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實地探訪國內首家戶用光伏全直流微電網

作者:張勝杰 來源:中國能源報 發布時間:2021-01-20 瀏覽:
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中國儲能網訊:樓頂上整齊地分布著兩排湛藍色的光伏板,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換站……近日,記者慕名來到上海電力大學太陽能研究所名譽所長、中國可再生能源學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。

作為太陽能發電的技術專家,2006年,趙春江成為了國內在私人住宅安裝并網型戶用光伏的第一人。隨著技術的進步和時代的變遷,該系統已演變成了光伏全直流微網。

趙春江家光伏直流微電網系統由發電主體光伏方陣、光伏發電控制器、儲能主體磷酸鐵鋰離子電池組、氫燃料電池應急電源、電動車反哺電源以及電力控制中心構成,為日常生活提供可靠低成本穩定電能,所用負載全部為直流電器。

所謂“光伏全直流微電網”,就是以光伏為電源主體,發、供、用電全部采用直流形式。談及研究光伏全直流微電網的目的,趙春江對記者說:“其中之一就是要讓農民既買得起車也跑得起車,并且不增加碳排放,不污染大氣環境。利用自家屋頂的光伏系統給電動汽車充電,不僅能解決充電難問題,還可讓農民用上低成本電力?!?

“現在,我家的這輛新能源汽車,可以實現一車兩用,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?!壁w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組成部分之一。

在趙春江的帶領下,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,仔細一數,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構成獨立的全直流微電網用于實驗,其他17塊3.95kW通過逆變器并入電網運行。

當微電網發的電用不完時,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。根據上海地區的太陽輻照量和平均陰雨天持續天數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?!?

當微電網發的電不夠家里用時,也不用擔心,氫燃料電池則扮演了后備電源的角色?!澳壳?,我配備了兩個20升140公斤壓力的氣瓶,功率達500W。按每天補電4小時,可維持3—4天?!壁w春江對記者說,今后擬采用40升350公斤壓力的碳纖維增強高壓氣瓶,屆時可維持10天以上陰雨天的補電。

談及該套系統的經濟性,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完全可以接受,可以規?;瘧?。燃料電池因氫氣的生產、輸送、供氣站的建設、應用成本等諸多課題,實現規?;瘧妙A計至少需要3年。

“沒有燃料電池做后備電源的微電網仍然可以維持運行。若陰雨天氣持續時間較長,在后期可關掉一部分次要負載,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因擺脫了無氫氣供應的窘境,應用場景更廣。由于各地區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?!壁w春江說,由于系統并不復雜,故障率較低,后期的運維費用幾乎可以忽略。

記者了解到,全直流微網是一種獨立性很強的分布式電源網絡。該網絡可由太陽能光伏發電、生物質發電、燃料電池發電等直流發電方式同蓄電池組等儲能裝置進行耦合,再加入計量和控制裝置,自成系統,可獨立于大電網,也可以并入大電網,成為智能電網終端用戶側的獨立單元。

由于采用直流方式,因此對于供電側可省去逆變環節,對于用電側則可省去整流環節。用電側采用直流負載后,可大大改善整個網絡從發電到用電的綜合效率?!斑@種方式非常適合用于離大電網較遠的農舍、農村個體養殖場、山區養殖場、環保型農業項目(通常遠離生活區)和通信基站等,還可以作為應急電源用于疫情隔離區、方艙醫院和野戰醫院等?!壁w春江說。

另外,趙春江還坦言,系統的推廣應用有待成本的進一步下降,猶如當年的戶用光伏系統,微電網同樣離不開政策扶持?!敖ㄗh國家像當年的并網型戶用光伏一樣,對家庭儲能系統也給予一定補貼,隨著全直流微電網+儲能系統技術進步和市場應用規模擴大,其成本會逐漸下降,最終也會在未來能源系統占有一席之地?!?

關鍵字:微電網

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