在家庭、办公室、工厂及店铺等处,对电子设备供电的供电系统自大约100年以前就是交流(AC)供电系统的一统天下。不过,这种情况正不断发生变化。这是因为,直流(DC)供电系统的开发工作正以迅猛的脚步取得进展。目前已经有部分数据中心开始导入直流供电系统。
     采用直流供电减少20%耗电量
  为什么近年来直流供电的开发开始加速?其背景是人们对地球变温等环境问题的意识提高,另外,服务器、存储器及路由器之类IT设备的耗电量迅速增加。如果从现行的交流供电改为直流供电,则通过改变供电系统的构成可降低约20%的耗电量。
  例如在数据中心,电源瞬断对策必需采用不间断电源装置(UPS)。因此,以往从商用电源到IT设备内需要3次AC-DC转换,每次转换都会产生10%左右的损失(图1)。
     图1:减少转换损失,提高效率目前,在数据中心利用UPS向服务器供电的例子相当多(a)。这种情况下,来自系统的电力要进行3次AC-DC转换,因此转换损失较大。而如果直流供电成为现实,由于AC-DC转换进行1次即可,因此损耗将大幅减小(b)。
  如果将其改为直流供电系统,则一旦将商用电流转换为直流电之后,便可直接供给IT设备。也就是说,AC-DC转换的次数变成1次,损失将大幅减少。当然,DC-DC转换仍需进行数次,但这在交流供电系统中也是一样的。因此,由于AC-DC转换的减少,便可相应地降低耗电量。
  直流供电开发加速的理由另外还有一个。这就是太阳能发电正迅速普及。如果太阳能发电的导入取得更大进展,那么,希望将所发的直流电直接用于家庭及企业的需求也将提高。
  如果导入直流供电系统,则可消除随AC-DC转换而产生的浪费。今后,太阳能发电所产生的直流电,将直接供给到家庭及企业使用的电子设备中。太阳能发电所产生的电力将得到有效利用。
     实用化还存在难题
  虽然直流供电的开发取得迅猛进展,但在导入方面还存在不少难题。最大的难题,在于电压的设定以及确保安全性。
  如果电压低,则供电时的电阻损耗增大。如果为了减少电阻损耗而加粗电缆,则布线时的作业效率会降低。所以需要提高电压。然而提高了电压之后,又不得不面对电弧放电及触电之类的安全性问题。
  目前,额定电压、最小/最大电压、连接器形状及安全性能指标等方面,日本自不必说,全球性标准规格也尚未确定。首先,各市场领域要求制定出最佳的电压值及安全性能指标等标准规格。例如在数据中心,目前48V直流供电系统的导入已经开始,但运营商表示出了未来将电压值提高到300~400V的意愿。
  在此背景下,日本NTT集团有可能在数据中心用直流供电系统的性能指标制定方面,对国内外发挥较大影响力。这是因为,该公司已宣布,将致力于电压提高到约400V的直流供电系统的开发及标准化,力争在2010年度之前开始导入。实际上,日本NTT设施(NTT Facilities)已开发出支持400V直流的插排及电源插头(图2)。另外,日本NTT Data Intellilink开发出了支持380V的直流供电系统,并开始进行实证实验。
     图2:支持400V直流的电源插座由日本NTT设施与富士通元件(Fujitsu Component)联手开发。插排的10个插口分别配备断路器。外形尺寸为约83mm×80mm×1752mm。电源插头带有4个插脚,借此实现了安全开关。
  家用直流供电系统方面,电压值的设定也是一个大难题。目前,如果在60V电压以下,国际上没有安全方面的规定。因此,首先采用12~48V电压较为稳妥。然而,在这样低的电压值下,向占家庭内耗电量约4成的空调及冰箱供电是不现实的。这是因为各设备的耗电量都相当大。例如,如果想以48V电压向额定2kW的空调供电,那么电流将超过40A。这样一来,布线电缆会变得过于粗大。
  因此,今后将面向占家庭内耗电量的16%、且设备自身耗电量较低的照明器具,首先以12~48V电压进行直流供电。事实上,松下电工正在开发可以直流及交流两种方式供电的配电盘(图3)。直流电还可用于LED照明等领域。
      图3:既支持交流、又支持直流的配电盘松下电工正在进行开发。计划2010年投产。该公司称之为“混合布线器具系统”。