從工商業(yè)到戶用，分布式光伏的應(yīng)用場景似乎大部分都與固定建筑物的屋頂相結(jié)合。如今，隨著技術(shù)的成熟與商業(yè)模式的不斷探索，分布式光伏的應(yīng)用正逐漸多樣化，北京交通大學新能源研究所的童亦斌副教授介紹了一個別具一格的案例——外墻分布式光伏及儲能應(yīng)用示范項目。

該示范項目包括100個電動汽車充電裝置、300kWp光伏發(fā)電裝置、500kWh鋰電池儲能裝置、綜合智能監(jiān)控，以及電力電子和鋰電池實驗平臺等。

先來看下實景圖：

童亦斌介紹道，這一案例主要是針對分布式光伏在城市建筑場景中的應(yīng)用，北京交通大學的情況具有很強的代表性。首先，北京交通大學的用電負荷在這幾年實現(xiàn)了快速增長，從2013年3000萬度/年增長到2016年4000萬度電，主要原因是空調(diào)的推廣使用，配電系統(tǒng)增容壓力大；其次，空調(diào)負荷快速增長，配電系統(tǒng)短時容量超限和利用率普遍偏低的矛盾廣泛存在。從圖四數(shù)據(jù)可以看出，夏季尖峰時段空調(diào)負荷超過30% ，部分變壓器的負荷率接近90%，但年均負荷率大多在30%左右；最后，由于北京市對電動汽車采取的鼓勵措施，預(yù)計2018年之后電動汽車充電負荷開始快速增長，這將進一步增加配電壓力。與此同時，土地等條件約束，使得傳統(tǒng)增容方法的實施難度越來越高。

在這樣的背景下，“如何進一步發(fā)掘光伏的價值，利用分布式光伏發(fā)電和儲能等新技術(shù)來解決這些困境，而不是簡單地把線纜加粗、增加變壓器等傳統(tǒng)方法，也就是說，光伏除了可以賺一些發(fā)電補貼，還可以發(fā)揮更多的應(yīng)用價值，這正是這一項目開展的目的所在”，童亦斌介紹道。

總體方案

如果要充分發(fā)揮光伏發(fā)電的技術(shù)優(yōu)勢，比簡單的賣電復(fù)雜得多，涉及到電子電力技術(shù)、儲能技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)，未來還要考慮電動汽車的問題。


隨著越來越多的分布式發(fā)電、儲能接入到配電網(wǎng)，滲透率越來越高，對傳統(tǒng)配電網(wǎng)產(chǎn)生嚴峻的挑戰(zhàn)。高滲透接入之后，首先要解決的是設(shè)備及裝置之間的協(xié)同，把問題推給配電網(wǎng)，不僅效果并不理想，實施成本還可能非常高。接下去的技術(shù)發(fā)展階段是充分融合，要實現(xiàn)電網(wǎng)、分布式能源和電動汽車充電等負荷有機融合的目標，需要多個專業(yè)方向、多個相關(guān)領(lǐng)域的合作。不論是光伏發(fā)電還是儲能，都需要利用變流器接入配電網(wǎng)，我們則主要關(guān)注和研究變流器和多變換器分散接入系統(tǒng)的控制技術(shù)，保證供電可靠性和供電質(zhì)量。 ——光伏發(fā)電和電動汽車充電融合技術(shù)

光伏發(fā)電和電動汽車的融合是未來技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。童亦斌認為分布式光伏發(fā)電和電動汽車的普及是在未來配網(wǎng)面臨的重大挑戰(zhàn)，從北京交通大學實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，電動汽車充電負荷高峰非常集中，在早上上班高峰和中午上班的高峰。電動汽車無序充電，充電高峰與用電高峰疊加，造成“峰上加峰”，嚴重影響電能質(zhì)量和供電可靠性，增大線路網(wǎng)損。

示范項目

該項目的目標主要是針對配電容量和供電質(zhì)量的約束，在已經(jīng)建設(shè)電動汽車充電有序引導(dǎo)的系統(tǒng)前提下，研究如何利用光伏發(fā)電和儲能，一方面解決光伏發(fā)電自身的問題，另外一方面解決充電的問題。

童亦斌介紹，由于學校既有建筑屋頂資源有限，最多只能建設(shè)約350kWp光伏發(fā)電，這就促使我們探索一些新的分布式光伏建設(shè)方式，在拓展光伏發(fā)電建設(shè)條件的基礎(chǔ)上，進一步面增加光伏發(fā)電的附加價值。通過多種方案對比，最后選擇了學校的一棟宿舍樓，其光照條件非常好，由于外墻比較難看，考慮在南立面安裝光伏電池，不僅可以改善和美化建筑外觀，同時還能發(fā)電，并起到很好的科普宣傳效果。

和屋頂光伏一樣，BAPV的設(shè)計方案也需要兼顧外觀、實施難度、成本和發(fā)電效率等因素，但外觀的重要性會特別受到關(guān)注。在這個項目的設(shè)計中，我們比選了多個方案，而真正打動用戶的，是利用光伏電池板遮蓋凌亂的空調(diào)室外機。在總體方案確定后，就需要對框梁的荷載進行認真校核，對墻體混凝土的強度進行檢測，以確保光伏電池板安裝后的安全。在支架設(shè)計上，首先考慮安全，采取螺栓錨固和拉索緊固結(jié)合的方式；其次是要滿足外觀設(shè)計的要求；最后在這個項目則是考慮空調(diào)安裝維護需求、夏季空調(diào)出風溫度對發(fā)電效率的影響，以及支架重量和懸臂長度對墻體載荷和承載力的影響等。

組件選型：250Wp多晶硅

荷載和強度：框梁荷載校核、墻體強度

檢測支架設(shè)計：單一固定傾角（14.5°）、螺栓錨固+拉索、空調(diào)的影響（安裝、檢修和排風）

其它：參照光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計規(guī)范

實施效果


這個項目2016年6月6日并網(wǎng)發(fā)電，截止到2018年4月16日已經(jīng)累計發(fā)電15.0萬kWh，由于傾角沒有采取發(fā)電效率最高的設(shè)計（主要是荷載和強度約束），發(fā)電量略低于屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。宿舍樓光伏滲透率較高（＞40%），對負荷特性產(chǎn)生很大的調(diào)節(jié)作用，中午時段削峰效果明顯（大于30%），多點分散接入情況下，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運行，達到了預(yù)期效果。另外，監(jiān)測結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，光伏高滲透率接入情況下，日峰谷差相比之前有所增大（增大約20%），下午時段取代中午成為新的壓力點，不難得出結(jié)論，單純依靠光伏發(fā)電，對負荷特性的調(diào)節(jié)效果仍比較有限。

隨著分布式光伏的進一步發(fā)展，未來配電網(wǎng)也會面臨類似的情況，負荷和光伏帶來巨大的峰谷差和快速的功率波動，完全依靠電網(wǎng)去解決用戶側(cè)產(chǎn)生的問題，從效果和成本上分析，都不盡合理。今后，隨著分布式光伏發(fā)電滲透率的提高，電動汽車充電負荷的增長，利用儲能，直接在用戶端進行峰谷調(diào)節(jié)、負荷特性優(yōu)化、光伏消納以及就地平衡和協(xié)同融合等，在效果、效率和靈活性等方面具有更加顯著的技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用價值。


隨著分布式光伏的發(fā)展，像上述案例中的項目也將越來越多的出現(xiàn)在各投資企業(yè)的商業(yè)模式中，這不僅是光伏行業(yè)的發(fā)展，也是我國電力體制的不斷完善，而如何實現(xiàn)多種技術(shù)的融合發(fā)展將成為下一階段突破的主要目標。