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实地探访国内首家户用光伏全直流微电网

作者:张胜杰 来源:中国能源报 发布时间:2021-01-20 浏览:次
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中国储能网讯:楼顶上整齐地分布着两排湛蓝色的光伏板,楼下窗台边整齐摆放着两组回收利用的汽车动力锂离子电池组和两个氢气瓶,书房兼实验室里还安装有各种直流家电和一个低压转换站……近日,记者慕名来到上海电力大学太阳能研究所名誉所长、中国可再生能源学会理事赵春江所居住的二层小楼里,感受这座私人住宅如何演绎成为了“上海电力大学太阳能研究所实验基地”。在他家大门口,一块印有“上海电力大学太阳能研究所实验基地”的黄色金属门匾格外醒目。

作为太阳能发电的技术专家,2006年,赵春江成为了国内在私人住宅安装并网型户用光伏的第一人。随着技术的进步和时代的变迁,该系统已演变成了光伏全直流微网。

赵春江家光伏直流微电网系统由发电主体光伏方阵、光伏发电控制器、储能主体磷酸铁锂离子电池组、氢燃料电池应急电源、电动车反哺电源以及电力控制中心构成,为日常生活提供可靠低成本稳定电能,所用负载全部为直流电器。

所谓“光伏全直流微电网”,就是以光伏为电源主体,发、供、用电全部采用直流形式。谈及研究光伏全直流微电网的目的,赵春江对记者说:“其中之一就是要让农民既买得起车也跑得起车,并且不增加碳排放,不污染大气环境。利用自家屋顶的光伏系统给电动汽车充电,不仅能解决充电难问题,还可让农民用上低成本电力。”

“现在,我家的这辆新能源汽车,可以实现一车两用,不仅是普通的代步工具,还可作为一个可移动的储能装置,来反哺微电网。”赵春江一边操作给电动汽车充电,一边向记者介绍。

这只是赵春江家建成的户用光伏直流微电网组成部分之一。

在赵春江的带领下,记者爬上他家楼顶,看到上面布局着一排建筑一体化光伏方阵,仔细一数,整个楼顶一共安装了30块光伏板,受光面积约50平方米,共计7.95 kW,其中13块共4kW构成独立的全直流微电网用于实验,其他17块3.95kW通过逆变器并入电网运行。

当微电网发的电用不完时,该如何处理?赵春江指着两组锂离子电池组说:“我采用了退役的磷酸铁锂离子动力电池作为储电单元的主体。根据上海地区的太阳辐照量和平均阴雨天持续天数及电动车的反哺能力,以1kW光伏配5kWh储能的比例,配备了20kWh容量的24V蓄电池组。”

当微电网发的电不够家里用时,也不用担心,氢燃料电池则扮演了后备电源的角色。“目前,我配备了两个20升140公斤压力的气瓶,功率达500W。按每天补电4小时,可维持3—4天。”赵春江对记者说,今后拟采用40升350公斤压力的碳纤维增强高压气瓶,届时可维持10天以上阴雨天的补电。

谈及该套系统的经济性,赵春江向记者介绍,目前,光伏电池和退役锂电池的价格已经完全可以接受,可以规模化应用。燃料电池因氢气的生产、输送、供气站的建设、应用成本等诸多课题,实现规模化应用预计至少需要3年。

“没有燃料电池做后备电源的微电网仍然可以维持运行。若阴雨天气持续时间较长,在后期可关掉一部分次要负载,并通过电动车反哺电能来维持最低限度的用电量。事实上,这种不用燃料电池的微电网因摆脱了无氢气供应的窘境,应用场景更广。由于各地区太阳辐照量和气候有很大差异,配备的储能容量比例也不同,所需投资还要视用户需求定。”赵春江说,由于系统并不复杂,故障率较低,后期的运维费用几乎可以忽略。

记者了解到,全直流微网是一种独立性很强的分布式电源网络。该网络可由太阳能光伏发电、生物质发电、燃料电池发电等直流发电方式同蓄电池组等储能装置进行耦合,再加入计量和控制装置,自成系统,可独立于大电网,也可以并入大电网,成为智能电网终端用户侧的独立单元。

由于采用直流方式,因此对于供电侧可省去逆变环节,对于用电侧则可省去整流环节。用电侧采用直流负载后,可大大改善整个网络从发电到用电的综合效率。“这种方式非常适合用于离大电网较远的农舍、农村个体养殖场、山区养殖场、环保型农业项目(通常远离生活区)和通信基站等,还可以作为应急电源用于疫情隔离区、方舱医院和野战医院等。”赵春江说。

另外,赵春江还坦言,系统的推广应用有待成本的进一步下降,犹如当年的户用光伏系统,微电网同样离不开政策扶持。“建议国家像当年的并网型户用光伏一样,对家庭储能系统也给予一定补贴,随着全直流微电网+储能系统技术进步和市场应用规模扩大,其成本会逐渐下降,最终也会在未来能源系统占有一席之地。”

关键字:微电网

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