太陽能

在自家屋頂裝發(fā)電系統(tǒng)每月能省多少電費(fèi)?上海的屋頂太陽能板傾斜多少度才能獲得最高的發(fā)電效能?

光伏

一位退休多年的上海市民，已經(jīng)自籌資金在自家進(jìn)行了長達(dá)12年的家庭發(fā)電系統(tǒng)安裝實(shí)驗(yàn)，采集到了第一手的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而從2017年開始，他又把研究重點(diǎn)放在了太陽能余電利用新途徑和上海地區(qū)太陽能電池板安裝最佳傾角這兩件事上。

該家庭光伏實(shí)驗(yàn)室的主人叫趙春江，他告訴記者，從目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在上海地區(qū)安裝太陽能電池板的最佳傾角應(yīng)該是10-15度之間，而非此前外界認(rèn)為的理論值(20-25度)。

趙春江家屋頂?shù)哪蟼?cè)安裝了40平方米的太陽能電池板

近一年僅購置實(shí)驗(yàn)設(shè)備就花掉11萬元

4月19日上午，申城陽光明媚，在松江一處郊區(qū)別墅的屋頂上，40平方米的單晶硅太陽能電池板以25度傾角面向陽光，發(fā)出幽藍(lán)的光。小院門口，掛著一塊“上海電力學(xué)院太陽能研究所實(shí)習(xí)基地”的牌子。這里，就是上海電力學(xué)院太陽能研究所名譽(yù)所長趙春江的家。

“我已經(jīng)退休四年多了，現(xiàn)在每天的時(shí)間基本上都花在自己做實(shí)驗(yàn)上，就是想摸索出上海屋頂搭建太陽能電池板的最佳數(shù)值，為未來居民家庭光伏發(fā)電積累一些經(jīng)驗(yàn)。”65歲的趙春江說著，把記者迎進(jìn)一樓朝南的一個(gè)小房間——房間中間是一張長條形的實(shí)驗(yàn)桌，上面擺放著趙春江花了約4.8萬元人民幣從日本購回的制氫機(jī)，還有他從其他地方買來的儲氫罐、燃料電池、鋰電池，組成了一個(gè)“家庭PV發(fā)電、儲電、供電系統(tǒng)”。

趙春江說，他正在給家里太陽能發(fā)電系統(tǒng)用不完的余電，尋找一個(gè)并入國家電網(wǎng)出售之外的新途徑——制成氫氣存在儲氫罐里，需要用電時(shí)再把氫氣從儲氫罐里導(dǎo)出來，通過燃料電池轉(zhuǎn)換成電能和水。

一邊說著話，趙春江一邊打開了儲氫罐的閥門，轉(zhuǎn)瞬間，燃料電池轉(zhuǎn)換出的電能就帶動(dòng)了四只小風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一側(cè)的導(dǎo)管內(nèi)則滴下氫氣轉(zhuǎn)換電能后的產(chǎn)物——水。他說，2017年6月至今，自己做這個(gè)家庭微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)花掉11萬元，還不包括小型超級電容實(shí)驗(yàn)的花費(fèi)。

其實(shí)，趙春江最為人所知的，是他“中國大陸地區(qū)安裝家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)第一人”的身份。

逆變器

早在2006年12月，當(dāng)時(shí)還住在閔行區(qū)莘莊鎮(zhèn)的他就在自家小高層屋頂自費(fèi)安裝了國內(nèi)第一套家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)，22塊太陽能電池板、、電表、交流保護(hù)開關(guān)和一套記錄系統(tǒng)全部由他自己設(shè)計(jì)、采購并請安裝公司上門安裝，當(dāng)時(shí)總價(jià)超過14萬元。

從2006年到2012年的6年間，這座發(fā)電功率約3000瓦的家庭式太陽能屋頂電站天天無故障運(yùn)行，日均發(fā)電近9000瓦時(shí)(9度電)，除了供家里白天用電外，剩下的三分之一電量并入大電網(wǎng)，逆向“發(fā)”電。

2005年6月14日，上海出臺了《上海市綠色電力認(rèn)購營銷試行辦法》，鼓勵(lì)單位和個(gè)人自愿認(rèn)購綠色電力。但作為中國第一個(gè)吃螃蟹者，趙春江沒有立即享受到家庭發(fā)電的甜頭。

“剛開始，我家的太陽能屋頂發(fā)電不僅不賺錢，反而要多交電費(fèi)。”趙春江苦笑著說，當(dāng)時(shí)只有單相脈沖電表記錄用戶用電量。像他家這樣逆向上網(wǎng)發(fā)電，脈沖電表照走不誤，根本分不清用戶是用了一度電，還是發(fā)了一度電。

2011年4月，上海市電力公司得知趙春江家的太陽能屋頂“好心發(fā)電”卻被誤收電費(fèi)后，專程上門為他家更換了全上海第一只智能雙向電表，才終止了這一尷尬局面。

這也成為上海家庭綠電上網(wǎng)出售的一個(gè)“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。趙春江向記者回憶說，他至今還清楚地記得，第一次收到“賣電”的補(bǔ)貼電費(fèi)是2011年，那一次，市南供電局專門來人到家里告訴他，供電局向他的工行卡打入1600元電費(fèi)，請他查收。

趙春江在家打開儲氫罐閥門，進(jìn)行“家庭PV發(fā)電、儲電、供電系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)

“2016年7月14日，收到國網(wǎng)上海市電力公司跨行匯款的電費(fèi)505.72元;2016年9月22日，收到上海電力公司電費(fèi)700.68元;2017年3月30日，收到電費(fèi)539.05元……”趙春江指著電腦屏幕上的一個(gè)收支統(tǒng)計(jì)表告訴記者，這些年每筆“賣電”收入他都詳細(xì)記錄下來，目前，家庭自發(fā)的綠電已可享受國家和上海的雙重補(bǔ)貼，其中，國家電網(wǎng)對可再生能源上網(wǎng)補(bǔ)貼價(jià)是每度電0.32元(注：稅前每度0.37元，此前最高時(shí)曾達(dá)到過0.42元)，上海再給予每度綠電0.4元的地方補(bǔ)貼，是全國所有省份中補(bǔ)貼力度最大的。“這7角2分的補(bǔ)貼不管你是發(fā)電自用還是賣給國家都能享受到，如果是賣給國家，另外還有每度0.47元標(biāo)桿煤費(fèi)用的國家補(bǔ)貼。”趙春江說。

2012年，趙春江把家從莘莊搬到了松江，在改善居住條件的同時(shí)，他的屋頂太陽能電池覆蓋面積也擴(kuò)大到40平方米，發(fā)電功率達(dá)到3700瓦，平均年發(fā)電量在3900度左右。

每隔5分鐘測一次傾角對比數(shù)值

如今，趙春江又開始全身心投入到新研究當(dāng)中。

登上趙春江家三樓屋頂，記者看到，除了朝南一側(cè)的屋頂已全部被單晶硅太陽能板覆蓋外，屋頂中央平臺上還安裝了兩只銀灰色的輻射儀。

擦拭著輻射儀鏡頭上的灰塵，趙春江說，兩個(gè)輻射儀各有分工，一個(gè)用來測量水平面的太陽輻射值，一個(gè)測量10度傾角的太陽能輻射值。為了減少風(fēng)沙、灰塵和雨滴對光輻射的影響，他幾乎每天都會爬上屋頂擦拭。

在屋頂閣樓內(nèi)，擺放著數(shù)據(jù)采集器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一臺筆記本電腦，從0點(diǎn)到23點(diǎn)55分，系統(tǒng)每隔5分鐘就會自動(dòng)采集一組數(shù)據(jù)(溫度、水平面、斜面輻射值)，并將每天測得的288組數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦。

“去年一年，我測了5度傾角太陽輻射值的變化數(shù)據(jù)，今年計(jì)劃用一年時(shí)間測10度傾角的輻射值，明年再測15度的數(shù)據(jù)。”趙春江說，迄今為止他已積累了12年的家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在相關(guān)論壇和《光伏》雜志上分享了自己的實(shí)驗(yàn)成果。他的目標(biāo)是利用這些數(shù)據(jù)，求出一個(gè)上海地區(qū)(北緯29-33度范圍內(nèi))不同傾角太陽能面板與平面的系數(shù)，為今后全市推廣普及家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)參照。

趙春江在自家屋頂安裝的兩只輻射儀分別用來測量水平面和10度傾角的太陽輻射值

“從目前得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在上海屋頂安裝太陽能面板最好的傾角并非是此前外界認(rèn)為的20-25度(理論值)，而是10-15度，原本光伏界認(rèn)為正南向陽光輻射值最高，但是實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在上海偏西南方向的光伏發(fā)電效率更高。”趙春江說。

他進(jìn)一步解釋說，上海的最佳傾角為10-15度，原因是大氣污染和霧霾對陽光產(chǎn)生了折射作用，以后如果大氣潔凈度提高了，最佳傾角也有可能逐漸恢復(fù)到20-25度。

順著趙春江手指的方向記者看到，松江周邊不少居民家的屋頂也戴上了“太陽帽”，其中有一戶的太陽能電池板面積已超過了趙家。“這些年不少居民來我家取經(jīng)，去年，我家周圍的十幾戶鄰居一窩蜂都裝上了家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)。”趙春江說，現(xiàn)在安裝一套4000瓦功率的家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)只需幾萬元，差不多5.86年就能收回投資，投資回報(bào)率在17%左右。除了家庭外，邊防、山頂哨所、地質(zhì)勘探隊(duì)等也都適用這種光伏發(fā)電戶用系統(tǒng)。

家用光伏

上海新能源行業(yè)協(xié)會有關(guān)人士向記者透露，截至目前，全國大約已有160萬個(gè)系統(tǒng)(戶用系統(tǒng))投入使用，上海地區(qū)目前還沒有確切的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但2017年金山地區(qū)安裝了1600多戶，全市累計(jì)已安裝數(shù)量估計(jì)在12000戶左右。專家表示，上海市屋頂面積大約占全市土地面積的3%左右，約為200平方公里，如果全部安裝上光伏電池板，相當(dāng)于建造了一個(gè)2000萬千瓦的大型電廠。按人均年用電1000度計(jì)算，僅太陽能發(fā)出的電就可以基本滿足上海市2000萬人口全年的需求。