直流照明是指使用直流 (DC) 电力来照明直流照明灯具（如 LED 照明）。用于照明的直流配电系统的一个很好的例子是 PoE（以太网供电），它将交流 (AC) 电源转换为直流电源，并将其分配给直流照明。
直流照明的交流电源问题
LED 灯具等直流灯应通过直流电源提供直流电。不幸的是，他们通常得到的是交流电（因为电网分配交流电）。这意味着 LED 灯具和其他直流照明需要将获得的交流电源转换为所需的直流电源。执行这些交流到直流转换的整流器效率相当低，每次打开灯具时通常会浪费高达 20% 的能源。
这些能量以热量的形式被浪费，如果驱动器是集成的，这尤其会影响直流灯具。当集成 LED 灯具的驱动器时，LED 及其整流器（位于驱动器内部）非常靠近。因此，当能量通过效率低下的整流器以热量的形式浪费时，散发的热量与实际设备非常接近，使得带有集成驱动器的 LED 灯具更容易出现热失控引起的问题。
热失控是当集成驱动器效率低下所发出的热量开始磨损设备时发生的一种现象，在正反馈循环中造成更多效率低下。这最终会加速带有集成驱动器（和整流器）的 LED 灯具的老化。
其结果是：
- 能源效率低下会增加照明运营成本
- 需要更频繁地更换 LED 灯具
- 闪烁的灯光
使用交流电为照明供电的问题不在于交流电本身，而在于用于直流照明应用时更是如此。
交流电在 20 世纪初电力广泛使用之初就迎来了它的辉煌时刻。当时，白炽灯实际上是唯一的选择，尽管白炽灯发出的能量中只有大约 2% 被用作可见光，而其余 98% 的能量都以热量的形式浪费了。与当时的大多数电气设备类似，白炽灯使用交流电源。因此，将空调分配给家庭和建筑物是合适的。
然而，现在，在使用带有直流电机的电动汽车和 HVAC 设备的家庭中，直流消耗约占总电力负载的 74% 。事实上，每一个使用电池或有屏幕的设备都需要直流电源。考虑一下您的笔记本电脑、手机、平板电脑、相机以及其他所有可以被视为数字的东西。尽管我们的大多数日常设备都需要直流电，但配电系统与大约 100 年前基本相同，并且仍然分配交流电。
当然，在电流之战中选择交流电而不是直流电还有更多的技术原因。
为直流照明分配直流电源的好处
LED 是当今最高效的照明选择，通常将约 95% 的消耗能量转化为可见光，仅约 5% 的消耗能量以热量形式浪费。如前所述，通过向 LED 照明提供所需的直流电源，可以使其更加高效，这样就不需要低效的交流到直流转换，这也可以最大限度地减少热失控，从而最大限度地延长 LED 灯的使用寿命。此外，将直流电源分配给直流照明还有更多好处。
1) 消除低效的交流到直流转换：如前所述，当 LED 灯具接收交流电源时，它们需要将交流电源转换为直流电源。将交流电转换为直流电是由灯具驱动器内的整流器执行的。如果集成该驱动器，则低效率会以热量的形式散发，从而加热灯具的电子设备。这些热量会磨损电子设备，使它们效率更低，这意味着会散发出更多的热量，并且电子设备会加速磨损。这种正反馈循环称为热失控。将直流电源直接分配给 LED 照明可以消除对这些低效整流器的需求，从而通常可以将直流照明的能耗降低约 20%。它还允许 LED 照明在其 LED 芯片的整个使用寿命内持续运行，通常约为 100000 小时。
2) 由于热失控导致的驱动器性能恶化最小化，提高了直流设备的可靠性：为了跳出上一点，直接分配直流电源的 LED 的使用寿命更长。这样做的两个具体好处是 LED 灯具不需要经常更换，而且不会闪烁。
3) 最节能的设备通常需要直流电源才能运行：分配直流电源可以支持节能技术的扩散，因为它们通常需要直流电源才能运行。以下是针对三个不同市场的节能选项的一些示例。其中每一个都需要直流电源：
- LED照明
- 变速 HVAC 设备：这种现代 HVAC 系统的能耗比单级装置少约 15%，因为它并不总是以其最大容量运行。
- 电动汽车直流级快速充电： 3级电动汽车充电器为电动汽车电池（需要直流电才能运行）提供直流电。它们为电动汽车充电的速度比 2 级充电器快约 10 倍。我们制作了一个关于此的完整视频，您可以在下面看到。
4) 智能系统和设备通常需要直流电源才能运行：世界正在转向更智能的手机、冰箱、门锁、电视、汽车等，使用智能设备和系统时存在巨大的节能机会。例如，您可以根据自然光的可用性（日光采集）自动调整照明亮度，如果电动窗帘也实现自动化，则可以节省高达70% 的照明。这些系统中使用的智能灯泡和灯具通常是 LED，因为它们比荧光灯具有灵活性和能源效率优势。因此，智能系统中的照明通常需要直流电源。此外，智能设备是数字设备，因此使用半导体，而半导体也需要直流电源才能运行。
5）接触直流电源的危险性较小： 由于交流电源的性质，它可以更容易地与通过穿透我们的皮肤（皮肤是一种具有电阻、电容和电感特性的绝缘体）来攻击我们的神经系统。另一方面，直流电在某些电压下仍然很危险，但不能轻易穿透我们的皮肤，因为它没有频率，因此会被我们身体的电容阻挡。因此， 在相同电压下，交流电的安全性不如直流电。
6）直流照明可以成为太阳能等可再生能源扩散的顺风车：使用直流电的设备越多，对直流发电的需求就越大。虽然水力发电、核能和燃煤发电厂等传统能源产生交流电，但太阳能等更多可再生能源产生直流电。当产生交流电但需要将其转换为直流电时，需要大型整流设备，这会导致传输成本极高。降低该设备成本的一种方法是直接利用太阳能产生直流电。
目前，存在阻碍太阳能大规模发电的技术挑战。例如，存储和电压调节技术尚未达到可以生成、存储并在必要时降压高压直流电的程度。进一步解释一下，交流电源与变压器兼容，而直流电源则不兼容。变压器是可以根据电压要求轻松升高或降低电压的设备，并且它们还可以隔离电力以确保安全。
为了在传输系统中使用直流电，必须使用整流器将直流电转换为交流电，然后再升压或降压（使用变压器）。然后它可以转换回直流电。因此，根据事后是否需要将交流电转换回直流电，HVDC 传输中需要 1 - 2 个大型整流器。由于直流电流经电缆的效率很高，因此这种额外设备的成本通常是合理的，但仅限于“收支平衡”距离（约 600 公里）。
目前，直流电可以更实际地以更小的规模产生和分配。在学校和办公室等建筑物的屋顶上常见太阳能电池板。这些直流微电网可持续供应能源，还可以为 LED 照明等直流设备提供所需的直流电源。如果更多的人决定将直流电分配给他们的直流照明，这可能是推动太阳能等可再生能源扩散的驱动因素之一，即使它目前仅用于小规模发电。
尽管大规模直流发电和输电面临挑战，但小型直流配电最近取得了长足进步。
交流电源和直流电源之间的本质区别
也许你想知道交流电源和直流电源之间有什么区别。二者之间的根本区别在于电流的流动方向；直流电源在电压与时间关系图上以直线路径传输，而交流电源每秒交替极性 50 - 60 次。这给交流电提供了频率，而频率会带来负面和正面的结果。
一方面，具有频率意味着交流电与变压器兼容，这通常使得升压以进行长距离传输变得便宜。事实上，这就是电流之战最终选择交流电源的原因。另一方面，频率使其比直流电源更容易产生线路损耗。由于直流电源没有频率，因此除了某些类型的电阻性线路损耗外，它不易产生任何线路损耗。这使得在盈亏平衡距离达到 600 公里（如前所述）后使用高压直流输电系统更加便宜。
总结
总之，为直流照明提供所需的直流电源是一种因其效率等优点而迅速受到关注的方法。白炽灯泡等交流照明的效率明显低于 LED 等直流照明，而向直流照明提供交流电源会使直流照明的能源效率降低。使用直流微电网或其他形式的直流配电消除直流照明中的交流到直流转换，可以提高能源效率，并最大限度地减少热失控。这不仅可以节省成本，还可以通过最大限度地减少照明能源浪费，为更加可持续的未来做出贡献。
同样依赖直流电源的智能照明的兴起，进一步凸显了直流照明的优势，可实现先进的控制、自动化和能源管理功能。此外，直流照明可以作为可再生能源发电的顺风车，特别是太阳能。由于太阳能电池板产生直流电，将其与直流照明系统结合使用可以简化整体能源基础设施，并促进清洁和可再生能源的利用。随着我们迈向更绿色、更智能的未来，直流照明在改变我们的空间照明方式方面拥有巨大的潜力。
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