存下太陽能

李星

2015年，一款名為“能量墻”的“光伏+儲(chǔ)電”產(chǎn)品走進(jìn)不少美國(guó)家庭，它由太陽能光伏面板和電池系統(tǒng)組成。能量墻的光伏面板產(chǎn)生的電既可以被直接使用，也可以被電池系統(tǒng)儲(chǔ)存起來，然后在夜間輸出給家用電器，從而減少家庭電費(fèi)開支。能量墻白天儲(chǔ)存的7～10千瓦時(shí)的電量完全可以滿足一個(gè)家庭一晚的用電需求，讓安裝了它的家庭免受停電困擾。

山里小學(xué)裝上免費(fèi)的“能量墻”

我國(guó)西部地區(qū)地廣人稀，那里的許多學(xué)生家離學(xué)校很遠(yuǎn)，因此大多選擇住校。這使本就拮據(jù)的學(xué)校在白天和夜間都有用電需求，電費(fèi)支出對(duì)學(xué)校來說是一筆不小的開支。如果這些學(xué)校能用上能量墻這種既能省電費(fèi)又能對(duì)抗停電的設(shè)備，那就太好了。無奈的是，能量墻的價(jià)格高昂，而且為家庭打造的能量墻并不能滿足學(xué)校用電量的需求。不過，類似能量墻的儲(chǔ)能設(shè)備在西昌的一所小學(xué)落戶了。

2020年，西昌市一所民族小學(xué)迎來了一套中國(guó)版能量墻儲(chǔ)電系統(tǒng)，由國(guó)內(nèi)某公司無償捐贈(zèng)、搭建并維護(hù)。該系統(tǒng)為民族小學(xué)近百名師生提供照明、烹飪等生活用電。從此，師生們告別了停電期間的煮飯難和照明難。在周末和假期，學(xué)校幾乎沒有用電需求，在這期間儲(chǔ)電系統(tǒng)會(huì)向電網(wǎng)反向輸電，可充抵學(xué)校的電網(wǎng)用電。

為了降低這套系統(tǒng)的電池成本，這家公司別出心裁地選擇了從純電動(dòng)車上拆解下來的舊動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能電池。這些電池的儲(chǔ)、放電性能已經(jīng)有所衰減，不能繼續(xù)滿足純電動(dòng)車主對(duì)于續(xù)駛里程的要求，但放電容量仍然有新電池的約80%。山區(qū)小學(xué)用電負(fù)荷低，教學(xué)樓的用電主要為照明，又沒有高功率電器，因此這些舊電池剛好能夠滿足山區(qū)小學(xué)這種低負(fù)荷的用電需求。

民族小學(xué)光伏發(fā)電儲(chǔ)電系統(tǒng)

光伏面板：屋頂光伏面板的峰值發(fā)電能力為6千瓦，完全能夠滿足教學(xué)樓白天的常規(guī)用電量。在天氣理想的情況下，教學(xué)樓白天不需要額外使用電網(wǎng)電。多余的發(fā)電儲(chǔ)存在電池中以備夜間使用。理想情況（每天都是晴朗天氣）下，這種規(guī)模的光伏組件可以在5年內(nèi)完全回收投資成本。整套系統(tǒng)的成本8年左右可以完全回收，而在這8年內(nèi)孩子們將幾乎不會(huì)受到斷電困擾。

電池系統(tǒng)：電池系統(tǒng)采用舊的純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存光伏面板產(chǎn)生的電能。單個(gè)動(dòng)力電池儲(chǔ)電容量為60～70千瓦時(shí)，可完全滿足教學(xué)樓白天的用電需求。一旦電網(wǎng)斷電，電池系統(tǒng)可繼續(xù)為學(xué)校提供電能。

電池管理系統(tǒng)：電池管理系統(tǒng)會(huì)控制電池的放電區(qū)間。純電動(dòng)車追求最大的續(xù)駛里程。因此放電區(qū)間大。但儲(chǔ)能電池的主要作用是應(yīng)急供電和削峰填谷，并不需要那么大的放電區(qū)間。因此，廠家將放電區(qū)間限制為下限20%、上限80%，這樣不僅可以保障電池系統(tǒng)運(yùn)行更加安全，而且可以有效延長(zhǎng)電池的壽命，讓電池系統(tǒng)能為孩子們服務(wù)更久。

光伏+儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行示意圖。

逆變系統(tǒng)：逆變系統(tǒng)將電池中儲(chǔ)存的350伏直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛秒娖魉枰?20伏交流電。

安全箱：為了防止偶爾爬上樓頂?shù)暮⒆右驗(yàn)楹闷娑|摸帶有高壓的接插件，電池配備了帶鎖的安全箱。這樣做除了能保護(hù)孩子們的安全，還能將電池與外界隔絕：電池故障引發(fā)的問題不會(huì)影響安全箱外部，同時(shí)大雨造成的積水也不會(huì)嚴(yán)重影響電池正常工作。

太陽能是目前被廣泛看好的新能源之一，但太陽能發(fā)電系統(tǒng)只能在有充足日照的白天工作，無法在陰雨天和夜間工作。白天是整個(gè)電網(wǎng)的用電低谷期，大多數(shù)家庭在白天的用電量較少。不能持續(xù)輸出電能這個(gè)缺點(diǎn)阻礙了太陽能電的普及，而儲(chǔ)能電池剛好彌補(bǔ)了這個(gè)不足。

另外，即便是舊的純電動(dòng)汽車電池的價(jià)格依然不低。為此，瑞典科學(xué)家于2017年提出了比電池更廉價(jià)的儲(chǔ)存太陽能的方法。他們研發(fā)的新型儲(chǔ)能裝置看上去就像一根根裝滿溶液的試管。溶液中的儲(chǔ)能分子可以將陽光中的能量以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來，并由常見形態(tài)轉(zhuǎn)化為具有更高化學(xué)能的同分異構(gòu)體。在放能階段，催化劑能夠讓高能量的同分異構(gòu)體快速轉(zhuǎn)化為低能量的常見分子形態(tài)，并釋放熱能。熱能既可以被進(jìn)一步用于發(fā)電，也可以直接用于室內(nèi)取暖。許多專家相信，“光伏+儲(chǔ)能”能幫助太陽能走進(jìn)千家萬戶。

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的梯級(jí)利用和回收

舊的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的放電性能雖然無法滿足電動(dòng)汽車的使用要求，但是可以用于觀光車等對(duì)放電性能要求不高的設(shè)備。當(dāng)電池?zé)o法滿足觀光車的需求時(shí)，還可以繼續(xù)在下一個(gè)梯次使用，例如作為通信基站的電池。經(jīng)過一個(gè)梯次、一個(gè)梯次的多次利用，理論上，動(dòng)力電池可以一直使用到30%初始放電量以下，才拆解回收。這樣看來，梯次利用可以說充分榨干了動(dòng)力電池的使用價(jià)值。

當(dāng)動(dòng)力電池沒有再次使用的價(jià)值時(shí)，它們會(huì)被送至專業(yè)的電池回收公司進(jìn)行拆解。這些回收公司會(huì)對(duì)其中的金屬進(jìn)行篩選，并回收再利用其中的鎳、鈷、錳、鋰等高價(jià)值金屬。