不断上涨的天然气价格、对石油供应的限制，以及对可再生能源的持续资金投入，都是导致能源账单达到历史最高位的因素。随着对新住宅能效的规定越来越严格，再加上一些热泵锅炉，您所拥有的是一个对新一代电力装置来说已经成熟的市场。家庭在能源效率方面面临哪些挑战？家庭中的能源通常浪费在哪里？电源设备会有什么帮助？
家庭面临哪些挑战？
尽管新冠疫情已经进入第三个年头，但由于试图控制病毒的传播而导致的全球封锁的影响仍然存在。在不做过多深究的情况下，多次封锁导致成千上万家企业关门，供应链混乱，半导体供应减少，以及经济表现不佳，因为政府借贷了大量资金，发钱给无法工作的公民。
现在，生活成本的增加加上通货膨胀，降低了大多数人的消费能力，而工资增长乏力，使人们更难实现收支平衡。雪上加霜的是，俄乌战争导致的能源成本上涨给户主带来了巨大压力，许多人不得不停用供暖。
最后，不断向公众推出关于能效的法律要求，限制哪些可以销售，哪些不可以销售。虽然这种立法有助于在全国范围内减少能源费用和碳排放，但也让工程师们被无法轻易解决的设计限制束缚住了手脚。
家庭中的能源通常浪费在哪里？
要提高住宅的能源效率，首先必须确定所有能源浪费的来源。到目前为止，浪费能源的最大来源是由于缺乏隔热而造成的热损失，这就是所有现代家庭都要求寓所和墙壁安装大量隔热材料的原因（有趣的是，一个强有力的论点是，由于湿气积聚，要将墙壁空腔留空）。
在寒冷的气候条件下，热损失是指热空气直接逸出房屋，或者通过内部热空气的热传递加热房屋的末端，然后凉下来。在炎热的气候条件下，热损失是相同的，但相反的是，内部的冷空气逸出室外和/或建筑物的末端的热量加热了内部空气。在这两种情况下，都需要能量来维持稳定的内部温度，而隔热性能欠佳将看到这种热传导导致的大量能源费用。
照明是现代家庭的另一个主要能源消耗因素。传统钨丝灯由于效率极低，在包括美国和欧盟在内的全球大多数市场已经被淘汰，但即使有了 LED 灯和荧光灯，照明仍然是一个很大的能源消耗因素。因此，关掉不使用的房间的灯是减少能源费用的好方法。
处于待机状态的设备也会增加能耗，即使它们在技术上处于“关闭状态”。设计良好的电源电路在待机模式下应该消耗很少甚至没有电流，但廉价的电源适配器即使在不使用时也会发热（通常是因为使用了线性稳压器和糟糕的电源管理）。
洗衣机、吸尘器和洗碗机等高功率设备也会通过功率转换浪费电能。这些家用电器有时需要直流电压来驱动感应设备（电机、螺线管等），而且这种转换存在大量的浪费。
最后，拥有可再生能源（如太阳能和风能）的家庭如果没有安装电池存储系统，可能会浪费电力。在能量生产高峰期，如果可再生能源产生的电力没有投入使用，那么这些电力就被浪费了。
家庭中哪些能源机会正在涌现？
当一扇门关闭时，另一扇门就会打开，这在能效领域再正确不过了。对设备效率的监管越来越多，加上能源价格的上涨，是工程师们寻找提高能源效率的最新方法的最佳时机。
由于热量是最大的因素，温度梯度为工程师提供了一个能量回收和提取的重要机会。例如，热泵正开始取代燃气锅炉，这是因为热泵完全依赖于电力，安装更安全，并且能够比燃气锅炉更有效地转移热能（热泵可用于制热和制冷）。
物联网行业的快速发展，以及低功耗设备，将会推动能量采集器的使用攀升。因此，工程师们可以探索更多不寻常的能源，包括走在上面就能发电的压电地板，以及可以连接到热管上产生能量的热电发电机。
此外，智能家居的兴起也为能源效率带来了新的机遇。随着家庭中设备数量的增加，可能无法找到永久的电源，因此愈发依赖于能量采集技术。
电动汽车使用的增加也为电网的可再生能源领域带来了重大机遇。可再生能源在生产高峰期时无法储存，这使得可再生能源难以成为可依赖的能源，但连接到电网的电动汽车可以充当虚拟电池，通过充电和放电来稳定电力。为该系统贡献过电力的电动汽车车主可以获得免费充电积分，也可以获得经济奖励。
未来的智能家居甚至可以将实时能源价格与联网设备结合起来，以确定运行洗衣机和洗碗机等设备的最佳时间。房主可以载入他们的洗衣机，启动技能启动模式，然后每当能源产生的高峰期（也就是能源最便宜的时候），智能家居就可以运行这台设备。
高能效住宅为何会成为电力设备的下一个大市场？
显然，无论是出于环境、政府还是经济方面的原因，人们都迫切需要提高日常生活中的能源效率。对电子工程师来说，幸运的是大多数设备都将电力作为主要能源，而且未来的家庭可能会完全不再需要天然气连接。这一切成真时，功率器件在能源生产和使用的各个层面都将至关重要。
房主使用的所有设备都需要尽可能高效，包括低能耗、无电池的物联网传感器等小型耗能器件，以及热泵和洗衣机中的大功率电机。使用能量采集器的低能耗设备必须能够从振动和杂散射频源中提取纳瓦级的能量，这将需要能够适应最微小空间的高效 DC-DC 转换器。高能器件将需要新的解决方案来有效处理大电流和大电压，这正是 SiC 和 GaN 的用武之地。
尽管电动汽车对环境非常有利，但用于电动汽车充电的巨大电流和电压会造成巨大的损失。因此，电动汽车充电器可能是旨在提高能效的功率器件的主要市场，如果虚拟电池的使用确实直线攀升，那么这种功率器件也需要是双向的，并且具有非常低的转换损耗。
家用电源插座和电灯开关也为功率器件提供了另一个潜在市场。由于关闭家中闲置区域的电源可以节省大量能源，智能插座和开关可以在房间无人时自动切断电源。结合智能传感器和基于云的基础设施，住宅甚至可以预测居住者的行为模式，以预测何时需要电力，从而决定如何最好地提供电力，以最大限度地减少能源使用。
结论
能效一直都很重要，但不断增加的生活成本、不断上涨的燃料价格以及更加严格的政府法规，使能效成为产品设计中的一个关键因素。然而，乌云背后总有阳光，提高效率的需求为功率放大器和转换器带来了巨大的商机。热泵取代燃气锅炉使电子工程师能够对供暖系统的效率产生重大影响，家庭中物联网设备的使用看到了对能够从最小能源中提取电力的能量收集系统的需求，而电动汽车的大规模引进现在要求家庭改装充电系统，以充分利用每一瓦特电力。