樓頂上整齊地分布著兩排湛藍(lán)色的光伏板，樓下窗臺邊整齊擺放著兩組回收利用的汽車動力鋰離子電池組和兩個氫氣瓶，書房兼實驗室里還安裝有各種直流家電和一個低壓轉(zhuǎn)換站……近日，記者慕名來到上海電力大學(xué)太陽能研究所名譽(yù)所長、中國可再生能源學(xué)會理事趙春江所居住的二層小樓里，感受這座私人住宅如何演繹成為了“上海電力大學(xué)太陽能研究所實驗基地”。在他家大門口，一塊印有“上海電力大學(xué)太陽能研究所實驗基地”的黃色金屬門匾格外醒目。
作為太陽能發(fā)電的技術(shù)專家，2006年，趙春江成為了國內(nèi)在私人住宅安裝并網(wǎng)型戶用光伏的第一人。隨著技術(shù)的進(jìn)步和時代的變遷，該系統(tǒng)已演變成了光伏全直流微網(wǎng)。
趙春江家光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)由發(fā)電主體光伏方陣、光伏發(fā)電控制器、儲能主體磷酸鐵鋰離子電池組、氫燃料電池應(yīng)急電源、電動車反哺電源以及電力控制中心構(gòu)成，為日常生活提供可靠低成本穩(wěn)定電能，所用負(fù)載全部為直流電器。
所謂“光伏全直流微電網(wǎng)”，就是以光伏為電源主體，發(fā)、供、用電全部采用直流形式。談及研究光伏全直流微電網(wǎng)的目的，趙春江對記者說：“其中之一就是要讓農(nóng)民既買得起車也跑得起車，并且不增加碳排放，不污染大氣環(huán)境。利用自家屋頂?shù)墓夥到y(tǒng)給電動汽車充電，不僅能解決充電難問題，還可讓農(nóng)民用上低成本電力。”
“現(xiàn)在，我家的這輛新能源汽車，可以實現(xiàn)一車兩用，不僅是普通的代步工具，還可作為一個可移動的儲能裝置，來反哺微電網(wǎng)。”趙春江一邊操作給電動汽車充電，一邊向記者介紹。
這只是趙春江家建成的戶用光伏直流微電網(wǎng)組成部分之一。
在趙春江的帶領(lǐng)下，記者爬上他家樓頂，看到上面布局著一排建筑一體化光伏方陣，仔細(xì)一數(shù)，整個樓頂一共安裝了30塊光伏板，受光面積約50平方米，共計7.95 kW，其中13塊共4kW構(gòu)成獨立的全直流微電網(wǎng)用于實驗，其他17塊3.95kW通過逆變器并入電網(wǎng)運行。
當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)的電用不完時，該如何處理？趙春江指著兩組鋰離子電池組說：“我采用了退役的磷酸鐵鋰離子動力電池作為儲電單元的主體。根據(jù)上海地區(qū)的太陽輻照量和平均陰雨天持續(xù)天數(shù)及電動車的反哺能力，以1kW光伏配5kWh儲能的比例，配備了20kWh容量的24V蓄電池組。”
當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)的電不夠家里用時，也不用擔(dān)心，氫燃料電池則扮演了后備電源的角色。“目前，我配備了兩個20升140公斤壓力的氣瓶，功率達(dá)500W。按每天補(bǔ)電4小時，可維持3—4天。”趙春江對記者說，今后擬采用40升350公斤壓力的碳纖維增強(qiáng)高壓氣瓶，屆時可維持10天以上陰雨天的補(bǔ)電。
談及該套系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，趙春江向記者介紹，目前，光伏電池和退役鋰電池的價格已經(jīng)完全可以接受，可以規(guī)模化應(yīng)用。燃料電池因氫氣的生產(chǎn)、輸送、供氣站的建設(shè)、應(yīng)用成本等諸多課題，實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用預(yù)計至少需要3年。
“沒有燃料電池做后備電源的微電網(wǎng)仍然可以維持運行。若陰雨天氣持續(xù)時間較長，在后期可關(guān)掉一部分次要負(fù)載，并通過電動車反哺電能來維持最低限度的用電量。事實上，這種不用燃料電池的微電網(wǎng)因擺脫了無氫氣供應(yīng)的窘境，應(yīng)用場景更廣。由于各地區(qū)太陽輻照量和氣候有很大差異，配備的儲能容量比例也不同，所需投資還要視用戶需求定。”趙春江說，由于系統(tǒng)并不復(fù)雜，故障率較低，后期的運維費用幾乎可以忽略。
記者了解到，全直流微網(wǎng)是一種獨立性很強(qiáng)的分布式電源網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可由太陽能光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、燃料電池發(fā)電等直流發(fā)電方式同蓄電池組等儲能裝置進(jìn)行耦合，再加入計量和控制裝置，自成系統(tǒng)，可獨立于大電網(wǎng)，也可以并入大電網(wǎng)，成為智能電網(wǎng)終端用戶側(cè)的獨立單元。
由于采用直流方式，因此對于供電側(cè)可省去逆變環(huán)節(jié)，對于用電側(cè)則可省去整流環(huán)節(jié)。用電側(cè)采用直流負(fù)載后，可大大改善整個網(wǎng)絡(luò)從發(fā)電到用電的綜合效率。“這種方式非常適合用于離大電網(wǎng)較遠(yuǎn)的農(nóng)舍、農(nóng)村個體養(yǎng)殖場、山區(qū)養(yǎng)殖場、環(huán)保型農(nóng)業(yè)項目（通常遠(yuǎn)離生活區(qū)）和通信基站等，還可以作為應(yīng)急電源用于疫情隔離區(qū)、方艙醫(yī)院和野戰(zhàn)醫(yī)院等。”趙春江說。
另外，趙春江還坦言，系統(tǒng)的推廣應(yīng)用有待成本的進(jìn)一步下降，猶如當(dāng)年的戶用光伏系統(tǒng)，微電網(wǎng)同樣離不開政策扶持。“建議國家像當(dāng)年的并網(wǎng)型戶用光伏一樣，對家庭儲能系統(tǒng)也給予一定補(bǔ)貼，隨著全直流微電網(wǎng)+儲能系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步和市場應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大，其成本會逐漸下降，最終也會在未來能源系統(tǒng)占有一席之地。”
原標(biāo)題：實地探訪國內(nèi)首家戶用光伏全直流微電網(wǎng)
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