基于互联网思维的家庭光伏系统技术与应用

高腾飞 李建功 李 艳

（黄淮学院 电子科学与工程系，河南 驻马店 463000）

国家对光伏行业扶持力度进一步加强，企业对中国光伏应用市场的开拓力度顺势而增。同时，国家于2015年3月中旬出台的“新电改”政策的实施，以开放中国电力市场的方式，将对中国分布式电力市场产生极大的推动力。

分布式光伏应用技术以其模块化、微型化、智能及网络化管理，同时兼据按需供应、就近消耗等特点逐渐成为光伏应用发展的主流。然而发展过程中的种种问题，也时刻阻碍着分布式光伏系统应用进程的脚步。里夫金先生在其所著的《第三次工业革命》中提出第三次工业革命将会把每一栋建筑转变成微型发电厂以及存储电力的基础设施，而作为“能源互联网”的基础部分，发展家庭分布式光伏应用系统也显得任重而道远。

1 光伏民用市场现状与分析

1.1 光伏民用市场态势

针对目前光伏民用市场的现状，可将其分为光伏产品应用、户用系统应用、车船光伏应用、农业光伏产业应用等。多样化的应用方式表明光伏市场具有巨大潜力。依照现阶段的情况分析，目前市场的开拓依旧困难。

从2012年至今，伴随着国家一系列相关政策的出台，中国光伏企业改变了两头朝外发展情况，开始大力布局中国光伏应用市场。近几年的发展已经为光伏的应用奠定了基础，也使得民众看到了能源互联网的趋势所在。但基于各项基础设施还不完善，国家政策的实施细则存在较大缺口，商业应用的模式还处于探索与实践的边缘，光伏技术的研发与制造水平还并未达到可以快速在民间商业化应用的时间点，一系列的问题造成了分布式光伏应用成本的增加。

从目前家庭户用分布式光伏系统的应用现状来看，还存在着一系列的具体问题。虽然国家各项政策的出台与推动光伏市场的决心让中国的光伏市场趋向于大好，但依然存在很大的问题，例如市场准入、扩张以及商业渗透模式等障碍重重。

家庭分布式光伏系统的备案流程、审核办法、技术规范、验收程序、补贴发放、电力买卖等细节性问题依然有待解决。鉴于初期建设投入资本较大，且项目成本回收期较长，项目业主的盈利模式还处于探索中，亦无实际的借鉴经验，造成家庭分布式系统的安装量依然没有大的进展。针对目前的能源服务公司，还欠缺完善的集成化服务体系。此外，中国还尚未出现能够服务于个人用户，具备专项小额贷款业务的绿色银行。这为家庭个人用户的分布式推广产生了很大的影响。

2015年4月，国家发改委再一次发布通知，进一步扩大输配电价改革试点范围，新增安徽、湖北、宁夏、云南四个省份，以求加快输配电价改革。《通知》同时指出对电网企业监管将由现行核定购电售电两头价格、电网企业获得差价收入的间接监管，改变为以电网资产为基础对输配电收入、成本和价格全方位直接监管［1］。为促进电力改革能够持续有效发展，国家相关部门的布局显然正在进一步加快调整。

1.2 互联网商业运作模式对光伏户用系统的启发

互联网思维旨在以平等、开放为基本原则，通过网状结构的链接，打造一种以去中心化、分布式、扁平化等为特点的思考与产业运作方式。利用现有网络平台，大数据收集与分析工具以及云端存储计算等新型科技，以一种开放合作、平衡共融的颠覆性视角对产品、企业价值、商业生态等进行审视与思考。

强调以“用户至上”为核心的互联网思维，明确在为用户解决问题的基础上去分析产品的改进设计方案，通过这种细节性问题的节点在解决问题的过程中达到一种颠覆式创新的观点。即以用户体验为根基，实时更新改进产品。运用互联网思维进行产业布局的成功案例不胜枚举，其中不乏逆袭成功的行业巨头。而如今互联网思维在传统行业的应用与实施中，很大程度促进了传统产业的发展。各大产业基于互联网思维的转型升级策略也预示着产业发展的途径与未来方向，这也进一步改变着市场的产业格局与商业结构，而越发能够感受到跨界的力量以及产业共融的趋势。

2015年3月5日十二届全国人大三次会议上，李克强总理在做政府工作报告中首次提出了“互联网+”行动计划，以信息化为核心，将其余工商业、农业、金融业等服务业全面融合，旨在推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。达到新经济体下的创新发展。体现出政府对互联网与传统产业融合所具有的前瞻性，以及传统制造业转型为互联网产业的必然趋势。其中提出的“互联网+新能源”行动计划，互联网思维“用户至上”的核心，也映衬着家庭分布式光伏系统应用中以客户至上为中心的服务策略。依中国目前情况分析，传统的电力行业处于垄断地位，电价依照国家制定标准实施，用电家庭只能被动接受，同时还面临着电力供应不稳定，服务质量欠佳等问题，而开放电力市场又是推动新能源革命的必然趋势。因此，鉴于目前中国政府出台的《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》这一新电改政策，未来的能源服务公司也将依此运用互联网思维解决用户所产生的系列问题［2］。同时在产品服务业务推广与改进方面，利用互联网平台以及移动端推送技术，及时了解客户所面临的问题，通过大数据对问题进行分析寻找突破口，并制定针对性解决方案，准确、系统地为客户提供优质服务策略。

采用云平台借助大数据分析和高性能计算技术，为客户提供项目前期选址分析、系统设计选型、安装调试、并网服务策略、后期监控检查以及定期维护问题实时解决等全方位的技术解决服务方案。并根据当地并网方式、补贴策略、融资方式、电力市场政策等区域性差异，因地制宜地为客户提供最优质服务。新型能源供给模式，将由网络通信技术进行管理，采用从客户处购买电力能源，再分销给其他客户。这就需要在管理客户能源上，一方面优化能源利用，另一方面提高能源利用效率。

从2013年国家开始实施光伏补贴电价，较高的投资收益率吸引大批资本进入光伏市场。市场的不透明和不规范，造成了大量的信息不对称现象，由此造成光伏产业的混乱与无序。而伴随着互联网时代的迅速崛起，以及新型商业模式和创新思维的出现，为光伏行业与互联网的融合提供了有利的契机。

作为能源互联网的基本单元，分布式可再生能源的未来发展将会以偏平化、民主化的方式在开放性的商业网络中展开，分散合作式的发展模式将使其形成信息高度透明、能源利用率高的电力供需网络结构。针对目前互联网创新商业模式的结构分析，家庭分布式光伏应用与互联网商业模式的结合将会进一步促进能源产业的发展与应用。

运用B2B、B2C 电商平台，为光伏系统产品与能源供应企业同项目业主之间搭建交易渠道，为客户提供集资源数据分析、系统设计安装以及并网维护等集成化服务策略。运用C2C电商模式将个体与个体之间的电力交易分区域化管理，使其能够就近消费，从而减少远距离输送所带来的电力损耗。运用C2B 电商模式，通过聚合一定数量的客户，采用社区或其他集体合作的方式，与商家协商签订批量服务协议，从而使客户的收益达到最大化，这也同分布式光伏系统的社区式应用特点相契合，将利于区域电力特点的平衡与稳定。此类O2O 商业模式，将会促进基于云平台的电力监控、系统监测类企业、系统方案解决类企业、电站交易平台以及发电量电子交易市场平台的产生。基于互联网的电力交易市场平台，不仅提供可以为客户通过能源电力交易服务，还提供家庭电力需求分析预测，产品设备的运维管理，能源电力金融交易类服务等［3］。

2 家庭分布式应用技术与互联网

2.1 能源互联网与光伏应用技术

以德国能源互联网实践项目——E-Energy系统理念为例，E-Energy是基于ICT的未来能源系统，它提出在整个能源供应体系中实现完全数字化互联以及计算机控制和监测的目标。E-Energy充分利用信息和通信技术开发新的解决方案，以满足未来与分布式能源供应为主的电力系统需求。它将实现电网基础设施与用电器之间的相互通信和协调。

作为德国E-Energy 的另一个项目——E-DeMa 项目则是一个智能互联的分布式能源社区。家庭既是消费者，其家庭分布式电站所发的电力可就近交易。该项目的核心即能源路由器，路由器既可以实现用电智能监控和需求响应，也可将分布式电站生产的电力售给电网，能源路由器可以是超级智能路由器，也可以是家庭智能存储设备单元，或者是家庭超级智能电表［4］。

未来家庭能源管理HEMS 是能源互联网的基本单元。家庭能源管理系统包括：智能监控家庭太阳能、EV电动车、储氢电池或燃料电池、空调、冰箱等各类智能家电、以及与微电网智能互动调整平衡等［5］。其将应用于智能电网对家庭用电器的深度控制，并通过对云端数据的采集，深入分析用户用电习惯，采取适宜策略为客户提供个性化定制服务。

作为互联网的基础设备，计算机的发展历史无疑为我们提供了一个可供参考的发展趋势。计算机在光伏系统的终端应用上实现低空间资源成本、低输变电成本、低安装使用维护成本，将会极大促进家庭分布式系统的应用推广。

在发电侧，利用分布式和微网技术，采用就近消纳，余电上网方式，可大幅提高可再生能源利用效率。基于能源路由器的高智能集成设备，家庭使用电路三线合一，与用户终端采用插口式解决方式，快捷高效、操作便捷。在输配电侧，通过广泛应用的传感器和建立在ICT 技术基础上的控制系统，能够快速发现故障，并实现精确定位和自动修复，同时提供更详尽的用电信息，最终实现集成与离散相结合的高集成程序化设计，为客户提供可扩展，具有自适应能力的智能能源管理系统，以及面向对象和应用的解决方案。

新的商业模式将以为客户提供咨询服务和构建创造性集成化设备软件为核心，而针对客户的需求，其更希望了解如何更加高效、节能地使用能源系统，以及如何获得更大的电力收益。因此，基于合理高效的通讯技术与信息网络的“能源管理”将成为企业的核心竞争力。

2.2 产品应用及商业模式实现方式

可预见性的开放式网络商业、分散合作式研发战略、可持续的低碳物流和供应管理以及按社区聚集的扁平化结构，无疑将改变目前市场发展策略［6］。

鉴于大型商用光伏项目所带来的高利润收益，一直广受能源服务公司青睐。而如果能源服务公司能够利用各类信息，通过互联媒介，将独栋住宅连接成建筑群，在充分分析区域特点及建筑结构布局情况下，提供一个可大幅降低成本的改建方案。或者与规划设计中的城镇社区联合改建，以实现区域住宅分布联动效果，在规模和利润上达到大型电站的水平。将分布式能源利用改造计划成社区集体事宜，以达到全民参与的程度，将能够极大促进可持续发展规划。

参考美国早期“谷仓模式”——整个社区的民众共同参与合伙建设谷仓，这一发展需要全社会的参与，中小微企业、合作社、共有权益房产、社会协会、环保组织和消费者组织都将成为其参与者和合作者。结合中国目前发展概况，采用互联网思维通过各类网络信息通道，结合金融平台，采用众筹、资本证券化等模式展开能源建设融资布局，以大众参与的方式共同促进可再生能源利用市场的开拓。

例如，基于中国目前所采取的开放电力市场政策，采用小范围区域资金筹集的方式，建立民间绿色银行，并通过社会及政府监督，参与者可以得到高于银行利息的确定性回报，并根据建设项目的收益进行分红，采用网站以及移动互联的方式将各类信息及客户收益透明化，以获取民众信任度。因此该民间绿色银行应具有住宅屋租用资格、买卖电力资格、融资资格等一系列服务资质。依照目前情况来看，这一市场化趋势十分明显，但国家政策及地方政府细化举措还有很大的空白区域。

基于“能源互联网”模式分析，建筑与房地产行业，若将百万建筑大楼改变成微型发电厂，在城市及现有住房的基础上是很难成立的，即将原有建筑进行改造将很难实现。而针对中国农村城镇现有建设情况，新一轮的城镇化建设以及新农村社区建设可以直接将可再生能源利用方式考虑进去，以此促进长期能源结构规划的实现与变革。

参考荷兰乌得勒支省的虚拟城市3D模型，若进行城市现有建筑“去碳化”改造工程，则需要审查统计该区域各类建筑（政府建筑、居民建筑、商业建筑等）的用电记录并分析每栋建筑的节能潜力，然后将其归类，之后估算每栋建筑的改建费用，并明确可能造成的风险及价值量。同时运用信息整合与数据资源分析策略，将归类的建筑因地制宜地进行分布式系统的安装及电气设计，或将在节约改造成本的基础上，统一电子电气实施规范，即避免可能造成的并网匹配问题。

3 前景与展望

就目前情况来看，现有光伏市场的潜力开发时间远超预期，户用市场在近几年时间内并不能发展得很好。能源互联网这一大趋势，应该说比想象中的要艰巨得多。开放电力市场的目的，应该是让众多的民营资本进入到新能源发电领域，而不仅仅是中国国企一直占垄断地位，开放市场才能够让更多的民间资本进入到光伏这一领域，从而推动光伏应用市场的快速发展。让更多的资本流入，必然会促进技术的进一步发展。

新电改的实施，在力求解决光伏发电等新能源产业设备制造产能和建设、运营、消费需求不匹配，没有形成研发、生产、利用相互促进的良性循环，可再生能源和可再生能源发电无歧视、无障碍上网问题未得到有效解决等问题。同时，积极布局国内新电改在各区域实施的划分策略，力求循序渐进，稳步高效推动中国电力市场的售电业务向社会资本开放的策略。

现代化的高度集成电子研发将为家庭分布式能源的推广与应用提供技术支持，将控制器、逆变器等设备并入集成化的电路中，为客户提供更为简单便捷的安装方式，或将成为未来设计研发的主流。在保证光伏系统与家庭建筑相匹配，满足光伏系统安装基本要义的基础上，改善光伏组件外观结构，使其实现节能环保的基本功能后可以美化建筑外观，为使用者提供个性化模块化组合搭建方式。

可预见地，未来售电侧能源服务公司将以更多创新服务模式，以客户为中心，寻求在为客户提供免费的大众服务的同时，采用个性化定制服务策略，适时为客户推送部分包括合同能源管理、综合节能和用电咨询等系列增值服务。

4 结语

互联网作为信息社会的基础，其影响范围之广，渗入领域之多为大众所知，但至今各类技术与模式不断发展与创新，也还远未达到可定型状态。基于互联网的思维模式，也在不断地创新发展中持续颠覆人类的认知与生活。面对各类看似纷杂，实则相互影响的社会，以一种平衡与融合的思考原则，寻找相互之间的平衡点及融合方式，而最终创造出一种具有颠覆性的力量，使得一切的交融都能够成为一种可能。

家庭民用分布式光伏系统作为能源互联网的基础部分，其发展趋势已成必然。在综合分析目前技术与应用的基础上，依托新型前沿科技并结合中国实际发展形势，以民众视角寻求发展的突破点，将有利于进一步思考其发展方向与对应模式的探索。

［1］国家发展改革委.关于贯彻中发［2015］9号文件精神加快推进输配电价改革的通知［S］.发改价格［2015］742号.

［2］国务院.关于进一步深化电力体制改革的若干意见（中发［2015］9号）文［S］.2015.

［3］鼎级理财网.能源互联网和品种（收藏级）［DB/OL］.http://bbs.toplicai.cn/read.phptid=134141.2015.

［4］曹寅.“中国能源互联网之路”白皮书［DB/OL］.无所不能网.http://www.wusuobuneng.com/archives/18571.2015.

［5］巴曙松.【华尔街金融观察第14期】未来能源互联网实时大数据的发展趋势［DB/OL］.21世纪网，http://www.21cbh.com/2014/8-8/3MMDExNDJfMTI2MjU3MA.html.2014.

［6］Jeremy Rifkin.第三次工业革命，新经济模式如何改变世界［M］.北京：中信出版社，2012.