除了在特斯拉和西屋公司臭名昭著的“潮流戰爭”中支持直流配電外，托馬斯愛迪生還對能源供應和可持續發展提出了與當今正在制定的政策驚人相似的觀點。他贊成使用能夠最大限度地減少直流輸電損耗的本地發電，并對利用風能，太陽能和潮汐等可再生能源的前景著迷。

今天，當然，人們越來越關注化石燃料的未來及其對環境的影響正在引導決策者關注可再生能源。此外，隨著技術進步使小型光伏陣列和風力渦輪機在企業，小型農場和一些房主的財務范圍內，本地發電 - 無論是連接到主電網還是孤島 - 已經變得實用且經濟可行。這些發電機的輸出通常為直流，必須先將其轉換為適當頻率和電壓的交流電，然后才能輸入本地電源。用于實現此目的的功率調節電路消耗了珍貴收獲能量的百分之幾。如果可以消除對直流到交流逆變器的需求，可以節省能源。

自愛迪生時代以來，用電量大幅增加;特別是，通過越來越多地使用諸如PC，移動充電器，平板電視和小型辦公設備之類的設備，這些設備基本上是直流供電系統。此外，白熾燈照明正在逐步取消，有利于直流供電的LED替代品。傳統上包含交流感應電機（如洗衣機或冰箱）的設備中的節能變頻驅動器現在將AC線路電源轉換為DC，然后以正確的頻率重建AC波形以實現所需的電機速度。從長遠來看，插電式混合動力或電動汽車的廣泛使用前景將進一步將需求平衡轉向本機直流負載，可通過直流電源更高效地運行，無需交流/直流電源在輸入端。電力研究所（EPRI）估計，直接使用現場可再生能源而不轉換為交流電的效率可能高達15％。

然而，今天的交流電網代表著巨大的投資在設備和技術方面。此外，目前使用的大量電器設計為從高壓交流電源供電，并且需要適應從直流電源供電或以其他方式更換。因此，采用直流配電的革命性變化是不切實際的。

建立直流微電網

另一方面，增量變化可能會在可能出現的地區引入直流配電的優勢。最容易訪問。小型DC微電網可用于通過以最小的轉換損耗為諸如LED照明或其他DC設備的負載供電來增強標準AC線路電源。這為擁有自己的太陽能或風力微型發電機的辦公室或家庭等物業提供了機會，可以有效利用可再生能源，同時減少水電費和環境足跡。

隨著今天的配電網和設備變得更加智能并獲得處理需求側管理和平衡的智能，DC微電網可以通過在獨立供電時從主電網移除負載來成為整體智能電網策略的組成部分，當本地能源耗盡時重新連接。微電網還可以通過逆變器連接到主電網，從本地微型發電機輸入任何多余的能量。

巴斯大學已經實施了它聲稱的英國第一個本地DC網絡為校園圖書館供電。在為期六個月的實驗中，50臺特別改裝的個人電腦直接由直流電源供電，LED照明也由直流微電網供電。此外，還安裝了一系列直接從DC微電網充電的備用電池，以便在公用電源中斷的情況下為照明和計算機供電。由于該實驗旨在研究室內低壓直流配電，因此能源來自標準交流電網而非本地可再生電源。前端的單個AC/DC轉換器有效地替換了磁帶庫計算機中的各個AC/DC電源，從而消除了多組轉換損耗，從而提高了整體效率。大學聲稱圖書館的總能耗減少了一半，相當于每年節省25,000英鎊，建筑物的環境空氣溫度也降低了。

標準促進進展

可能阻礙采用直流微電網的一個因素是相對缺乏管理諸如工作電壓，接線，安全性和設備互操作性等方面的標準。 EMerge聯盟發布的標準旨在解決這一缺陷，并包括占用空間標準，該標準規定了24 V的低壓直流配電，適用于為室內照明和小家電供電（圖1）。該聯盟還發布了數據/電信中心標準，該標準規定了更高的380 VDC電壓，為高性能服務器提供更高的功率。較高的電壓還可以通過降低分配電流來降低銅的成本。預計還會有更多的EMerge聯盟標準，包括在室外空間提供照明和EV充電點等負載的標準。

圖1：占用空間標準設想在天花板一級采用低壓直流配電，適用于現場產生的直流電源的饋電。

雖然低壓直流配電非常適合為LED照明供電，但低壓直流插頭，電纜或輸入插座沒有機械，安全或保護標準，可以銷售低壓直流供電設備或容易使用。如果采用直流微電網，它們可能僅用于為首次照明等負載供電，并且可能需要與標準交流單相電壓的交流室內配電并聯安裝。

“國際工程技術和物理問題雜志”（IJTPE）中概述的方案建議將交流和直流電網互連，以創建一個混合網絡（圖2），該網絡可以通過公用電源或本地太陽能或風能供電 - 動力微型發電機。逆變器處理從電網的直流到交流側的能量傳輸，而當太陽能電池陣列停止發電時，交流/直流轉換器使公用電源能夠在需要時為直流母線供電。

圖2：通過逆變器和轉換器互連的混合AC-DC電網。

能量存儲選項

因為可再生能源不一致，可能需要備份來幫助穩定能量流并提供應急電源。并網存儲器可以是電池陣列，如圖2所示并且也用于巴斯大學實驗，但是可以考慮其他類型的存儲器，例如飛輪或超級電容器陣列。

超級電容器具有非常高的功率密度和快速放電能力，可以快速響應高，短期的電力需求。充電時間也比電池短得多，其他優點包括更長的循環壽命，更高的可靠性，更低的維護，更高的溫度穩定性和更寬的工作溫度范圍。與普通電解電容相比，體積效率提高了數千倍，使工程師能夠設計緊湊，輕便的存儲，用于從包含單個超級電容器的板級脈沖或保持電路到適用于微電網備份或其他的大型超級電容器組。諸如UPS或電力推進等應用。

AVX擁有超級電容器，如SCC系列，其標稱電壓為2.7 V，可提供各種尺寸，最大165 mm x 60 mm，電容值來自對于SCCR12B105SRB，最高可達3500 F。在由多個超級電容器組成的陣列中，德州儀器BQ33100等設備管理器IC可提供控制，主動平衡，以防止過壓，健康監控和最多五個保護超級電容器串聯連接。與圖3中的BQ24640充電器IC配合使用時，IC通過SMBus連接向系統發送各個器件的充電狀態等信息。

圖3：為小型超級電容器儲能器充電和監控。

要為微電網備份構建大型電容器組，所需的超級電容器數量取決于能量和所需的輸出電壓。在他們的論文“超級電容器儲能在微電網系統中的應用”中，Gorakhnath，Venkateshwarlu和Tukaram使用以下公式來計算提供86 W/h所需的單元數，以便通過DC/AC逆變器為三個400 VAC相中的每一個供電到7千瓦。

其中Wini =應用程序中所需的能量; Cc =每個超級電容器單元的容量; UMax =超級電容器的最大電壓; d =電壓放電比

同樣，滿足電壓要求所需的單位數由下式給出：

其中VMin =銀行的最低電壓

Maxwell Technologies擁有一系列現成的超級電容器組件，適用于各種后備應用，總電容高達500 F，覆蓋電壓范圍為16 V至75 V.在這些電池組中，BMOD0165 P048的工作電壓為48 VDC，額定電容165 F，可存儲53 W/h的能量。

結論

在24 V等低電壓下直接使用本地發電在家庭或辦公室環境中有意義為LED照明等負載供電。通過最小化DC/DC轉換并避免使用逆變器，本地微電網可以更好地利用可再生能源來節省電費并減少溫室氣體排放。并聯或混合AC/DC網絡是可行的，并且可以幫助鼓勵低壓DC微電網與現有基礎設施的集成。這些可以使用來自主要公用設施電源或現場微型發電機的電力供電，由電池或高功率電源（如超級電容器組）支持。