太陽能

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

光伏

一位退休多年的上海市民，已經自籌資金在自家進行了長達12年的家庭發電系統安裝實驗，采集到了第一手的實驗數據。而從2017年開始，他又把研究重點放在了太陽能余電利用新途徑和上海地區太陽能電池板安裝最佳傾角這兩件事上。

該家庭光伏實驗室的主人叫趙春江，他告訴記者，從目前的實驗數據來看，在上海地區安裝太陽能電池板的最佳傾角應該是10-15度之間，而非此前外界認為的理論值(20-25度)。

趙春江家屋頂的南側安裝了40平方米的太陽能電池板

近一年僅購置實驗設備就花掉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，發出幽藍的光。小院門口，掛著一塊“上海電力學院太陽能研究所實習基地”的牌子。這里，就是上海電力學院太陽能研究所名譽所長趙春江的家。

“我已經退休四年多了，現在每天的時間基本上都花在自己做實驗上，就是想摸索出上海屋頂搭建太陽能電池板的最佳數值，為未來居民家庭光伏發電積累一些經驗。”65歲的趙春江說著，把記者迎進一樓朝南的一個小房間——房間中間是一張長條形的實驗桌，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，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“家庭PV發電、儲電、供電系統”。

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

一邊說著話，趙春江一邊打開了儲氫罐的閥門，轉瞬間，燃料電池轉換出的電能就帶動了四只小風扇快速轉動，另一側的導管內則滴下氫氣轉換電能后的產物——水。他說，2017年6月至今，自己做這個家庭微電網實驗已經花掉11萬元，還不包括小型超級電容實驗的花費。

其實，趙春江最為人所知的，是他“中國大陸地區安裝家庭光伏發電系統第一人”的身份。

逆變器

早在2006年12月，當時還住在閔行區莘莊鎮的他就在自家小高層屋頂自費安裝了國內第一套家庭光伏發電系統，22塊太陽能電池板、、電表、交流保護開關和一套記錄系統全部由他自己設計、采購并請安裝公司上門安裝，當時總價超過14萬元。

從2006年到2012年的6年間，這座發電功率約3000瓦的家庭式太陽能屋頂電站天天無故障運行，日均發電近9000瓦時(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，逆向“發”電。

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

“剛開始，我家的太陽能屋頂發電不僅不賺錢，反而要多交電費。”趙春江苦笑著說，當時只有單相脈沖電表記錄用戶用電量。像他家這樣逆向上網發電，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“好心發電”卻被誤收電費后，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出售的一個“轉折點”。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”的補貼電費是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，請他查收。

趙春江在家打開儲氫罐閥門，進行“家庭PV發電、儲電、供電系統”實驗

“2016年7月14日，收到國網上海市電力公司跨行匯款的電費505.72元;2016年9月22日，收到上海電力公司電費700.68元;2017年3月30日，收到電費539.05元……”趙春江指著電腦屏幕上的一個收支統計表告訴記者，這些年每筆“賣電”收入他都詳細記錄下來，目前，家庭自發的綠電已可享受國家和上海的雙重補貼，其中，國家電網對可再生能源上網補貼價是每度電0.32元(注：稅前每度0.37元，此前最高時曾達到過0.42元)，上海再給予每度綠電0.4元的地方補貼，是全國所有省份中補貼力度最大的。“這7角2分的補貼不管你是發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元標桿煤費用的國家補貼。”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，他的屋頂太陽能電池覆蓋面積也擴大到40平方米，發電功率達到3700瓦，平均年發電量在3900度左右。

每隔5分鐘測一次傾角對比數值

如今，趙春江又開始全身心投入到新研究當中。

登上趙春江家三樓屋頂，記者看到，除了朝南一側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，兩個輻射儀各有分工，一個用來測量水平面的太陽輻射值，一個測量10度傾角的太陽能輻射值。為了減少風沙、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，擺放著數據采集器、模數轉換器和一臺筆記本電腦，從0點到23點55分，系統每隔5分鐘就會自動采集一組數據(溫度、水平面、斜面輻射值)，并將每天測得的288組數據導入電腦。

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

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

“從目前得到的實驗數據來看，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為的20-25度(理論值)，而是10-15度，原本光伏界認為正南向陽光輻射值最高，但是實踐發現，在上海偏西南方向的光伏發電效率更高。”趙春江說。

他進一步解釋說，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，去年，我家周圍的十幾戶鄰居一窩蜂都裝上了家庭光伏發電系統。”趙春江說，現在安裝一套4000瓦功率的家庭光伏發電系統只需幾萬元，差不多5.86年就能收回投資，投資回報率在17%左右。除了家庭外，邊防、山頂哨所、地質勘探隊等也都適用這種光伏發電戶用系統。

家用光伏

上海新能源行業協會有關人士向記者透露，截至目前，全國大約已有160萬個系統(戶用系統)投入使用，上海地區目前還沒有確切的統計數據，但2017年金山地區安裝了1600多戶，全市累計已安裝數量估計在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，相當于建造了一個2000萬千瓦的大型電廠。按人均年用電1000度計算，僅太陽能發出的電就可以基本滿足上海市2000萬人口全年的需求。