Es ist größtenteils ein Mythos, dass es viel effizienter ist, Gleichstromgeräte wie Laptops an einem durchgängigen Gleichstromsystem zu betreiben, als einen Wechselrichter und stattdessen den vorhandenen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zu verwenden 1 .
Werfen wir einen Blick auf Ihre erste Frage:
1) Wie ineffizient ist es, 12 V auf 120 V und dann wieder auf 12 V zu erhöhen, wie dies bei der Verwendung eines herkömmlichen Kfz-Wechselrichters zur Stromversorgung eines Laptops der Fall ist (dh die 12 V-Autobatterieleistung wird durch einen Wechselrichter auf 120 V und dann durch den Wechselrichter wieder auf 12 V erhöht)? Netzteil des Laptops)?
Es hängt von Ihrer Hardware ab, aber es ist nicht zu schrecklich. Sie haben zwei Hauptkonvertierungen: die DC -> AC-Konvertierung im Wechselrichter und die AC -> DC-Konvertierung in der Stromversorgung für das Gerät.
Die meisten modernen Qualitätswechselrichter sind über 90% effizient und viele erreichen über einen großen Teil ihres Betriebsbereichs einen Wirkungsgrad von 95%. Sehr billige oder kleine Wechselrichter können schlechter sein, vielleicht in den niedrigen 80ern, und selbst gute Wechselrichter sind oft weniger effizient, wenn sie mit sehr geringer Leistung im Verhältnis zu ihrer Nennleistung arbeiten.
Für die AC -> DC-Seite finden Sie mehr Varianz. Einige Qualitätskonverter, z. B. die mit einigen Marken-Laptops gelieferten, erreichen einen Wirkungsgrad von 90%, viele andere liegen im Bereich von 70% bis 80%. Sehr kleine AC -> DC-Wandler, wie sie in USB-Steckern zu finden sind, sind tendenziell etwas weniger effizient als Wandler, die weniger Platz benötigen.
Insgesamt sehen Sie dann einen Best-Case-Verlust von vielleicht 15% (ein 95% effizienter Wechselrichter mit einer 90% effizienten Stromversorgung) und einen Worst-Case-Verlust mit einem vernünftigen Wechselrichter von vielleicht 40% (ein Wechselrichter in der EU) High 80s kombiniert mit 70% Netzteil 2 .
Berücksichtigen Sie jetzt auch, dass der "Ende-zu-Ende" -DC-Pfad im Allgemeinen auch eine DC-DC-Wandlung benötigt, es sei denn, das Gerät arbeitet genau mit der Spannung (z. B. 12 V oder 24 V) Ihres DC-Systems. Diese Konvertierung ist wahrscheinlich bestenfalls so effizient wie eine der oben genannten Konvertierungen. Wenn Sie einen der verschiedenen einstellbaren Abwärts- / Aufwärtswandler mit einem breiten Eingangs- und Ausgangsbereich kaufen, kann der Wirkungsgrad im schlimmsten Fall erheblich niedriger sein, wenn er außerhalb seines idealen Bereichs betrieben wird. Wenn Sie also alle anderen Faktoren ignorieren, ist es sogar möglich, dass der gesamte Gleichstromweg bereits weniger effizient ist als der Wechselstrom!
Nehmen wir jedoch an, dass der vollständige Gleichstrompfad theoretisch um etwa 10% effizienter ist als der DC-AC-DC-Pfad. Hier sind die Nachteile eines vollständigen DC-Pfads, die diesen kleinen Vorteil aufwiegen könnten:
- In so etwas wie einem Haus (oder Wohnmobil oder was auch immer), wie Sie in Punkt (2) erwähnen, ist bereits eine 120-V-Verkabelung vorhanden: Für Stromversorgungsgeräte in einem vollständigen Gleichstromsystem müssen diese Geräte entweder ganz in der Nähe der Batteriebank installiert oder eine zweite Gleichstromverkabelung ausgeführt werden System mit erheblichem Aufwand (das Hinzufügen von Kabeln zu einem vorhandenen Haus ist viel schwieriger als beim Bau - es sei denn, Sie haben nichts dagegen, hässlich). Darüber hinaus gibt es Probleme wie die Tatsache, dass es keine Standardsteckdose für Gleichstrom gibt (der Zigarettenanzünder ist wahrscheinlich das am nächsten unterstützte Gerät, aber für viele Zwecke ungeeignet).
- Niedrigere Spannungen sind inhärent weniger effizient als höhere Spannungen für die Übertragung: sowohl weil ein gegebener absoluter Spannungsabfall einen höheren relativen Bruchteil der Gesamtspannung darstellt, als auch weil proportional mehr Strom benötigt wird, um die gleiche Leistung zu liefern. Dieser Effekt ist in etwa quadratisch: Ein 12-V-System leidet ungefähr 100-malder Spannungsabfall als Drähte des gleichen Messgeräts bei 120V des gleichen Messgeräts, um die gleiche Leistung zu liefern. Ein Beispiel: Über 10 Fuß 14 AWG Haushaltskabel, für eine Last von 120 W, benötigt ein 120 V-System 1 Ampere und weist einen Spannungsabfall von 0,042% auf - im Grunde genommen ein Rundungsfehler. Ein 12-V-Gerät mit derselben Leistung würde 10 Ampere verbrauchen und einen Spannungsabfall von 4,2% erleiden. Bei einem Gewicht von 14 AWG (10 Fuß) haben Sie also bereits so viel Leistung verloren, wie Sie in einem guten Wechselrichter verlieren würden. In einem Haus kann es leicht zu Verkabelungsverläufen von 50 oder 100 Fuß kommen, was zu Gleichspannungsabfällen führt, die das System selbst bei einer kleinen Last von 120 W unhaltbar machen. In der Praxis müssten Sie einen wesentlich größeren Drahtquerschnitt verwenden, um dem entgegenzuwirken. Dies ist ein erheblicher Kostenfaktor, der stattdessen nur für mehr Solarmodule oder Batterien aufgewendet werden könnte.
- Wechselstrom ist die Standardeinstellung: Fast jedes Gerät, das Sie kaufen, wird standardmäßig mit einem Wechselstromstecker geliefert. Es gibt alle Arten von Geräten, bei denen Sie auch eine DC-Version kaufen können , jedoch häufig mit einer stark reduzierten Auswahl. Ja, das kannst duKaufen Sie einen gleichstrombetriebenen Kühlschrank, aber Sie müssen so ziemlich aus den ein oder zwei seltsamen Modellen in Ihrem örtlichen Solar- / Batterieladen wählen. Dies ist oft das Doppelte des Preises eines Kühlschranks, den Sie woanders kaufen würden, und basiert auf einem alten Modell, das von Natur aus weniger effizient sein kann. Das Gleiche gilt für Gleichstromventilatoren, Fernseher, Kaffeemaschinen usw. Ja, sie existieren, aber der Markt ist derzeit winzig, wie die Auswahl folgt. Sie verschwenden mehr Geld und sind weniger zufrieden mit dem, was Sie am Ende haben, als Sie jemals bei "Wechselstromverlusten" gespart haben. Der eine Ansatz, der hier funktioniert, besteht darin, Dinge zu erhalten, die mit Wechselstrom betrieben werden, aber über einen externen Wechselstrom-Gleichstrom-Baustein verfügen: Sie können den Baustein überspringen und Ihr Gleichstrom-System direkt anschließen (aber auch hier sind die Spannungen normalerweise seltsame Dinge wie 17 V, 21 V, usw., so dass Sie immer noch eine Konvertierung benötigen).
Also werde ich die einzige Stimme sein, die hier zu sein scheint, und sagen, dass jede Art von großem oder mittlerem "DC-System" nicht wirklich Sinn macht, nur um Konvertierungsverluste zu sparen, wenn Sie handelsübliche Geräte anschließen. 120 V Wechselstrom ist eigentlich eine ziemlich vernünftige Methode zur Energieverteilung, zumal dies der Standardeingang für fast alles ist, was Sie kaufen würden. Die Umwandlungsverluste sind bei modernen Geräten relativ gering, und selbst bei einem vollen Gleichstromsystem können Sie Umwandlungsverluste in der Regel nicht vollständig vermeiden.
1 Ich werde dies manchmal als DC-AC-DC-Ansatz bezeichnen.
2 Natürlich können Sie den Worst-Case-Fall noch weiter vorantreiben, wenn Sie einen wirklich ineffizienten Wechselrichter suchen (der sich jedoch unter Ihrer Kontrolle befindet) und ein Gerät mit einem schrecklichen (oder nur alten) SMPS- oder Linearregler finden, der sehr ineffizient ist.