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美国的太阳能电池板安装:朝西比朝南有利?!

2014年02月21日08:44    

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在美国得克萨斯州奥斯汀实施的“山核桃街项目”(Pecan Street Project)发布了一篇很有意思的关于太阳能电池板的报告。其内容是,安装在住宅屋顶的太阳能电池板朝向西方时,对系统电网造成的负担要比朝向南方时更小,可以有效提高系统可靠性。

山核桃街项目从2011年2月开始在奥斯汀的穆勒(Mueller)地区进行现场试验,以积累住宅中的用电数据。穆勒地区将机场重新开发成住宅地,约250栋住宅参与了该项目。其中约200栋住宅在屋顶上安装了太阳能电池板,其余约50栋住宅拥有纯电动汽车(图1)。2013年12月,笔者来到了穆勒地区,就该项目的最新成果进行了采访。

图1 实施山核桃街项目的穆勒地区

约200栋住宅安装了太阳能电池板。这些住宅是在旧机场所在地开发的

发电量与电力需求峰值一致

对于奥斯汀的52栋屋顶装有太阳能电池板的住宅的数据进行分析,结果显示,朝西的太阳能电池板与朝南的电池板相比,对系统电网造成的负担要小。

比如,在夏季的电力需求高峰时段——下午3点至下午7点之间,朝西的太阳能电池板的发电量比朝南的电池板多49%,发电量曲线与住宅用电量曲线十分接近(图2)。高峰时段由电网供应的电力可以相应地减少。

图2 朝西的太阳能电池板的发电量与朝南的电池板相比,更接近家庭用电高峰时段的电量

蓝线表示朝南的太阳能电池板发电量,黄线表示朝西的电池板发电量,灰线为家庭用电量。这是夏季的数据(出处:美国Pecan Street公司)

该项目负责人、Pecan Street公司首席执行官Brewster McCracken说:“我们发现,在住宅设备中,安装在屋顶的太阳能电池板在提高电力服务的可靠性方面最有效。无需让消费者改变生活方式或牺牲舒适性,就能实现夏季电力削峰。”

关于对电力需求的削峰率,朝西的太阳能电池板同样更有利,电池板朝南的住宅为54%,而朝西的为65%。尽管光伏发电只提供约三分之一的住宅用电,但朝西安装电池板可以提高效果。

McCracken称,“这一结论适用于得克萨斯州,但不一定适用于其他地区。”在更靠北的地区,也许还有风力及生物质等比太阳光更合适的可再生能源,估计用电高峰时段也不同。重要的是分析消费者的行为,找到符合当地特点的节能方法。

分析2500多次EV充电行为

该项目还取得了另一项值得深思的成果,那就是,EV充电行为因“分时定价”(TOU:Time Of Use)而转向用电量少的夜间。

穆勒地区在约1.3平方公里内聚集了50户拥有EV的家庭,是美国有名的EV高密度地区。该项目随机选择了穆勒地区30户拥有EV的家庭,分析了从2013年6月1日到8月31日中的2500多次充电行为。

实证试验将这些家庭分为导入TOU的家庭和未导入TOU的家庭,分析了一天内EV充电产生的用电量走势,结果发现,TOU会让EV用户转向夜间充电(图3)。在高峰时段——下午3点到7点之间,导入TOU的家庭的用电需求低于未导入TOU的家庭,但从夜里零点开始,二者的用电需求发生逆转,直到凌晨5点,导入TOU的家庭的用电需求均大于未导入TOU的家庭。

图3 工作日EV充电所产生的电力需求

蓝线为使用TOU(分时定价)服务的家庭的EV电力需求,绿线为未签署TOU协议的家庭的EV电力需求。红线为充电行为产生的预计电力需求(出处:美国Pecan Street公司)

未导入TOU(采用普通电价)的家庭中,22%的EV充电是在高峰时段(下午3点至7点)进行。而导入TOU的家庭中,只有12%的充电是在高峰时段进行。从中可以看出,如果导入TOU并提高高峰时段的电价,就会有很多EV用户避开高峰期充电。

McCracken表示,“在拥有EV的家庭中,EV充电在用电量中占很大比重。但是,这一点能够控制,可以避开高峰期转向夜间充电。”

科罗拉多州也参与该项目,将在三个州获取数据

除了穆勒地区,奥斯汀市还有约250栋住宅参与了山核桃街项目。也就是说,奥斯汀共有约500栋住宅参与。除了奥斯汀之外,还有德克萨斯州其他城市的约400栋住宅,以及加利福尼亚州圣地亚哥的约50栋住宅参与了该项目,住宅总数达到了约1000栋。

另外,科罗拉多州也决定在2014年加入,这样,该项目就可以收集并分析更多地区的数据,包括住宅用电量、太阳能电池板的发电量,以及消费者的EV充电动向等。

该项目收集的数据已与全世界15个国家的50所大学和研究机构共享,包括西班牙马德里大学、澳大利亚南昆士兰大学、印度孟买大学及印度技术研究所等。每年还召开两次会议,与各大学的研究人员进行信息交流和讨论。

亚洲方面,除了印度之外,台湾的大学与机构也参与了该项目。目前还没有日本的大学参与,但McCracken表示十分欢迎,称“希望日本的大学务必参与进来。”(作者:菊池珠夫,日经技术在线!供稿)

(责编:值班编辑、庄红韬)

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