Domanda sui neofiti su AC vs. DC (specialmente per alimentare una casa)

Qui negli Stati Uniti la rete elettrica è in corrente alternata. Ho sentito che l'AC consente la trasmissione di energia a distanze maggiori con minori perdite. Tuttavia, con l'avvento dei pannelli solari, sembrerebbe che si possa generare direttamente corrente continua e alimentare la casa in questo modo. Non ci sono grandi distanze.

Perché questo non è fatto? Per quanto ne so, i pannelli solari si immettono nuovamente nella rete elettrica principale. Ciò significa che convertono cc in corrente alternata, presumibilmente con qualche perdita. Potresti alimentare tutta la tua casa usando DC? Supponendo di aver vissuto in una zona soleggiata e di disporre di spazio sul tetto sufficiente, è possibile alimentare tutto (aria condizionata del frigorifero, ecc.), Forse immagazzinando l'energia nelle batterie per l'uso di notte? Presumo che avresti bisogno di tutti i nuovi apparecchi che funzionano con DC?

Sembrerebbe un piccolo prezzo da pagare per essere indipendente dall'energia. Potresti riutilizzare i tuoi fili domestici esistenti? Non ne ho mai sentito parlare, quindi presumo ci siano ostacoli importanti. Qualcuno potrebbe darmi la spiegazione del profano sul perché è una cattiva idea, impossibile o semplicemente non fatta?

Non è impossibile, è solo più complicato e costoso. Tutto in casa è progettato per funzionare da AC. Molti prodotti più piccoli accettano DC ma vengono forniti con un adattatore CA perché è l'unica fonte disponibile di energia continua ed economica quasi ovunque. La tensione richiesta può essere diversa per ciascun dispositivo. La cosa più vicina a uno standard per l'alimentazione DC è probabilmente USB 5.0V, che offre solo abbastanza corrente per piccoli gadget e non nulla di più grande.

Il modo in cui funziona una casa a energia solare è all'incirca: dal pannello solare al caricabatterie alla batteria, all'inverter DC-AC alle prese a muro, oltre a un altro regolatore e misuratore di potenza se si fornisce energia extra alla rete, il che non è un requisito. Si potrebbe alimentare una casa direttamente con DC non regolato dalla batteria se gli apparecchi fossero progettati per funzionare da essa, ma la maggior parte non lo è. Se la tensione della batteria dovesse essere regolata prima della distribuzione a casa, tutto ciò che dovresti fare è scambiare l'inverter DC-AC con un regolatore DC-DC, fondamentalmente una scatola diversa con un costo simile.

A causa delle ridotte dimensioni del mercato degli apparecchi CC (al momento), sarebbero più difficili da trovare e probabilmente più costosi delle unità CA. Se arriva un momento in cui quasi tutte le case hanno il solare sul tetto, potrebbero essere altrettanto facili da acquistare e mantenere.

Per quanto riguarda il riutilizzo del cablaggio, un filo è solo una striscia di rame e non importa se ci metti CA o CC, SE rimani nelle sue capacità. Se dovessi inserire molta più corrente nel filo a causa della bassa tensione, potresti aver bisogno di fili più spessi, diverse caratteristiche di sicurezza nelle scatole di cablaggio, fusibili con rating più elevato e così via. Avresti bisogno di prese diverse sulle prese in modo che nessuno abbia fatto un errore nel collegare un dispositivo CA a una presa che fornisce CC.

Nel complesso, è più economico e più semplice inserire un inverter CC-CA nella batteria rispetto a quello di sventrare l'intero sistema elettrico della casa e ricostruirlo, oltre all'acquisto di tutti i nuovi apparecchi, oltre a richiedere ancora un piccolo inverter CC-CA in ogni stanza per i dispositivi che non possono essere riacquistati per funzionare da DC - che al momento è quasi ogni gadget. Si potrebbe pensare che l'inverter CA fornisca "compatibilità con le versioni precedenti" con i cento anni precedenti di dispositivi elettrici.

Se un neofita ha letto fino a questo punto, potrebbe essere utile definire "SMPS", ovvero un alimentatore a commutazione. Quasi ogni computer desktop (99,99 ...%) ne contiene uno, così come un UPS, un gruppo di continuità.

[PS: essendo questo il mio primo post per SE, devo ammettere di essermi lasciato trasportare dalla storia e dagli argomenti relativi alla periferia. Colpevole come accusato?]

All'interno, l'SMPS utilizza un raddrizzatore per convertire la corrente alternata in ingresso in CC, che alimenta un inverter ad alta frequenza *. (Un inverter converte la corrente continua in corrente alternata.) La corrente alternata dell'inverter alimenta un piccolo trasformatore che è notevolmente più piccolo di un trasformatore a 60 Hz della stessa potenza, forse del 10% in più. Il trasformatore fornisce le tensioni CC necessarie da più avvolgimenti secondari tramite raddrizzatori. In un certo senso, non è molto diverso da una cinghia di trasmissione nel motore di un'auto che offre diverse velocità per l'alternatore, la ventola e altri accessori. * Almeno 25 kHz, probabilmente molte volte.

Una nota di sicurezza: la corrente continua che alimenta l'inverter è di circa 300 V circa, ed è resa liscia da grandi condensatori che immagazzinano energia per millisecondi mentre la tensione istantanea della CA in ingresso non è o vicino al suo picco. Potrebbero trattenere la carica dopo aver scollegato il cavo di alimentazione e rappresentano un pericolo di scossa pericoloso e potenzialmente letale.

L'inverter utilizza semiconduttori, tradizionalmente transistor di potenza, per attivare rapidamente la corrente continua o completamente ad alta frequenza. Quando sono accesi, quei semiconduttori sono molto efficienti, perdono solo un po 'di energia come calore e, quando sono spenti, anche meglio. Le transizioni durante il passaggio sono veloci, ma richiedono una buona progettazione. Questa è la parte "switch mode". (Sì, c'è un oscillatore per fornire i tempi per gli interruttori.)

Gli inverter che fanno parte di impianti a energia solare forniscono corrente alternata alla frequenza della regione, 50 Hz in gran parte del mondo e parte del Giappone e 60 Hz per il Nord America, l'altra parte del Giappone e circolano nella maggior parte (se non in tutti) Centrale e paesi sudamericani.

Qualche tempo fa, c'era un suggerimento che la futura alimentazione domestica e per piccoli uffici sarebbe a due tensioni, 320 V (molto probabilmente DC, Iirc) e qualcosa come 24 o 32 V, come ricordo, anche DC. L'alta tensione sarebbe per i dispositivi che richiedono molta energia.

Prima dell'amministrazione dell'elettrificazione rurale, erano comuni i 32 volt DC, insieme alle piccole turbine eoliche. Prova Wincharger ™ per un marchio.

Le linee di trasmissione ad alta tensione CA ad alta tensione presentano perdite significative, forse a causa della capacità e della resistenza. Le linee CC ad alta tensione, tuttavia, presentano perdite molto inferiori. Sebbene la Francia avesse un collegamento pionieristico HVDC con generatori e motori isolati in serie, ci sono voluti un po ', probabilmente decenni, per sviluppare inverter, in particolare. La conversione affidabile di un megavolt DC a centinaia di megawatt in AC non è per i dilettanti!

Alimentatore e storia correlata

Questo è davvero un termine improprio. Sono davvero convertitori di potenza . L'alimentazione viene fornita dai generatori della rete pubblica, che vengono ruotati da turbine. All'inizio degli anni 1920, tutti i radioricevitori erano alimentati da batterie, batterie A (in genere batterie per auto, tutte da 6 V) e batterie B , non ricaricabili, 22½ V e multipli, fino a 135 V. C esistevano delle batterie, ma apparentemente è durato per metà. Quelle batterie per auto hanno preceduto i tipi sigillati / regolati da valvole e l'acido solforico diluito era poco gentile con i pavimenti e i tappeti del soggiorno. La ricarica è stata una seccatura. Le batterie B comprendevano molte celle di zinco-carbonio da 1,5 V e il loro costo non era banale.

All'epoca, il potere delle utenze domestiche stava diventando abbastanza comune e c'era una reale necessità di far funzionare le radio dal potere domestico. Inizialmente, i dispositivi per sostituire le batterie hanno fatto il loro lavoro, e in seguito quelli erano chiamati "alimentatori", anche "eliminatori di batterie". Il termine ha catturato la fantasia degli ingegneri radio e, da allora in poi, è rimasto in uso per i convertitori da linea CA / rete a CC.

Note correlate:

Prima che 110 (120?) Volt diventassero standard per il servizio di utilità DC negli Stati Uniti, le prime utility DC andavano da 50 a 500 V. * La prima applicazione diffusa per i motori elettrici erano i ventilatori rotanti, in genere da tavolo. Le cinghie di trasmissione sono state utilizzate per alcuni. Gli antichi collezionisti di ventole conservano la storia dei primi motori elettrici. * Un annuncio, riprodotto online, da un primo fan maker offriva quella gamma di tensioni.

L'utilità DC non scompare rapidamente. New York City aveva 110 V CC forniti ad almeno una sala da ballo dell'hotel dopo il 1960. (Gli azionamenti di ascensori DC potrebbero ancora esistere, anche oggi.) L'Audio Engineering Society tenne la sua mostra annuale della convention all'inizio del 1960 al The New Yorker Hotel. Quando furono allestiti i reperti per la prima volta, subito dopo che i dispositivi furono collegati e accesi, sembrarono morti, ma i trasformatori di potenza e i motori in essi si surriscaldarono; alcuni potrebbero essere stati gravemente danneggiati. L'alimentazione DC a un dispositivo solo AC apparentemente non fa scattare gli interruttori o i fusibili.

Hai indovinato! Le prese a muro non erano contrassegnate come DC e avevano gli slot accoppiati standard che avevamo tutti prima della messa a terra di sicurezza a 3 fili.

Molti decenni fa, era comune usare i tester per controllare l'alimentazione se era AC o DC. Tra questi tester c'erano la carta per test di polarità, che era stata trattata con un po 'di sale ionico. DC ha creato un colore su un solo filo. I piccoli tipi di lampadine al neon con cavi collegati erano, e sono ancora un altro. Si illumina solo l'elettrodo negativo.

Insieme a questo, i dispositivi sono stati pubblicizzati come OK da utilizzare su AC o DC. Notevoli erano i rumorosi motori ad alta velocità negli aspirapolvere e nei trapani elettrici a filo, tra molti altri. Quei motori hanno "spazzole" di carbone, commutatori e rotori avvolti con filo magnetico. Fondamentalmente, sono motori a corrente continua con nuclei di campo laminati e uno spazio d'aria leggermente più ampio attorno al rotore. Inoltre, le radio pre-Seconda Guerra Mondiale, in particolare l'onnipresente cinque tubi, funzionavano bene su DC: invertivano la spina di alimentazione, se apparentemente erano "morte" su DC.

I primi motori per carrelli, tutti DC, utilizzavano spazzole in rame (in lega?) Per contattare i loro commutatori. Quelli non funzionavano, quindi i blocchi di carbone hanno preso il loro posto. Il nome originale è rimasto bloccato.

Apparentemente, molti interruttori della luce erano rotanti. Girando la manopola, avresti avvolto una molla e, dopo un quarto di giro, il meccanismo avrebbe sbloccato improvvisamente i contatti, per rompere l'arco. (Non ci sono magneti magnetici?) Prova "Ark-Les" ™ per un marchio. Forse è per questo che diciamo "accendi / spegni" una luce, anche se a volte le luci da tavolo e da tavolo con prese per interruttori hanno manopole rotanti.

Gli interruttori a parete più vecchi per le luci della stanza, l'onnipresente tipo di leva su / giù, hanno fatto uno scatto distintivo quando azionati. Deve essere stato semplicemente quello di rompere gli archi CC. Mio apt. ha entrambi i tipi

Il Massachusetts richiedeva che gli interruttori della luce del bagno fossero fuori dalla porta della stanza. (Il mio apt. Lo fa, costruito nel 1957.) Apparentemente, la gente si è fulminata, forse perché i coperchi rimovibili per interruttori rotanti non sono stati sempre fedelmente sostituiti.

In effetti, la storia della protezione dalle scosse elettriche ha continuato a migliorare. Una ventola elettrica molto precoce aveva connessioni esposte e quelli che sembravano grandi, lunghi fusibili in cima, senza coperture.

Ancora oggi, gli interruttori di guasto ad arco per i circuiti domestici e dei piccoli uffici sono rari (e piuttosto costosi). Nell'industria e nelle utility, dove viene gestita molta potenza, l'arco elettrico è un grave pericolo, preso sul serio.

Qualche tempo fa, mi sono imbattuto in una spiegazione per i fori alle estremità dei poli delle normali spine del cavo di alimentazione dell'emisfero occidentale. I primi punti vendita delle pareti non avevano molle in lega ferrosa, pochi dubbi a causa di eventuali corrosioni. Le leghe primaverili non ferrose dell'epoca apparentemente potevano e hanno perso la pazienza e le spine stavano cadendo! Le fossette nei contatti di uscita hanno impegnato i fori, almeno per far fronte alle ricadute, se non mantenendo un buon contatto.

I primi apparecchi elettrici avevano cavi di alimentazione che terminano con filettature a vite maschio, lo stesso di quelli delle nostre lampadine.

Se queste deviazioni sono cattive maniere, mi scuso!

Puoi alimentare la tua DC di casa, tuttavia rimane il problema che mentre la maggior parte dei dispositivi rettifica CA in CC, sono progettati per un ingresso CA. Questo è il motivo per cui hai bisogno di un inverter, anche se è in perdita, dai alla tua elettronica ciò per cui sono stati progettati. Anche in questo caso, i sistemi solari di collegamento in rete di cui parli aiutano solo a potenziare la potenza della rete. Hai bisogno di un bel po 'di pannelli solari e buffering (batterie) per separarti completamente dalla rete, e anche in questo caso, la tua capacità è limitata alla tua configurazione, invece di essere in grado di estrarre dinamicamente dalla rete quando necessario. Sempre più basato sull'opinione, non penso che varrebbe la pena e ti perdi molti benefici. Ad esempio, supponiamo che il 50% della popolazione riceva pannelli solari, non abbastanza per soddisfare i propri bisogni energetici individualmente. Però, insieme a una configurazione basata sulla connessione di rete e agli inverter, possono ridurre il carico sull'azienda produttrice di energia stessa. Tuttavia, mi chiedo anche la sicurezza del DC con gli attuali standard di cablaggio. Forse qualcuno più esperto potrebbe intervenire, tuttavia poiché CA non è sempre alla massima tensione (torna a 0 V), offre un po 'di spazio per il raffreddamento. DC invece è costante.

Potresti farlo. Se gli apparecchi sono stati costruiti per utilizzare DC. Che non sono. Poiché le case sono cablate per la corrente alternata, i produttori di elettrodomestici progettano e costruiscono per utilizzare la corrente alternata. Questa è la cosa principale che ti trattiene.

Ci sono standard in diverse parti del mondo per come dovrebbe apparire la corrente alternata (120 Volt a 60 Hz per gli Stati Uniti, 220 Volt a 50 Hz per l'Europa, come esempi) e lampadine, aspirapolvere, TV, computer, ecc. fabbricato secondo quegli standard. Per quanto ne so, non esiste uno standard riconosciuto a livello internazionale per DC. Ergo, buona fortuna a trovare apparecchi che utilizzeranno la distribuzione di energia CC. Ce ne sono alcuni che usano 12 Volt DC, pensati per essere usati in veicoli e barche, ma sono piuttosto limitati.

Ho pensato a lungo che sarebbe l'ideale per cablare una casa a 500 Volt DC e disporre di inverter point-of-use che potrebbero produrre quello che vuoi. 500 Volt ti permetterebbero di fornire uno qualsiasi dei tuoi carichi esistenti con lo stesso cablaggio (la sezione del filo limita gli amplificatori; tensione maggiore = ampli più bassi per un dato carico in modo che i fili possano gestire ALMENO quanto prima). 500 VDC è anche la specifica massima per la ricarica rapida di veicoli elettrici di cui sono a conoscenza.

Se fornissi 500 VDC attraverso la casa, un circuito PWM, un IGBT e un ponte H sarebbero sufficienti per invertirlo in qualsiasi tensione CA <353 Volt. Se creiamo AC nel punto di utilizzo, per un plugin, non per l'intera casa, i componenti per questo potrebbero essere molto più piccoli e più economici. Sì, ne inseriresti uno o due in ciascun socket, aumentando così il costo totale. Ma sarebbe possibile collegare quello stereo made-for-the-USA accanto alla lampada made-for-Europe (o viceversa). Oppure, una variazione su quel dispositivo nella presa potrebbe fornire alla DC il tuo laptop, la TV a schermo piatto, ecc. Necessita, direttamente, senza convertire di nuovo DC -> AC -> in DC con il power brick. Probabilmente, la conversione di DC ad alta tensione in DC a bassa tensione sarebbe più efficiente di quel processo. E "efficiente"

Alcuni anni fa, stavo leggendo un articolo di qualcuno che ha cablato la propria casa per i consueti 120 V CA a 60 Hz (USA) e 48 V CC. Era fuori rete, aggiungeva regolarmente più carichi e cercava di evitare di spendere soldi per un nuovo inverter di capacità superiore, più batterie e più pannelli solari. Ha selezionato 48 VCC perché potrebbe ottenere convertitori step-down semplici e basati su resistori per altri dispositivi CC. La sua segreteria telefonica funzionò a corrente continua, invece di una "verruca da muro" collegata a corrente alternata. Idem per il suo laptop. Le sue luci di sicurezza a rilevamento di movimento utilizzavano entrambi; il rilevatore di movimento era collegato a un DC abbassato (sì, doveva rompere il case e modificarlo da solo) e l'illuminazione usava AC. Passare varie cose a CC era abbastanza efficiente che il suo pacco batteria esistente è durato significativamente più a lungo ed è stato in grado di rimanere con il suo inverter e l'array solare esistenti. Il sistema risultante, sebbene più complesso, era più efficiente. Sembra il tipo di cosa di cui ti stai chiedendo.

Le case usano la corrente alternata perché era più semplice realizzare trasformatori step-up / down per la corrente alternata quando tutta questa infrastruttura ha iniziato a essere costruita. Almeno una persona ha fatto riferimento alla Guerra delle Correnti. Westinghouse e Tesla (sostenitori della corrente alternata) hanno conquistato Edison (sostenitrice della corrente continua) perché la facilità di aumento / riduzione della tensione CA ha reso efficiente e relativamente economico la costruzione di alcune centrali elettriche e la distribuzione di energia ad alta tensione in tutta la creazione, quindi ridurlo a livelli utilizzabili più vicini al punto di utilizzo. La DC richiedeva che l'energia fosse prodotta localmente, poiché aumentarla / aumentarla era difficile. All'epoca, aumentare la corrente continua significava che avevi un motore a bassa tensione che faceva girare un generatore ad alta tensione. A quei tempi non avevano una commutazione a stato solido basata su semiconduttori.

A proposito di SMPS, senza alcuna modifica puoi avere alcuni problemi eseguendolo su DC.

Il raddrizzatore DC BUS. Saranno condotti solo 2 diodi (considerando un raddrizzatore a ponte intero), se hanno dimensioni ridotte (senza margine di sicurezza) possono costituire un problema. (Per questo basta collegare il DC direttamente al bus DC o sostituirlo con un diodo a corrente più elevata).

Il PFC. A seconda di come viene implementato il PFC, questo può diventare un problema. Alcuni controller si aspettavano che zero incroci creasse una rappresentazione sinusoidale della corrente per confrontare e correggere la forma d'onda della corrente del dispositivo. In questi casi in cui viene utilizzato un tipo di boost PFC, la tensione sul bus DC è più alta, quindi è possibile risolverlo, ma non è così semplice come alimentare DC al dispositivo senza modifiche.

Per quanto riguarda altre cose, ci sono alcuni dispositivi che controllano la potenza applicata al dispositivo tramite il controllo dell'angolo di fase. Sotto DC faranno un semplice fermo.

AC consente la trasmissione di energia a grandi distanze con minori perdite

Non esattamente, le perdite di calore sono minimizzate trasmettendo ad alta tensione poiché le perdite di riscaldamento sono generalmente proporzionali al quadrato della corrente moltiplicato per la resistenza, consentendo conduttori economici e lunghe distanze.

... pannelli solari ... [w] perché questo non è fatto?

Cerca il prezzo per l'acquisto e la manutenzione di abbastanza pannelli solari per alimentare la tua casa.

Potresti alimentare tutta la tua casa usando DC?

Sì. La maggior parte degli apparecchi digitali funzionerà correttamente su DC. Apparecchi come frigoriferi e rondelle richiedono AC per far funzionare timer e motori AC.

Potresti riutilizzare i tuoi fili domestici esistenti?

Sì, il rame è rame.

Questo non è fatto perché è molto più costoso. A lungo termine, tuttavia, vi è un ritorno sugli investimenti.

Quando ho iniziato a esaminare le case a energia solare nei primi anni '90 (USA), le cose erano in un flusso.

Il vecchio modo di fare le cose era come suggeriva l'interrogante: gestire la casa a 12 V, con luci a 12 V, frigorifero a 12 V, ecc. Alcune persone sostenevano 24 V anziché 12 V per una migliore efficienza di trasmissione all'interno della casa. I 12V erano più comuni perché c'era già un mercato per le cose alimentate da batterie per auto da 12V.

Ma gli inverter stavano diventando più efficienti e meno costosi, quindi il consiglio più moderno (nei primi anni '90) era di ottenere un inverter e usare luci, apparecchi, ecc. Standard invece di sprecare denaro in apparecchi a 12 V non standard, più costosi, acquistare alcuni pannelli fotovoltaici extra.

Ciao: Quando si dimensionano i cavi per l'uso in una casa, ci sono due considerazioni (1) il grado di ampiezza del filo deve essere maggiore della corrente massima che trasporterà. Ciò consente al flusso di corrente sufficiente di soffiare l'interruttore in caso di sovraccarico del filo e (2) la dimensione del filo dovrebbe essere sufficientemente grande da far scendere la tensione al massimo carico inferiore al 2%.

Se provi a cablare la tua casa a 12 V CC scoprirai che hai bisogno di una barra buss (non puoi comprare un filo abbastanza grande di diametro) per trasportare la stessa quantità di energia che ottieni da un circuito da 120 AC 15 amp. Anche se si alimentano solo carichi a bassa corrente, il costo del rame sarà molto elevato.

Ma alimentare una casa dai pannelli solari non ha senso economico a causa del costo delle batterie. Molto meglio usare un inverter di utilità intertie e semplicemente reinserire l'alimentazione nella rete CA. Anche in questo caso la maggior parte degli inverter sono molto vicini ai pannelli e producono 240 V CA per ridurre al minimo il costo del rame per ottenere l'alimentazione dai pannelli alla presa da 240 V CA più vicina in casa.

Ho un pannello solare da 200 W che guida un piccolo inverter collegato a una presa da 120 V CA dopo aver attraversato un Kill-A-Watt in modo da poter vedere quanta energia sta producendo. Il pannello non è mirato e quindi ottenere 60 watt è il picco per una giornata estiva.

Non sono d'accordo con molte altre risposte. Quanto più avanzati sono i nostri apparecchi, tanto più facile sarà l'implementazione della tua proposta, purché si parli di tensioni CC a livello di bus (150-170 V negli Stati Uniti). Quasi tutto ciò che utilizziamo funziona a corrente continua, quindi c'è comunque una conversione di potenza - e per fortuna, quasi tutti gli apparecchi relativamente nuovi usano SMPS per la conversione CA-CC; questi convertitori di potenza non hanno alcun problema ad accettare gli ingressi CC (poiché la prima cosa che fanno con l'ingresso è comunque rettificarli in CC). Gli unici apparecchi a cui dovresti prestare attenzione sono le cose con grandi motori elettrici, anche se molti nuovi apparecchi utilizzano BLDC e motori trifase azionati da controller che, di nuovo, scappano da CC. Inoltre, qualsiasi cosa con un ingresso trasformatore, ad esempio i ricevitori stereo hi-fi, avrà problemi in esecuzione su DC. Per questi apparecchi,