12月份澳大利亚墨尔本举行的亚太太阳能研究会议期间，国际能源署SHC任务69“2030年太阳能热水”团队组织了一次关于光伏热水系统的特别会议。这次会议题为”，主讲人是最近在皇家墨尔本理工大学完成博士学位的Dean Clift。克利夫特分享了一些关于如何设计和运行光伏热水系统的建议，以减少公共电网的峰值负荷，并为家庭提供最大价值。这次演讲是克利夫特作为皇家墨尔本理工大学的研究员和热水器制造商Rheem的研发经理几年来努力的结晶。他的结论之一是：在澳大利亚的背景下，6.6 kWp光伏发电机与热泵和简单的计时器一起，可以将热水系统（资本和使用）的家庭 10 年总电力成本降低 27%。上面的方案显示了光伏热水与公共电网集成时发生的复杂相互作用。

  IEA SHC Task 69 联合任务经理兼研讨会发起人 Robert A. Taylor 表示：“在亚太太阳能研究会议期间，我们举办了一场精彩的面对面会议，汇集了来自澳大利亚工业界的研究人员和利益相关者，包括来自热水设备制造商和电网服务提供商的代表。“我们也可以展示一些最佳实践示例，说明如何配置和操作智能光伏热水器以明显降低峰值负载。”

  克利夫特首先介绍了澳大利亚的水加热情况，与大多数发达国家一样，澳大利亚约占家庭能源消耗的25%。因此，如果不考虑生活热水，就不可能实现100%可再生电网。尽管澳大利亚人口相对较少，但其1090万户家庭每年消耗 16.7 TWh 的热水热能（约占澳大利亚用电量的 10%）。克利夫特说，目前的储水式电热水器代表了10.8吉瓦的巨大可控负荷。

  克利夫特的模拟是在澳大利亚国家电力市场进行的，重点是南澳大利亚州，那里是世界上屋顶光伏渗透率最高的国家，达到11 kWp /capita。“在这个领先的地区，你能展示有趣的趋势，这些趋势能成为另外的地方的试点项目，”克利夫特说。

  图1：不同的光伏热水装置和控制策略及其光伏自耗率。资料来源：皇家墨尔本理工大学

  克利夫特的第一个重点是优化没有电池的家庭热水器的光伏电力的自耗（见图1），在这样的领域，“我们小组的科学和工业同事在任务69中对研究光伏热水器的不同控制策略及其对国家电网的影响产生了浓厚的兴趣，”克利夫特解释说，在任务69同领导了关于太阳能光伏热水系统的子任务C。

  根据模拟，标准电热水器仅从私人家庭屋顶产生的光伏电力中获得其使用的电力的12.7%。当热水器设计改进和智能控制相结合时，简单的储水式电热水器可以将每年的电网电力负荷降低到0.4 MWh，其中84.2%的热水用电需求来自3.6 kWp房主屋顶上的光伏发电机。

  根据Clift的说法，只有包含双重加热区和浸入元件的调节才能进行这种改进。这允许在水箱的上部优先加热，以通过公共网格减少紧急加热，同时还利用储罐的全部容量来最佳储存容量。控制策略保证了房屋的不间断热供应以及满足军团卫生要求的要求，同时清除了从适度的网格集成3.6 kwp PV阵列中可用的任何多余的PV。

  他将这些结果与使用集成空气源热泵的系统来进行了比较，该系统增加了成本和复杂性，但可以将热水耗电量降低到标准电热水器的三分之一。克利夫特建议，从房主的角度来看，带有热泵的简单计时器很有效，从根本上减少了电网消耗，可以与上面讨论的复杂的双区储水式电热水器相媲美。

  图 2：大多数生活热水热泵在一天中的高峰负荷时段运行资料来源：皇家墨尔本理工大学

  然而，从公用事业公司的角度来看，情况看起来大不相同。随着热泵热水器渗透率的提高，计时器对于维持电网电能质量可能至关重要。如图 2 所示，没有增量定时器控制的热泵往往会在电网需求高峰期导致最高的电力消耗。为帮助管理电网，添加可变容量的热泵、电池以及集中或通过本地微型电网聚合和控制此类系统的能力可能是有利的。与使用标准热泵相比，这种先进的系统能进一步减少 28% 的电网消耗。

  热水器可以与电网进行正向互动，大幅度的增加网络光伏的自用量，来提升我们现有的电网基础设施采用可再次生产的能源和淘汰化石燃料发电机的能力。但是，我们一定要仔细考虑它们的最佳配置（电阻加热、标准热泵、变速热泵以及包含电池和先进的控制方案）。

  在澳大利亚，6.6 kWp光伏发电机与热泵和简单的计时器一起，可以将热水系统（资本和使用）的家庭10年总电力成本降低27%。

  鉴于高昂的资本成本，在这种系统中加入电池并不具有成本效益。有效和简单地利用热水器固有的蓄热，几乎不需要电池储能。使用电池的决定能够大大减少约80%的家庭电网消耗，这与水加热输送无关。

  目前，热泵的最佳消费者成本解决方案使用带有简单计时器的定速热泵。然而，随着变速热泵资本成本的降低，这样的一种情况可能会迅速改变。

  最终，特别会议表明，我们不能忘记热水系统，因为正如克利夫特所说，“我们在澳大利亚拥有的最大电池是对我们家中不起眼的热水器的集体控制”。编译 陈讲运