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Solar panels that plug into your wall

能直接插在墙壁插座上的太阳能电池板正在迅速普及。在德国,这类被称为阳台电站(Balkonkraftwerke)的设备已经很常见:小型太阳能板挂在阳台上,接进普通插座就能发电,租客不必请电工也可安装。随着成本下降和政策放宽,这种插电式太阳能系统正走向世界各地,即将变得无处不在。

正文

在犹他州南盐湖城郊区的一条安静街道上,一场能源革命正在酝酿。在一栋不起眼、面积一千平方英尺的世纪中期风格住宅的备用卧室外,放着三块倾斜的太阳能电池板,直接插在附近的插座上。

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与安装大型屋顶太阳能系统所需的高技术门槛和高昂成本不同,安德鲁·莱昂(Andrew Leon)和维多利亚·毛罗(Victoria Mauro)家草坪上的这套设备小巧、便携且便宜。它发的电足以带动笔记本电脑、电灯以及包括冰箱在内的一些电器。

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Image 6: Meet the First New Cat Species Discovered in 100 Years

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插电式太阳能(又称阳台太阳能,因为公寓住户也能使用)正在全美迅速普及。加州是最新一个通过立法、削减此前阻碍消费者用少量太阳能电池板发电的繁文缛节的州。犹他州在2025年春季率先将阳台太阳能合法化,随后又有九个州通过了类似立法——科罗拉多州、康涅狄格州、缅因州、马里兰州、新罕布什尔州、新泽西州、佛蒙特州、弗吉尼亚州,以及现在的加州。纽约州议员已批准一项等待州长签署的法案,另有近二十几个州的立法者提出了相关法案。

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Image 11: A New Expedition to Find Amelia Earhart's Plane

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插电式系统通常由一到三块电池板组成,以保持在法律允许的最大功率以下,用户既能省电费,也能减少来自燃烧化石燃料发电厂的电耗。“自己发电,而且比从电力公司买电还便宜,这种吸引力对美国人来说是普遍的,”加拿大安大略省西部大学的电气工程师约书亚·皮尔斯(Joshua Pearce)说。大约十年前,他就曾撰文阐述插电式太阳能的优点。

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Image 16: Where to Go for a Fall Leaf-Peeping Road Trip

对大多数家庭来说,电力来自远方发电厂,经由输电线路送来。装有屋顶太阳能的家庭会把电通过配电盘接入家中,多余电力回流给电力公司。但插电式系统的电力留在家里:电池板连着一个称为逆变器的小金属盒,插入插座后,电流被推送到住宅的其他插座。在政策非营利机构犹他州清洁能源组织(Utah Clean Energy)负责可再生能源项目的珍妮弗·伊登(Jennifer Eden)说,这类系统通常能满足普通家庭10%到30%的用电。

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Image 21: Your Neighborhood Could Influence Your Dementia Risk

这种装置在欧洲尤其流行。瑞典家具连锁店宜家(IKEA)在德国销售插电式太阳能套件,过去几年德国已安装超过一百万套。

随着越来越多州批准该技术、更多产品上市,皮尔斯预测:“这会像热煎饼一样迅速风行。”他在2017年一篇期刊文章中估算,若广泛采用,居民每年可节省约130亿美元电费;他说由于电价飙升,这一数字现在更高。伊登说,人们特别满意的是“现在有了一个进入太阳能的门槛,不用花几万美元,而且不住在自己房子里的人也能用”。

在电费特别高的州,居民能省下可观开支。尼克·丹兹(Nick Danz)独自住在科罗拉多州柯林斯堡一套现代化的两居室豪华公寓里,读到德国流行插电式太阳能后便跃跃欲试。科罗拉多州一年有200多个晴天,丹兹的公寓朝西南,是收集阳光的较佳方向(正南最理想)。今年夏天该州通过插电式系统法律后,他联系了加州清洁能源非营利组织Bright Saver。为鼓励人们使用可再生能源,Bright Saver不加价销售插电式系统。丹兹花不到300美元买了一套单电池板设备,用金属夹固定在自己三楼的小阳台上。

这套系统曾几次触发公寓的断路器、关掉他的电脑,但换了一个逆变器后问题解决。丹兹估计,自8月以来他已省下300多美元电费。他每周有四天不在家,在铁路上当列车长,“太阳能电池板基本上在供着我所有的待机设备,”他说。他打算很快搬进带更大阳台的公寓,希望挂三块电池板,这也是该州法律允许的上限。

一些电力公司曾担心,插电式设备可能把电送回电网,电到在线路上作业的员工。但皮尔斯发现,美国销售的微型逆变器都不具备这种能力。今年早些时候,检测公司UL Solutions制定了插电式太阳能系统的安全标准,并已认证了一家制造商。

皮尔斯还听到一种担忧:灌入墙上插座的电力可能导致老房子里的线路起火。但他说,尽管欧洲已广泛采用,“那种事在欧洲从未发生过”。今年6月,英国政府测试了当地销售的几款产品,发现没有直接电气危险,不过有些产品在受压时断路器跳闸不够快等小问题。

对有意购买者来说,一个障碍是地方规定——即便在阳台太阳能合法的州,地方也可能限制。莱昂和毛罗就吃过苦头:他们担心屋后树木遮阴,把电池板放在房前,但一名区划工作人员很快上门,说市里规定禁止在那里放板。目前这对夫妇的插电板仍留在原处,他们正与区划委员会沟通,希望放宽限制。

莱昂和毛罗的空调和大型电器仍用电网的电,但自5月以来,他们已从犹他州通常偏低的电费账单上总共省下近100美元。毛罗尤其喜欢它对环境的益处,因为太阳能不排放导致气候变化的温室气体。专家估计,即便生产太阳能电池板所耗的能源,也能在使用不到两年内被抵消。

“刚听说时,我们觉得好得难以置信,只要把太阳能板插进墙上的插座就能发电,”毛罗说,“但结果证明,我们要生产清洁能源并存下钱,真正需要做的就只是这个。”

评论

讨论整体偏审慎:不少参与者把插电式光伏视作“把电源插进插座”的新鲜事物,集中质疑其安全、电路与电网风险;另一条线索则认为它虽不如集中式光伏便宜或高效,却胜在绕开安装、并网和审批门槛,并期待插电式储能跟进。

认为插电式光伏的安全与可维护风险被低估

  • 集中质疑它是否安全、是否便于维护:传统严禁把发电机插进插座反送电,而插电光伏如何避免触电、误启动和反送,是核心疑问;固定光伏有配电箱总断点和标识,插电设备却可能从任意插座注入电力,电工、消防员未必知道其存在,断电也要逐个拔插头。还有人问雷电是否会增加交流侧火灾风险。(较多人) > 固定光伏通常能在配电箱找到总开关或标签断路器断开,而插电设备可能在任何插座送电,电工和消防员需要知道它们在哪并逐个拔插头。(@rkagerer)

认为它绕开安装、审批与并网瓶颈,虽不最优却值得普及

  • 光伏组件便宜之后,并网手续、安装和监管审批反而成了扩张瓶颈;插电式方案在发电效率、安装角度上并不理想,也无法替代集中式电站,但胜在即插即用,绕开了这些软性成本和流程,所以兴起并不意外。(少数人) > 光伏板便宜到瓶颈变成了并网、安装和监管审批,插电式光伏虽不完美,却绕开了大量障碍。(@ACCount39)

认为集中式光伏便宜得多,插电式只是有趣补充

  • 从成本角度看,公用事业级光伏远比这种户用插电式便宜,因此后者更多是有趣的补充,难以成为减排主力。(少数人) > 这东西挺好玩,但公用事业级光伏便宜得多。(@7e)

希望插电式方案扩展到电池储能,配合分时电价使用

  • 有人希望下一步出现插电式电池:现有在网电池逆变器要么只有单腿 120 伏,要么是大功率高价型号;理想产品是几千瓦、支持双相、可接十几千瓦时电池的中等价位设备。若配合可变电价,在低电价时充电、高电价时放电,会更实用。(少数人) > 我只想要大约 3 千瓦、支持双相、能接十几千瓦时电池的插电式储能,而不是只有单腿 120 伏或要五千美元的十二千瓦大机器。(@theoreticalmal)

有价值的补充

  • 美规 120 伏分相系统中,插电设备可能只接其中一相;普通用户并不会注意哪个插座对应哪一相,需要设备或系统层面处理。(@michaelrpeskin)
  • 同一回路若同时存在电源和负载,可能过载却不跳总闸;据称这正是插电式光伏功率被限制在单回路容量一小部分以下的原因。(@pfdietz)
  • 阳台光伏常垂直安装,发电峰值会移到鸭子曲线两端;若规模足够大,可能让午间负荷低谷更深、傍晚爬坡更陡,从而进一步提升电网级电池储能的重要性。(@ACCount39)
  • 大量跟网型逆变器替代同步发电机后,系统转动惯量下降;即便都能锁相到 60 赫兹,负荷突变时频率稳定也更难维持。(@lol_catz)