ガソリン価格の上昇、石油供給の制限、再生可能エネルギーへの継続的な資金提供は、エネルギー料金が史上最高値となっている要因です。新築住宅のエネルギー効率に関する規制がますます厳しくなり、ヒートポンプボイラーも導入されるようになると、新世代の電力機器が参入する市場が生まれます。エネルギー効率に関して、住宅はどのような課題に直面しているのでしょうか?家庭でエネルギーが浪費されるのは通常どこでしょうか?電源装置はどのように役立つのでしょうか?
住宅はどのような課題に直面していますか?
COVIDパンデミックが始まって3年目に入ったにもかかわらず、ウイルスの拡散を抑制するための世界的なロックダウンの影響は依然として感じられています。あまり詳しくは述べないが、複数回のロックダウンの結果、何千もの企業が閉鎖され、サプライチェーンが混乱し、半導体の供給が減少、そして政府が働けない国民への支払いを賄うために多額の借金をしたため経済パフォーマンスが悪化した。
現在、生活費の上昇とインフレが相まって、ほとんどの人の購買力が低下しており、賃金の伸びがないため、生活を維持することが困難になっています。さらに悪いことに、ロシア・ウクライナ戦争によるエネルギーコストの上昇により、住宅所有者は大きなプレッシャーにさらされており、多くの人が暖房を犠牲にせざるを得なくなっている。
最後に、効率性に関する法的要件が引き続き一般に導入され、これらの法律によって販売できるものとできないものが制限されています。こうした法律は、全国的にエネルギー料金の削減や炭素排出量の削減に貢献する一方で、エンジニアに簡単に解決できない設計上の制約を課すことになります。
家庭でエネルギーが浪費されるのは通常どこでしょうか?
家のエネルギー効率を改善するには、まずエネルギーの無駄の原因をすべて特定することが重要です。これまでのところ、エネルギーの無駄の最大の原因は断熱材の不足による熱損失です。そのため、現代の住宅では屋根裏や壁に大量の断熱材を入れることが義務付けられています (興味深いことに、湿気が溜まるため壁の空洞を空けておくべきだという強い主張があります)。
寒冷な気候では、熱損失は、熱い空気が家から直接逃げるか、または内部の暖かい空気が熱伝導によって家の端を暖め、その後冷えることによって発生します。暑い気候では、熱損失は同じですが、冷たい内部の空気が外に逃げたり、建物の熱い端部が内部の空気を暖めたりする点で逆になります。どちらの場合でも、安定した内部温度を維持するためにエネルギーが必要であり、断熱性が不十分だとこの熱伝達によってエネルギー料金が高額になります。
照明は現代の家庭におけるもう一つの主要なエネルギー消費源です。従来のタングステンフィラメント電球は、効率が極めて悪いため、米国やEUを含む世界中のほとんどの市場で段階的に廃止されていますが、LEDや蛍光灯であっても、照明は依然として大量のエネルギーを消費します。そのため、使用していない部屋の照明を消すことは、エネルギー料金を削減する良い方法です。
スタンバイ状態のデバイスは、技術的には「オフ状態」であっても、エネルギー消費に寄与する可能性があります。適切に設計された電源回路は、スタンバイ モード時にほとんどまたはまったく電流を消費しませんが、安価な電源アダプタは、使用していないときでも熱くなることがあります (通常、リニア レギュレータの使用と不適切な電源管理が原因です)。
洗濯機、掃除機、食器洗い機などの高出力機器も、次のような理由で電力を浪費することがあります。 電力変換。これらの家電製品では、誘導機器（モーター、ソレノイドなど）を駆動するためにDC電圧が必要な場合があり、この変換によって大量の無駄が生じる可能性があります。
最後に、再生可能エネルギー源（太陽光や風力など）を備えた住宅では、バッテリー貯蔵システムが設置されていない場合、電力を無駄にする可能性があります。エネルギー生成のピーク時に、再生可能エネルギー源によって生成された電力が使用されていない場合 それは無駄になっている。
家庭でどのようなエネルギーの機会が生まれているのでしょうか?
一つの扉が閉まると別の扉が開きます。これはエネルギー効率の分野ではまさに真実です。デバイスの効率性に対する規制の強化とエネルギー価格の上昇が相まって、エンジニアがエネルギー効率を改善するための最新の方法を模索する絶好の機会となっています。
熱が最大の要因であるため、温度勾配はエンジニアにエネルギーの回収と抽出の大きなチャンスをもたらします。たとえば、ヒートポンプは、電気のみに依存し、設置がより安全で、ガスボイラーよりも効率的に熱エネルギーを移動できるため、ガスボイラーに取って代わり始めています（ヒートポンプは暖房と冷房の両方に使用できます）。
急速な拡大により、 IoT業界低電力デバイスとともに、エネルギーハーベスターの使用が増加するでしょう。そのため、エンジニアは、歩くと電気を生成する圧電床や、熱いパイプに取り付けてエネルギーを生成できる熱電発電機など、より珍しいエネルギー源を研究することができます。
さらに、スマートホームの普及により、エネルギー効率を高める新たな機会も生まれます。家庭内の機器の数が増えると、恒久的な電源を見つけることが不可能になり、エネルギーハーベスティング技術に依存するようになるかもしれません。
電気自動車の使用の増加は、電力網の再生可能エネルギーの分野でも大きなチャンスをもたらします。再生可能エネルギーは生産ピーク時に貯蔵できないため、再生可能エネルギー源に頼ることは難しいが、電力網に接続されたEVは 仮想バッテリーとして機能する可能性がある 充電と放電を行って電力を安定させます。このシステムに貢献するEV所有者は、車両を無料で充電するためのクレジットを受け取るか、金銭的なインセンティブを受けることができます。
将来のスマートホームでは、リアルタイムのエネルギー価格と接続デバイスを組み合わせて、洗濯機や食器洗い機などの機器を稼働させる最適な時間を決定することも可能になります。住宅所有者は洗濯機に食器を入れ、エコスタートモードをオンにしておけば、ピークエネルギーが生成されるとき（つまりエネルギーが最も安いとき）にはいつでも、スマートホームでこの機器を操作できます。
なぜエネルギー効率の高い住宅がパワーデバイスの次の大きな市場になる可能性があるのでしょうか?
環境、政府、経済の理由を問わず、日常生活におけるエネルギー効率の改善が切実に必要であることは明らかです。電子技術者にとって幸運なことに、ほとんどの機器は主電源として電気を使用するようになり、将来の住宅ではガス接続の必要性が完全になくなる可能性があります。そうなると、電力デバイスはエネルギーの生産と使用のあらゆるレベルで重要になります。
低エネルギーでバッテリー不要のIoTセンサーなどの極小のエネルギー消費機器から、ヒートポンプや洗濯機に搭載されている高出力モーターまで、住宅所有者が使用するすべての機器は、可能な限り効率化する必要があります。エネルギーハーベスターを使用する低エネルギーデバイスは、振動や漂遊RF源からナノワット単位のエネルギーを抽出できなければなりません。そのためには、非常に小さなスペースにも収まる効率的なDC-DCコンバーターが必要になります。高エネルギーデバイスには、大電流と大電圧を効率的に処理するための新しいソリューションが必要であり、そこでSiCとGaNが大きな可能性を示しています。
電気自動車は環境に優しいとはいえ、充電に使用される電流と電圧が非常に大きいため、大きな損失が発生する可能性があります。そのため、EV充電器はエネルギー効率の向上を目的とした電源デバイスの主要市場となる可能性があり、仮想バッテリーの使用が実際に普及すれば、そのような電源デバイスも双方向で、変換損失が非常に低いものになる必要があるでしょう。
家庭内の電源ソケットや照明スイッチも、電力機器に新たな潜在的市場をもたらします。家の中で使用していない場所の電源をオフにすると大幅なエネルギー節約ができるので、部屋に人がいない場合に自動的に電源を切るためにスマートソケットやスイッチを使用することができます。スマートセンサーとクラウドベースのインフラストラクチャを組み合わせることで、住宅は居住者の行動パターンを予測して電力が必要になるタイミングを予測し、エネルギー使用量を最小限に抑えるために電力を最適に供給する方法を決定することもできます。
結論
エネルギー効率は常に重要ですが、生活費の高騰、燃料価格の上昇、政府の規制の厳格化により、エネルギー効率は製品設計における重要な要素となっています。しかし、どんな状況にも明るい兆しがあり、効率性の向上の必要性は、パワーアンプやコンバータに大きなチャンスをもたらします。 ガスボイラーに代わるヒートポンプにより、電子技術者は暖房システムの効率に大きな影響を与えることができるようになり、家庭でのIoTデバイスの使用により、最小のエネルギー源から電力を抽出できるエネルギーハーベスティング システムの必要性が高まっています。また、電気自動車の大規模な導入により、ワットを最大限に活用できる充電システムを住宅に後付けする必要が生じています。