un sistema CC completo richiederebbero di localizzare quegli apparecchi molto vicini al banco batterie o eseguire un secondo cablaggio CC sistema con notevole sforzo (aggiungere il cablaggio a una casa esistente è molto più difficile che farlo mentre viene costruito - a meno che non ti dispiaccia brutto). Inoltre, incontrerai problemi come nessuna presa standard per l'alimentazione DC (l'accendisigari è probabilmente la cosa più ampiamente supportata, ma non adatta per molti scopi).
- Le tensioni più basse sono intrinsecamente meno efficienti delle tensioni più elevate per la trasmissione: sia perché una data caduta di tensione assoluta rappresenta una frazione relativa maggiore della tensione totale, sia perché è necessaria proporzionalmente più corrente per fornire la stessa potenza. Questo effetto è approssimativamente quadratico: un sistema a 12 V subisce circa 100 voltela caduta di tensione come fili dello stesso calibro a 120 V dello stesso calibro per fornire la stessa potenza. Un esempio: un cablaggio domestico di oltre 10 piedi e 14 AWG, per un carico di 120 W, un sistema da 120 V necessita di 1 amp e subisce una caduta di tensione dello 0,042%, sostanzialmente un errore di arrotondamento. Un apparecchio da 12 V della stessa potenza richiederebbe 10 ampere e subirebbe una caduta di tensione del 4,2%, quindi oltre 10 piedi di 14 AWG hai già perso tutta la potenza che perderesti in un buon inverter. In una casa, si potrebbe facilmente avere un cablaggio di 50 o 100 piedi, con conseguenti cadute di tensione CC che rendono il sistema insostenibile, anche con un piccolo carico di 120 W. In pratica, per contrastare questo sarebbe necessario utilizzare un diametro del filo significativamente più grande: un costo significativo che potrebbe invece essere speso solo per più pannelli solari o batterie.
- CA è l'impostazione predefinita: quasi tutti gli apparecchi acquistati verranno forniti di default con una spina CA. Esistono tutti i tipi di apparecchi in cui è possibile acquistare anche una versione DC, ma spesso con una selezione notevolmente ridotta. Sì, puoiacquistare un frigorifero alimentato a corrente continua, ma devi praticamente scegliere tra 1 o 2 modelli strani nel tuo negozio locale di energia solare / batteria. Questi sono spesso il doppio del prezzo di un frigorifero che compreresti altrove e si basano su alcuni vecchi modelli che potrebbero essere intrinsecamente meno efficienti. Lo stesso per ventole alimentate a corrente continua, TV, macchine per il caffè, qualunque cosa. Sì, esistono, ma il mercato è attualmente minuscolo come segue la selezione. Sprecherai più soldi e sarai meno felice di quello che finirai di quanto non risparmierai mai in "perdite di conversione AC". L'unico approccio che funziona qui è ottenere cose che funzionano su CA ma hanno un mattone di alimentazione CA-CC esterno: puoi saltare il mattone e collegare direttamente il tuo sistema CC (ma ancora una volta le tensioni sono cose strane come 17 V, 21 V, ecc., quindi hai ancora bisogno di una conversione).
Quindi sarò quella che sembra la voce solitaria qui e dirò che qualsiasi tipo di "sistema DC" di grandi o medie dimensioni non ha davvero senso solo per risparmiare sulle perdite di conversione quando si collegano apparecchi standard. 120 V CA è in realtà un metodo abbastanza ragionevole di distribuzione dell'alimentazione, soprattutto perché è l' input predefinito per quasi tutto ciò che si acquista. Le perdite di conversione sono abbastanza piccole con le apparecchiature moderne e di solito non è possibile evitare le perdite di conversione del tutto anche con un sistema DC completo.
1 Talvolta chiamerò questo approccio DC-AC-DC.
2 Naturalmente, si può spingere il caso peggiore molto di più se si cercano un inverter davvero inefficiente (ma questo è sotto il vostro controllo) e di trovare qualche dispositivo con un terribile (o semplicemente vecchio) SMPS o regolatore lineare che è molto inefficiente.