功率電子產(chǎn)品的重點(diǎn)在于能效

近來(lái)，立法工作和廣告活動(dòng)都把焦點(diǎn)集中在能源使用的一個(gè)重要方面，也是功率電子產(chǎn)品能夠產(chǎn)生積極作用的地方―即待機功耗。許多法規，比如BlueAngel(藍天使)和TopRunner(領(lǐng)跑者)，都要求許多電子產(chǎn)品的待機功耗必須小于1瓦特。有些全球性標準是自愿性，另一些則是強制性的。功率電子行業(yè)已推出一系列相關(guān)的解決方案，而業(yè)界不少精英專(zhuān)才一直在致力于降低包括復印機，消費電子產(chǎn)品以及電池適配器和充電器等產(chǎn)品的待機功耗。

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(hù)通過(guò)整合其解決方案能夠節省多少能量，這是一件好事。不過(guò)，且讓我們回過(guò)頭去看看作為消費者在實(shí)際生活中常常遇到的真正挑戰，以及功率電子產(chǎn)品可如何發(fā)揮作用。

舉例說(shuō)，消費者起床后會(huì )利用熱水器洗一個(gè)熱水澡，而熱水器其實(shí)是效率最差的發(fā)明之一。水箱會(huì )全天候(每周7天每天24小時(shí))保持熱水溫度，以滿(mǎn)足消費者隨時(shí)的需要，這實(shí)在是效率很低的設備。大部分消費者把手機從墻上的充電器拔離后，往往會(huì )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瓦特的待機功率。設想消費者的孩子(正如大多數孩子一樣)總是忘記關(guān)掉壁櫥的燈，讓60瓦的燈泡沒(méi)必要地整天開(kāi)著(zhù)。當消費者不在家時(shí)，冰箱的壓縮機也一直啟動(dòng)著(zhù)，并使用已過(guò)時(shí)但仍流行的壓縮電機來(lái)保鮮食物。再看看家里的空調，其壓縮機使用著(zhù)同樣過(guò)時(shí)的技術(shù)，并且一天里啟動(dòng)多次，以保持室內清涼(若是制熱的話(huà)則保持溫暖)。

消費者工作的辦公室里有很多計算機和服務(wù)器。計算機和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器正逐漸成為電力系統中相當大的耗電部分。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的使用日益普及，信息技術(shù)消耗著(zhù)電廠(chǎng)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，而美國的總計年增長(cháng)率為14%，全球的總計年增長(cháng)率更達到16%。功率電子產(chǎn)品便可以通過(guò)提高效率來(lái)改善這一重要的功率耗電量。

服務(wù)器及其它互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的耗電量在整個(gè)社會(huì )總耗電量中所占的比例越來(lái)越大，而且，它們總處在運行過(guò)程中，而不會(huì )處于待機狀態(tài)。

就像工業(yè)時(shí)代的鋁和制造工廠(chǎng)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)報告指出：“最近幾年，隨著(zhù)對新的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)(比如音樂(lè )下載、視頻點(diǎn)播和互聯(lián)網(wǎng)電話(huà))的需求日益普及，這些領(lǐng)域的電力消耗量不斷增長(cháng)，從未停步?！备鶕﨤awrenceBerkeley實(shí)驗室的統計：“2005年，服務(wù)器使用的總電力已達美國總耗電量的0.6%左右。若把冷卻和輔助性基礎設施計算在內，這個(gè)數值更高達1.2%，相當于所有彩電的總耗電量，而且這個(gè)數據還在不斷的增加。2005年，美國和全球的總電力需求(包括相關(guān)基礎設施)分別等于大約5家和14家1000MW發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電量。2005年，維持這些服務(wù)器及相關(guān)基礎設施工作所需的電力費用，美國和全球分別約為27億美元和72億美元。假設每臺服務(wù)器耗電仍然維持在2005年的水平，上述趨勢預示著(zhù)到2010年，全球服務(wù)器消耗的電能將增長(cháng)達40%?！边@意味著(zhù)它在整個(gè)社會(huì )的能耗費用中的比例更大。

再回頭看看消費者的一天，在下班回家的路上，他們驅車(chē)前往足球場(chǎng)觀(guān)看孩子踢球，但由于車(chē)外非常悶熱，只好讓汽車(chē)一直開(kāi)動(dòng)以保持空調運行。

所有這些的重點(diǎn)是什么呢？雖然待機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，而這也正是功率電子產(chǎn)品可以切入的發(fā)展方向。較之消費者的總體能源消耗量，充電器和消費者家中的其它所有處于待機狀態(tài)下設備的待機功耗雖然只是很小的部分，但積少成多。同時(shí)通過(guò)對家中較大型低效率的設備中使用適當的功率電子產(chǎn)品來(lái)省下更多的能源。

若消費者擁有“智能”熱水器，能夠隨時(shí)進(jìn)行感測并按照“負載點(diǎn)”情況提供熱水，而不是讓巨大的水箱一直注滿(mǎn)熱水，那會(huì )怎么樣呢？這類(lèi)應用的感測和控制當然會(huì )使用電子產(chǎn)品。

照明耗電在消費者的電費賬單中比例可觀(guān)，而CFL燈是節能技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步。不過(guò)，雖然功耗得以降低，但是這些新型燈管的功率因數仍然帶來(lái)了一些問(wèn)題。帶有內置PFC和驅動(dòng)器的LED燈可以提高效率，并且能在使用壽命期間實(shí)現統一的功率因數。不僅能提高效率，而且降低裝置在整個(gè)使用壽命期間的維護成本。此外，假如我們擁有智能燈開(kāi)關(guān)，能夠感測房間里的活動(dòng)并利用定時(shí)器進(jìn)行開(kāi)關(guān)，那又會(huì )如何？現在所有類(lèi)型的熒光燈都已遇到了前述的功率因數問(wèn)題，即熒光燈的負載會(huì )造成三端雙向可控硅管無(wú)法觸發(fā)，導致器件無(wú)法正常工作，除非燈具負載為白熾燈。這樣的話(huà)，即使有人活動(dòng)，房間還是會(huì )一片漆黑；或者我們發(fā)明出能適用于任何負載的器件，但投資回報是否可行呢？若我們在前面提到的LED裝置中整合智能燈開(kāi)關(guān)，或許會(huì )變得很有意義。

讓我們再來(lái)看看消費者的電器負載情況吧！待機功耗很重要，雖然改進(jìn)了HVAC電機，但冰箱系統仍數十年如一日地采用陳舊的技術(shù)。如果我們能夠更常規性、更具有成本效益地在冰箱壓縮機上使用電子驅動(dòng)裝置，情況又會(huì )怎么樣呢？風(fēng)力發(fā)電機組和太陽(yáng)能板逐漸成為可行的能量來(lái)源，要利用這些系統的電力輸出來(lái)為我們的85-265VAC、50-60Hz設備供電，就必需使用功率電子產(chǎn)品來(lái)實(shí)現直流到交流的高效轉換。在汽車(chē)領(lǐng)域，混合電力已然是現實(shí)，而可插撥混合動(dòng)力即將出現。我們將可以一邊使用空調，一邊觀(guān)看足球比賽―如果孩子可以在炎熱的天氣下踢球，我們也應該能夠在酷暑下站在一旁觀(guān)看！有時(shí)我們也許不得不關(guān)掉空調。

我們可以使系統的效率更高，增加預測和智能控制功能，以便預估相關(guān)需求，并在不使用的時(shí)候關(guān)斷系統，從而節省能源。不過(guò)，明智的消費者也是節能的一個(gè)關(guān)鍵因素。用戶(hù)往往根據自己的經(jīng)濟狀況決定購買(mǎi)與否，而我們不得不基于投資回報、降低產(chǎn)品壽命期間的替換和維護成本等多個(gè)因素來(lái)對商品進(jìn)行評估。立法機關(guān)方面可以予以協(xié)助，例如，目前其正在公開(kāi)執行一項強制措施，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率最大的領(lǐng)域，設定進(jìn)取的能效目標，并且努力把它實(shí)現。同時(shí)待機功率也很重要，已經(jīng)到了需要著(zhù)手解決造成能效低下的主要問(wèn)題的時(shí)候，就好像噪聲級問(wèn)題一樣。功率電子產(chǎn)品將在提高效率和功能性、降低消費者總體擁有成本，并節省寶貴資源方面起著(zhù)關(guān)鍵的推動(dòng)作用。


參考文獻：

ESTIMATINGTOTALPOWERCONSUMPTIONBYSERVERSINTHEU.S.ANDTHEWORLD
JonathanG.Koomey,Ph.D.StaffScientist,LawrenceBerkeleyNationalLaboratoryand
ConsultingProfessor,StanfordUniversityJGKoomey@stanford.edu,http://www.koomey.com