再生負載與電源的優點：不需加熱成本

氣冷或水冷功率電阻器是最簡單的負載形式。

電阻器採固定負載曲線，符合歐姆定律 (I = V/R) 2，可將 100% 的放電功率 (P = V*I =V /R) 直接轉換為熱能。可載入的最大功率取決於電阻器的額定值。

氣冷式電阻器會散熱到空氣中，接著再使用空調或風扇將作業區域產生的熱能帶走。在有空調的實驗室環境中風冷式電阻器可代表低價位、彈性且簡易的負載。不過，正因氣冷電阻器會散熱，因此無法用於高功率測試或製造環境。

水冷式電阻器有能絕緣的水管，可以讓水帶走裝置的熱能。可惜的是，水中可能含有添加劑或污染物，倘若電阻器損壞或接管漏水，可能會產生電氣危險。由於必須使用水管，因此這類裝置的使用地點和時機有其侷限。

電子負載會將 100% 的放電功率 (P = V*I) 直接轉換為熱能。不同於電阻器之處在於，電子負載可提供更完整的負載曲線，例如恆定電流、恆定電壓、恆定功率以及恆定電阻。此外，不需中斷 UUT 就能動態變更負載曲線。

^{圖 1：AC 電子負載}

氣冷式電子負載可將廢熱散發到空氣中，只要空間或氣冷式冷卻器容量夠大，就能用於實驗室或製造廠房裡的任何地方。反之，水冷式電子負載會透過水管散發廢熱，因此負載使用範圍有限。此外，保養水冷器系統可能會打斷測試作業。

再生電子負載會將放電功率 (P = V*I) 轉換回設施可用的電力，從而透過兩種方式增加靈活度。

首先，整體電力需求與相關電力成本都會降低。

第二，再生電力能大幅減少廢熱，進而減少冷卻設施所必需的能源與設備。在規劃、升級或重新安排實驗室或製造廠房，能夠發揮最大的靈活度。

思考如圖 2 所示的傳統負載電力流動。

^{圖 2：使用傳統負載的電力流動}

UUT 供電來源是設施接線。接著，UUT 的輸出會載入傳統負載，再將此功率轉換為廢熱。於是，冷卻器就必須靠更大的電力才能將工作空間的廢熱帶走。 

假設 UUT 的轉換效率是 90%，且能提供 100 kW 的輸出，UUT 因為轉換損耗所產生的廢熱就是 11.1 kW；負載會直接將 100 kW 輸出轉換成廢熱。這樣一來，總計會將 111.1 kW 的功率轉為 379,123 BTU 的熱，因此，必須要耗用相當大量的電力才能排除工作空間裡的這些熱能。

圖 3 示範使用再生負載進行測試的情況。

^{圖 3：使用再生負載的電力流動}

若以效率 92% 的再生負載取代傳統負載，就能同時減少 82% 以上的公用電使用量與因此所產生的熱能。UUT 仍會因為轉換損耗而產生 11.11 kW 的廢熱。然而，再生式負載會將 92 kW 的 UUT 輸出功率傳回設施，因此只產生 8 W 的廢熱。總廢熱從 111.11 kW 降低至 <30 kW，或從 379,123 BTU 降低至 65,206 BTU，這樣就能降低冷卻器功率，帶走工作空間的廢熱。

UUT 輸入功率 (公式 1) 取決於轉換效率。

公式 1：UUT 輸入功率 = UTT 功率/UTT 轉換效率

UUT 的電力來源包括公用電和任何再生電源。因此，必須用到的公用電總功率 (如 公式 2 所示) 取決於輸入功率、再生功率總量，以及操作冷卻器必須用到的功率。再生負載可以直接降低必需的輸入功率，也能降低冷卻器所必需的功率。

公式 2：公用電總功率 = (UUT 輸入功率 − 再生功率) + Cℎiller 功率

公式 3 所必需的冷卻器功率取決於轉換為熱能的功率，以及冷卻器類型、尺寸、完整/部分負載能源效率比 (EER)。工業級氣冷器滿載時通常會達到 10 的 EER，而類似的水冷卻器則可達到 20。若以氣冷器 (Air-chiller) 排除廢熱，必須多出約 34.12% 的電力，使用水冷器則須多出約 17.06% 的電力。

公式 3： 冷卻器電源需求 

請注意，在這個簡化的範例中，我們假設各類冷卻器的能源效率比保持不變。實際的能源效率可能會受諸多因素影響，包括但不限於保養、季節天候模式以及負載量。

下表提供使用效率 92% 的再生氣冷式負載與使用標準氣冷或水冷負載的成本比較。表格假設電力成本固定是 $0.15/kWh。如果知道平均電力成本，就可以調整答案，據以決定營運成本。

^{表 1：各類負載的能源成本}

^{表 2：每 100 kW 可省下的能源成本}

傳統負載的總擁有成本通常不只包含最初購電成本。

傳統負載會消耗更多電力。用電量增加後，可能必須升級電氣系統，才能支援更多測試站。每個新的工作站都會產生大量廢熱，因此可能需要改建設施，例如新的空氣處理器或水冷器連接點。此外可能必須升級冷卻器系統，並向當地政府申請執照，才能處理增加的廢熱。簡單的廢熱排除作業可能會衍生出這些成本，而且可能更多。

另一方面，再生電源可以將電力回傳至設施或 UUT，而不會將電力轉換為廢熱。傳統的氣冷式和水冷式負載也會有隱藏營運成本，如定期保養、年度檢驗以及每日記錄冷卻器所需成本。此外，為了讓冷卻系統保持最高效率而進行年度保養時，可能無法使用冷卻系統。保養關機期間，可能會打斷測試作業。

NI 提供專為 DC 與 AC 負載所設計的再生負載。每組負載均採模組化設計，支援擴充也能平行使用，未來能因應更高的測試功率需求。這樣的模組化負載設計能發揮最大的測試彈性，能提供無可比擬的設定選項，未來也會有更多擴充空間。

AC 與 DC 再生負載包括 NHR-9200 中壓 DC 電池模組充放電循環機與模擬器、NHR-9300 高壓 DC 電池模組充放電循環機與模擬器加高壓 DC 負載；以及 NHR-9430 再生 AC 負載加四象限 AC 負載。此外，NHR-9410 再生電網模擬系統是一種特殊的雙向電源，能模擬公用電壓並再生源於電網逆變器的電力。

再生負載包括進階的內建數位量測系統；馬上就能提供電壓、電流、功率與能源 (Ah/kWh) 量測值。再者，所有機型均有波形擷取功能，可以針對電力相關事件進行高解析度的擷取作業，以利詳細分析。

^{圖 4：NHR-9300 系統只需不到 17 kW 的電力，就能同步對 2 組 100 kW 的電池進行充電與放電。}

AC 與 DC 產品都是雙向的，也就是說，您可以使用相同的內部電子設備反轉電力流動方向。舉例來說，NHR-9300 高壓 DC 電池組充放電循環機與模擬器既是再生負載或充電系統，也能模擬電池，用於測試電池相關產品。此外，NHR-9430 再生式 AC 負載可以是真正的 4 象限 AC 負載，並且能逆轉電力流方向，用於模擬太陽能逆變器或儲能系統。最後，多層式獨立 UTT 安全功能可以避免環境與操作人員出錯而造成損壞。一旦超過安全限制，測試設備就會關閉並中斷 UUT 輸出，這是故障安全機制。

不同於標準負載與電源供應器之處在於，再生所省的能源有助於測試更高的功率。如圖 4所示的設定包含兩顆電池，其中一顆電池以 100 kW 放電，另一顆電池則以 100 kW 充電。設施所需總功率不到 17 kW，只能彌補損耗，而且遠低於單顆電池充電所需的功率。

AC 和 DC 再生測試設備與測試系統能支援多種用途：

• 電池測試
• 充電器
• 電動車 (EV)
• 車輛對電網 (V2G)
• 液流電池
• 燃料電池
• 微電網測試
• 超級電容器

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