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安科瑞 劉秋霞

摘要：從系統結構的組成以及項目需要解決的關鍵技術出發(fā)，設計基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站方案，通過實際組裝運行案例驗證了該方案的可行性和優(yōu)*性，為基于光儲一體化的屋頂光伏發(fā)電找到了一條切實可行的解決方案。

關鍵詞：屋頂；分布式光伏電站；光儲一體化；運行效果

0.引言

近年來，光伏發(fā)電技術取得顯著的發(fā)展，成本逐漸降低，應用領域不斷拓展。屋頂分布式光伏電站，憑借其獨*的優(yōu)勢，成為了光伏發(fā)電的重要應用形式。然而，光伏發(fā)電存在一定的不穩(wěn)定性，如光照強度和天氣條件的影響，使得光伏發(fā)電量波動較大。為解決這一問題，光儲一體化技術應運而生。光儲一體化技術通過將光伏發(fā)電與儲能系統相結合，實現了光伏發(fā)電量的平滑輸出，提高了系統穩(wěn)定性和可靠性，拓寬了光伏發(fā)電的應用領域。

1. 基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站系統結構

1.1系統總體框架

基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站的系統總體框架，包括光伏陣列與逆變器、儲能系統、電力調度與能量管理系統。光伏陣列將太陽能轉化為直流電能；逆變器將直流電能轉換為交流電能，供電網或負載使用；儲能系統負責在光伏發(fā)電不足以滿足負載需求時向負載供電，以及在光伏發(fā)電過剩時儲存電能；電力調度與能量管理系統根據負載需求和光伏發(fā)電情況，實現對光伏發(fā)電和儲能系統的協調控制。通過以上各部分的緊密協作，基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站系統能夠實現對太陽能的*效利用，提高系統的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2光伏陣列與逆變器

光伏陣列是基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站系統的核心部分，主要負責將太陽能轉化為直流電能。光伏陣列的選型和設計應考慮光伏組件的性能、成本和可靠性等等，要根據不同的應用需求來選取合適的光伏陣列。同時，為實現*大功率跟蹤和提高系統效率，逆變器的選型和控制策略也至關重要。

1.3儲能系統

儲能系統可以根據不同的應用場景和需求選擇不同類型的儲能技術，如鋰離子電池、釩液流電池等。儲能系統的容量設計需要充分考慮光伏發(fā)電量的波動性、負載需求以及系統成本等因素。此外，儲能系統的控制策略也是保證系統穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。根據不同的應用場景要選擇合適自己的儲能系統，以下是常見的儲能類型的對比（見表1）。

1.4電力調度與能量管理系統

電力調度與能量管理系統負責對光伏發(fā)電和儲能系統進行協調控制，實現光伏發(fā)電量的平滑輸出，提高系統的穩(wěn)定性和可靠性。電力調度與能量管理系統需要實時監(jiān)測光伏發(fā)電量、儲能系統狀態(tài)和負載需求，制定合理的調度策略。典型的調度策略包括峰谷平滑、優(yōu)先滿足負載需求、充放電策略優(yōu)化等。為提高系統的智能化程度，可以結合人工智能、大數據分析等技術進行電力調度與能量管理。

2.關鍵技術

基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站系統中的關鍵技術，包括*效光伏組件選型與設計、逆變器技術、儲能系統技術和電力調度與能量管理策略，以及屋頂結構優(yōu)化與安全性設計。

2.1光伏組件選型與設計

光伏組件的性能直接影響整個系統的發(fā)電效率。在選擇光伏組件時，應充分考慮組件的性能參數、成本、可靠性和壽命等因素。當前市場上常見的光伏組件類型包括晶硅太陽能電池組件、薄膜太陽能電池組件等。此外，根據屋頂的具體條件和需求，可以設計合理的光伏陣列布局，使系統在不同光照條件下實現*大發(fā)電量。

2.2逆變器技術

逆變器是光伏發(fā)電系統中的關鍵設備，負責將光伏陣列產生的直流電能轉換為交流電能。逆變器的性能和控制策略對整個系統的效率和穩(wěn)定性具有重要影響。目前，市場上主要有集中式逆變器、組串式逆變器和微逆變器等不同類型。在選擇逆變器時，應根據系統規(guī)模、組件特性、安裝條件等因素綜合考慮。同時，逆變器的*大功率點追蹤（MPPT）算法和保護功能也對系統性能產生重要影響。

2.3儲能系統技術

儲能系統是光儲一體化屋頂分布式光伏電站中的關鍵部分，其性能和設計直接影響系統的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3.1儲能類型選擇

根據不同的應用場景和需求，可選擇不同類型的儲能技術，如鋰離子電池、釩液流電池、*級電容器等。在選擇儲能類型時，應考慮儲能設備的性能、成本、壽命、安全性等因素。

2.3.2儲能容量設計

儲能容量的設計需要充分考慮光伏發(fā)電量的波動性、負載需求以及系統成本等因素。合理的儲能容量設計可確保系統在不同光照和負載條件下的穩(wěn)定運行，同時避免過度投資。通常采用能量平衡分析、概率統計分析等方法進行儲能容量的計算和優(yōu)化。

2.3.3儲能系統控制策略

儲能系統的控制策略對于保證系統穩(wěn)定運行和提高發(fā)電效率具有重要作用。常見的控制策略包括充放電策略優(yōu)化、狀態(tài)估計、故障診斷和保護等。同時，可以結合人工智能、大數據分析等先進技術，實現更智能的儲能系統控制。

2.4電力調度與能量管理策略

電力調度與能量管理策略對于實現光伏發(fā)電與儲能系統的協同運行具有關鍵作用。典型的調度策略包括峰谷平滑、優(yōu)先滿足負載需求、充放電策略優(yōu)化等。電力調度與能量管理策略應根據實際負載需求、光伏發(fā)電情況和儲能系統狀態(tài)進行動態(tài)調整，以實現系統的穩(wěn)定運行和*效發(fā)電。

2.5屋頂結構優(yōu)化與安全性設計

屋頂結構優(yōu)化與安全性設計對確保屋頂分布式光伏電站的穩(wěn)定運行和延長系統壽命至關重要。在設計過程中，應充分考慮屋頂承重能力、結構形式、安裝方式、防雷、防火、防風等因素。此外，還需對光伏組件、逆變器、儲能系統等設備進行合理布局，以便于系統的安裝、維護和故障排除。在安全性設計方面，應遵循國家和地區(qū)的標準和規(guī)范，確保系統在各種環(huán)境條件下的安全運行。

3.實現案例

根據以上的設計理念及關鍵技術在某大型商業(yè)綜合體進行了實際應用。該綜合體屋頂面積約為5000m2。為提高能源利用效率并降低電力成本，在屋頂安裝光儲一體化分布式光伏電站。該項目的設計目標是滿足商業(yè)綜合體約60%的日常用電需求。

3.1設計方案與實施

根據屋頂面積和業(yè)主需求，選取相應的硬件。光伏組件：選用LONGiSolarLR6-72HPH450W單晶硅組件，共計560片，總裝機容量為252kWp。逆變器：選用SungrowSG110CX三相組串式逆變器，共計2臺，總容量為220kW。儲能系統：選用CATLLFP鋰離子電池，儲能容量為300kW·h。在實施過程中，光伏組件按照南傾角20°布置在屋頂，使發(fā)電量*大化。同時，逆變器和儲能系統安裝在屋頂附近的機房內，以減小線路損耗。

3.2性能評估與優(yōu)化

經過一年的運行，該光伏電站的發(fā)電量達到了約305MW·h，滿足了預期目標。儲能系統在日間將光伏發(fā)電的剩余電量儲存起來，夜間釋放，使商業(yè)綜合體在用電高峰期能夠實現峰谷平滑。以下是電站運行后的主變負荷變化（見表2）。通過對系統性能的監(jiān)控和分析，發(fā)現光伏組件的發(fā)電效率有待進一步提高，因此增加了清洗頻率，以確保光伏組件的長期穩(wěn)定運行。

3.3經濟效益分析

該項目的總投資約為150萬元人民幣。經過一年的運行，節(jié)省了約18萬元的電費支出。同時，根據當地政府的補貼政策，項目每年還可獲得約7萬元的補貼收入。綜合考慮，該項目的投資回收期約為6年，具有較好的經濟效益。

3.4項目分析

該案例根據商業(yè)綜合體的實際用電需求，合理配置了光伏組件、逆變器和儲能系統，使得整個系統能夠滿足約60%的日常用電需求，降低了對外部電網的依賴。選用的LONGiSolarLR6-72HPH450W單晶硅組件，具有較高的轉換效率（20.6%），確保了光伏發(fā)電系統的高性能和穩(wěn)定性。此外，采用了SungrowSG110CX三相組串式逆變器，具有較高的*大效率，能夠適應不同光照條件下的運行，提高了整個系統的能量輸出。同時，采用了CATLLFP鋰離子電池作為儲能系統，具有較高的能量密度、長壽命和安全性，能夠實現光伏發(fā)電量的有效儲存和利用。通過電力調度與能量管理系統，實現了日間光伏發(fā)電量的儲存和夜間釋放，降低了用電高峰期的電力負荷，提高了整個系統的穩(wěn)定性。后期還進行了優(yōu)化，發(fā)現并解決了光伏組件發(fā)電效率的問題，增加了清洗頻率，確保了光伏組件的長期穩(wěn)定運行。

4.安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

4.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監(jiān)控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統安全、穩(wěn)定、可靠、經濟運行。

4.2應用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

4.3系統結構

4.4系統功能

（1）實時監(jiān)管

對微電網的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監(jiān)測，掌握微電網系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發(fā)電系統進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現經濟優(yōu)化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發(fā)電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

5.硬件及其配套產品

6.結論

光儲一體化屋頂分布式光伏電站將光伏發(fā)電和儲能系統相結合，具有顯著的能源優(yōu)化和經濟效益。系統結構包括光伏陣列、逆變器、儲能系統和電力調度與能量管理系統。關鍵技術涉及光伏組件選型與設計、逆變器技術、儲能系統技術以及電力調度與能量管理策略。通過實際應用案例分析，可以發(fā)現光儲一體化屋頂分布式光伏電站在建筑物上具有廣泛的應用前景。隨著光伏和儲能技術的進一步發(fā)展以及政策支持，光儲一體化屋頂分布式光伏電站的技術優(yōu)勢和經濟效益將更加明顯。未來，光儲一體化屋頂分布式光伏電站將為更多建筑物提供清潔、可持續(xù)的能源解決方案，為應對能源危機和應對氣候變化做出積極貢獻。

參考文獻

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