据估计，全球有13亿人无法获得电力，因此不得不将有限的资源用于购买煤油等燃料照明。如今，麻省理工学院的研究人员开发出一套系统，让农村村庄中买得起太阳能电池板的人能够与邻居共享电力，为电池板所有者带来收入，也为邻居提供急需的电力。
这套系统经过两年的研究和多次印度之行开发而成，其关键在于团队研制的一种简单设备，体积比鞋盒还小。电力管理单元（PMU）承担多种任务，调节太阳能电池板或其他来源产生的电力如何分配到即时用途——例如为灯具和手机供电——或存入电池以备后用。同时，PMU会监测分配给每位用户的电量并留下记录，可据此计费，无需安装单独的电表。
在电气工程教授 Rajeev Ram 和 David Perreault 的指导下，麻省理工学院博士生 Wardah Inam 和 Daniel Strawser 将于下周与其他几名团队成员前往印度，在当地开展为期一夏的系统实地测试。途中，他们还将停留在韩国首尔，在国际电力电子会议上介绍这项工作的情况。
赚取额外收入
测试安装将在印度东北部詹谢普尔地区的两个村庄进行：其中一个完全没有外部电力来源；另一个接入了电网，但只能间歇性用电，平均每天有两到三小时供电。
Inam 谈到他们此前走访、与村庄领袖和居民讨论需求时的发现：“这些村庄里有些人以前从未接触过这类技术。”
村里已有几户人家安装了小型简易太阳能系统，可为几盏低功率 LED 灯供电，并为手机充电。Inam 解释说，这些早期安装的太阳能设备如今将使其所有者有机会通过向没有任何电力来源的邻居出售多余电力来赚取收入。
该地区的典型太阳能装置中，每盏灯、每台风扇或每个充电器都以固定线路接入系统；与之不同，麻省理工学院设计的新系统便于灵活增减灯具或其他设备、添加额外电源（包括更多太阳能电池板或柴油发电机等其他电源），并可随着时间推移增加用户连接。
世界上大多数电网系统使用交流电（AC），而麻省理工学院的新系统完全采用直流电（DC），这大大简化了安装、降低了成本，也让用户操作起来更安全。鉴于这些场景中常见的用电需求——照明、手机充电和风扇供电——本身都是直流系统，或很容易转换为直流电，而且太阳能电池板天然产生直流电，这一简化免去了多个设备将直流电转换为交流电、再转换回来的需要。研究人员表示，由于系统设计的工作电压低于50伏，即使线路受损、人们意外接触裸露电线，也不会受到可能危及生命的电击。
为当地需求而设计
Inam 表示，与其引入由外部人员设计的系统，不如让当地人开发能满足自身具体需求和偏好的系统。她解释说：“我们希望赋能当地居民，让他们建起电网。”目前，这些村庄中已有一些人能够负担在家安装太阳能设备，或者可以贷款支付费用。如果他们能通过“微电网”向附近其他住户出售部分电力，就可能购买更大型的系统，并以售电收入抵消部分成本。
与此同时，邻居无需预先支付任何安装费用，就能使用电力照明和充电，预计每月花费为2至5美元。Inam 说：“这比他们现在用煤油或蜡烛照明的开销还低。花同样的钱，他们能获得更好、更安全的照明以及其他服务。”
手机充电是这类系统能够满足的一项高需求服务。印度及其他发展中国家的手机服务十分普及，但人们往往得前往附近城市，或者在当地支付高价，才能给手机充电。此外，太阳能供电还可以让他们使用电风扇；在这个酷热地区，这是一项迫切需求。Inam 说：“目前很多家庭太阳能系统都不具备这种能力。”
微电网方案的另一项优势是能够使用比许多单户系统所能证明经济合理的大型太阳能电池板。这一点至关重要，因为全球大部分太阳能电池板的批量生产都面向250瓦电池板，而单户系统通常按50瓦电池板设计，其每瓦成本要高得多。
Strawser 说：“我们认为这项方案确实可以规模化。”他补充说，在许多环节上它都可能盈利：提供组件的公司、负责安装的当地工人、通过售电获得收入的太阳能电池板所有者，以及获得电力的终端用户。电力不仅能让人们在天黑后阅读和工作，还可以驱动水泵用于灌溉及其他用途。
他说：“这是一种自下而上的方式。”当地用户此前已通过与团队互动参与设计选择，如今可以决定在哪里、何时安装什么设备。
印度能源领域专业人士 Saurabh H. Mehta 与该项目无关。他说，七年来他一直在考察印度的太阳能装置，“昂贵的电力没有得到充分利用，这件事始终让我感到遗憾。有了这项技术，情况肯定能够改变，因为系统所有者可以轻松地向邻居供应剩余电力。这最终能让系统更实惠，因此应当有助于推动离网可再生能源系统得到更广泛应用。”
团队还包括研究助理 Reja Amatya、本科生 Ahmet Musabeyoglu 和 Erik Johnson，以及研究生 Varun Mehra，他们今年夏天都将在印度参与该项目。研究生 Szymon Sidor 和 Victor Lesniewski，以及前访问教授 Khurram Afridi 也为团队作出了贡献。这项工作得到了麻省理工学院塔塔技术与设计中心的支持。
本文由 麻省理工学院新闻合作发布。本文的发布并不意味着世界经济论坛认同其中的观点。
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作者：David L. Chandler 是麻省理工学院新闻的特约撰稿人。
图片：一名工人检查太阳能电池板。2013年9月16日。路透社/Carlos Barria。
