É principalmente um mito que é muito mais eficiente alimentar aparelhos de corrente contínua como laptops em um sistema de corrente contínua de ponta a ponta, em vez de usar um inversor e, em vez disso, o conversor CA-CC existente 1 .
Vamos dar uma olhada na sua primeira pergunta:
1) Quão ineficiente é aumentar 12V para 120V e depois voltar para 12V, como no uso de um inversor de energia de carro tradicional para alimentar um laptop (ou seja, a energia da bateria de 12V é aumentada para 120V por um inversor de energia e depois de volta para 12V pelo fonte de alimentação do laptop)?
Depende do seu hardware, mas não é muito terrível. Você tem duas conversões principais: a conversão CC -> CA no inversor e a conversão CA -> CC na fonte de alimentação do dispositivo.
A maioria dos inversores de qualidade modernos tem mais de 90% de eficiência e muitos se aproximam de 95% de eficiência em grande parte de sua faixa de operação. Inversores muito baratos ou pequenos podem ser piores, talvez nos anos 80 baixos e até bons inversores muitas vezes são menos eficientes ao operar com potência muito baixa em relação à sua potência nominal.
Para o lado AC -> DC, você encontrará mais variações. Alguns conversores de qualidade, por exemplo, aqueles fornecidos com alguns laptops de marca atingem 90% de eficiência, mas muitos outros estão na faixa de 70% a 80%. Conversores CA -> CC muito pequenos, como os encontrados nos plugues USB, tendem a ser um pouco menos eficientes do que os conversores terão menos restrições de espaço.
No geral, você está vendo uma perda no melhor dos casos de talvez 15% (um inversor eficiente de 95% com uma fonte de alimentação eficiente de 90%) para uma perda no pior dos casos com um inversor razoável de talvez 40% (um inversor no 80s altos combinados com uma fonte de alimentação de 70% 2 .
Agora considere também que o caminho DC "de ponta a ponta" geralmente também precisará de uma conversão DC-DC, a menos que o dispositivo opere exatamente na tensão (por exemplo, 12V ou 24V) do seu sistema DC. É provável que essa conversão seja, na melhor das hipóteses, tão eficiente quanto uma das conversões acima. Na pior das hipóteses, se você comprar um dos vários conversores buck / boost ajustáveis com amplas faixas de entrada e saída, a eficiência poderá ser consideravelmente menor se estiver operando fora da faixa ideal. Portanto, ignorando todos os outros fatores, é possível que a rota CC completa já seja menos eficiente que a CA!
Ainda assim, vamos supor que o caminho DC completo seja teoricamente um pouco mais eficiente que o caminho DC-AC-DC, em talvez 10%. Aqui estão as desvantagens de um caminho DC completo que pode superar essa pequena vantagem:
- Algo como uma casa (ou RV ou qualquer outra coisa), como você mencionou no ponto (2), já terá fiação de 120V existente: os aparelhos de energia em um sistema DC completo exigiriam a localização desses aparelhos muito perto do banco de baterias ou a execução de uma segunda fiação DC sistema com um esforço considerável (adicionar fiação a uma casa existente é muito mais difícil do que fazê-lo quando está sendo construído - a menos que você não se importe com feio). Além disso, você encontrará problemas como nenhuma tomada padrão para energia CC (o isqueiro é provavelmente a coisa mais amplamente suportada, mas inadequada para muitos propósitos).
- Tensões mais baixas são inerentemente menos eficientes do que tensões mais altas para transmissão: tanto porque uma determinada queda de tensão absoluta representa uma fração relativa mais alta da tensão total, quanto porque é necessária proporcionalmente mais corrente para fornecer a mesma energia. Esse efeito é aproximadamente quadrático: um sistema de 12V sofre aproximadamente 100 vezesa queda de tensão como fios do mesmo medidor em 120V do mesmo medidor para fornecer a mesma potência. Um exemplo: com mais de 10 pés de fiação doméstica de 14 AWG, para uma carga de 120W, um sistema de 120V precisa de 1 amp e sofre uma queda de tensão de 0,042% - basicamente um erro de arredondamento. Um aparelho de 12V com a mesma potência precisaria de 10 amperes e sofreria uma queda de tensão de 4,2% - portanto, com mais de 10 pés de 14 AWG, você já perdeu quase tanta energia quanto perderia em um bom inversor. Em uma casa, você pode facilmente ter fiação de 15 a 30 metros, resultando em quedas de tensão CC que tornam o sistema insustentável - mesmo com uma pequena carga de 120 W. Na prática, você precisaria usar um medidor de fio significativamente maior para combater isso: um custo significativo que poderia ser gasto em mais painéis ou baterias solares.
- A CA é o padrão: quase todos os aparelhos que você compra vêm por padrão com um plugue de CA. Existem todos os tipos de aparelhos onde você também pode comprar uma versão DC, mas geralmente com uma seleção bastante reduzida. Sim você podecompre uma geladeira alimentada por corrente contínua, mas você precisa escolher entre 1 ou 2 modelos estranhos na sua loja solar / de baterias. Geralmente, o dobro do preço de uma geladeira que você compraria em qualquer outro lugar e com base em algum modelo antigo que pode ser inerentemente menos eficiente. O mesmo vale para ventiladores, TVs, cafeteiras, etc. Sim, eles existem, mas o mercado é minúsculo no momento em que a seleção segue. Você desperdiçará mais dinheiro e ficará menos feliz com o que acaba tendo do que jamais salvou em "perdas de conversão CA". A única abordagem que funciona aqui é obter coisas que funcionam com CA, mas possuem uma fonte de alimentação CA-CC externa: você pode pular a peça e conectar seu sistema DC diretamente (mas, novamente, as tensões geralmente são estranhas, como 17V, 21V, etc, então você ainda precisa de uma conversão).
Então, serei o que parece ser a voz solitária aqui e direi que qualquer tipo de "sistema DC" grande ou médio não faz sentido apenas para economizar em perdas de conversão quando você estiver conectando aparelhos prontos para uso. 120V AC é realmente um método bastante razoável de distribuição de energia, especialmente porque é a entrada padrão para quase tudo o que você compraria. As perdas de conversão são razoavelmente pequenas em equipamentos modernos, e você geralmente não pode evitar totalmente as perdas de conversão, mesmo com um sistema DC completo.
1 Às vezes, chamo isso de abordagem DC-AC-DC.
2 Obviamente, você pode levar o pior caso a sério se procurar um inversor realmente ineficiente (mas isso está sob seu controle) e encontrar algum dispositivo com um terrível (ou velho) SMPS ou regulador linear que seja muito ineficiente.