基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站设计与实现.pdf

总第2 3 1 期2023年第9 期技术创新基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站设计与实现陈禹萌（国网鄂州供电公司，湖北鄂州4 3 6 0 0 0）摘要：从系统结构的组成以及项目需要解决的关键技术出发，设计基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站方案，通过实际组装运行案例验证了该方案的可行性和优越性，为基于光储一体化的屋顶光伏发电找到了一条切实可行的解决方案。关键词：屋顶；分布式光伏电站；光储一体化；运行效果中图分类号：TM6150引言近年来，光伏发电技术取得显著的发展，成本逐渐降低，应用领域不断拓展。屋顶分布式光伏电站，凭借其独特的优势，成为了光伏发电的重要应用形式。然而，光伏发电存在一定的不稳定性，如光照强度和天气条件的影响，使得光伏发电量波动较大。为解决这一问题，光储一体化技术应运而生。光储一体化技术通过将光伏发电与储能系统相结合,实现了光伏发电量的平滑输出，提高了系统稳定性和可靠性，拓宽了光伏发电的应用领域。1基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站系统结构1.1系统总体框架基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站的系统总体框架，包括光伏阵列与逆变器、储能系统、电力调度与能量管理系统。光伏阵列将太阳能转化为直流电能；逆变器将直流电能转换为交流电能，供电网或负载使用；储能系统负责在光伏发电不足以满足负载需求时向负载供电，以及在光伏发电过剩时储存电能；电力调度与能量管理系统根据负载需求和光伏发电情况，实现对光伏发电和储能系统的协调控制。通过以上各部分的紧密协作,基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站系统能够实现对太阳能的高效利用，提高系统的稳定性和可靠性 1 。1.2光伏阵列与逆变器光伏阵列是基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站系统的核心部分，主要负责将太阳能转化为直流电能。光伏阵列的选型和设计应考虑光伏组件的性能、成本和可靠性等等,要根据不同的应用需求来选取合适的光伏阵列。同时，为实现最大功率跟踪和提高系统效率,逆变器的选型和控制策略也至关重要 2 。1.3储能系统储能系统可以根据不同的应用场景和需求选择不同类型的储能技术,如锂离子电池、钒液流电池等。储能系统的容量设计需要充分考虑光伏发电量的波收稿日期:2 0 2 3-0 5-1 2作者简介：陈禹萌（1 9 8 9 一）,女，湖北鄂州人，本科，毕业于湖北理工学院，工程师,研究方向为电力计量、采集、线损。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization文献标识码：A动性、负载需求以及系统成本等因素。此外，储能系统的控制策略也是保证系统稳定运行的重要环节。根据不同的应用场景要选择合适自已的储能系统，以下是常见的储能类型的对比(见表1）。表1 常见储能类型能量储能类型循环寿命/次密度高能量密度、充放成本相对较高、锂离子电池高3.0005 000钒液流电池低10 000铅酸电池中等5001000成本低、技术成熟命较短、充放电效率低响应速度快、充放能量密度低、自超级电容器低100 1041.4电力调度与能量管理系统电力调度与能量管理系统负责对光伏发电和储能系统进行协调控制，实现光伏发电量的平滑输出，提高系统的稳定性和可靠性。电力调度与能量管理系统需要实时监测光伏发电量、储能系统状态和负载需求,制定合理的调度策略。典型的调度策略包括峰谷平滑、优先满足负载需求、充放电策略优化等。为提高系统的智能化程度，可以结合人工智能、大数据分析等技术进行电力调度与能量管理。2关键技术基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站系统中的关键技术，包括高效光伏组件选型与设计、逆变器技术、储能系统技术和电力调度与能量管理策略,以及屋顶结构优化与安全性设计 3 。2.1高效光伏组件选型与设计高效光伏组件的性能直接影响整个系统的发电效率。在选择光伏组件时,应充分考虑组件的性能参数、成本、可靠性和寿命等因素。当前市场上常见的光伏组件类型包括晶硅太阳能电池组件、薄膜太阳能电池组件等。此外，根据屋顶的具体条件和需求，可以设Total 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.042文章编号：2 0 9 5-0 7 4 8(2 0 2 3)0 9-0 1 3 7-0 3安全性需关注度快能量密度低、体循环寿命长、可扩积较大、成本展性好、环境友好较高重量大、循环寿电效率高、寿命长放电较大优点电效率高、响应速缺点现代工业经济和信息化第1 3 卷计合理的光伏阵列布局，使系统在不同光照条件下实现最大发电量。2.2逆变器技术逆变器是光伏发电系统中的关键设备，负责将光伏阵列产生的直流电能转换为交流电能。逆变器的性能和控制策略对整个系统的效率和稳定性具有重要影响。目前,市场上主要有集中式逆变器、组串式逆变器和微逆变器等不同类型。在选择逆变器时，应根据系统规模、组件特性、安装条件等因素综合考虑。同时,逆变器的最大功率点追踪(MPPT)算法和保护功能也对系统性能产生重要影响。2.3储能系统技术储能系统是光储一体化屋顶分布式光伏电站中的关键部分，其性能和设计直接影响系统的稳定性和可靠性。2.3.1储能类型选择根据不同的应用场景和需求，可选择不同类型的储能技术，如锂离子电池、钒液流电池、超级电容器等。在选择储能类型时，应考虑储能设备的性能、成本、寿命、安全性等因素。2.3.2储能容量设计储能容量的设计需要充分考虑光伏发电量的波动性、负载需求以及系统成本等因素。合理的储能容量设计可确保系统在不同光照和负载条件下的稳定运行，同时避免过度投资。通常采用能量平衡分析、概率统计分析等方法进行储能容量的计算和优化。2.3.3储能系统控制策略储能系统的控制策略对于保证系统稳定运行和提高发电效率具有重要作用。常见的控制策略包括充放电策略优化、状态估计、故障诊断和保护等。同时，可以结合人工智能、大数据分析等先进技术，实现更智能、高效的储能系统控制。2.4电力调度与能量管理策略电力调度与能量管理策略对于实现光伏发电与储能系统的协同运行具有关键作用。典型的调度策略包括峰谷平滑、优先满足负载需求、充放电策略优化等。电力调度与能量管理策略应根据实际负载需求、光伏发电情况和储能系统状态进行动态调整，以实现系统的稳定运行和高效发电。2.5屋顶结构优化与安全性设计屋顶结构优化与安全性设计对确保屋顶分布式光伏电站的稳定运行和延长系统寿命至关重要。在设计过程中,应充分考虑屋顶承重能力、结构形式、安装方式、防雷、防火、防风等因素。此外,还需对光伏组件、逆变器、储能系统等设备进行合理布局，以便于系统的安装、维护和故障排除。在安全性设计方面,应遵循国家和地区的标准和规范，确保系统在各种环境条件下的安全运行 5。3实现案例根据以上的设计理念及关键技术在某大型商业综合体进行了实际应用。该综合体屋顶面积约为5000m。为提高能源利用效率并降低电力成本,在屋顶安装光储一体化分布式光伏电站。该项目的设计目标是满足商业综合体约6 0%的日常用电需求 4 。3.1设计方案与实施根据屋顶面积和业主需求,选取相应的硬件。光伏组件：选用LONGiSolarLR6-72HPH450W单晶硅组件，共计56 0 片，总装机容量为2 52 kWp。逆变器：选用SungrowSG110CX三相组串式逆变器，共计2台，总容量为2 2 0 kW。储能系统：选用CATLLFP锂离子电池，储能容量为3 0 0 kWh。在实施过程中，光伏组件按照南倾角2 0 布置在屋顶，使发电量最大化。同时，逆变器和储能系统安装在屋顶附近的机房内，以减小线路损耗。3.2性能评估与优化经过一年的运行，该光伏电站的发电量达到了约305MWh,满足了预期目标。储能系统在日间将光伏发电的剩余电量储存起来，夜间释放，使商业综合体在用电高峰期能够实现峰谷平滑。以下是电站运行后的主变负荷变化(见表2)。通过对系统性能的监控和分析，发现光伏组件的发电效率有待进一步提高,因此增加了清洗频率，以确保光伏组件的长期稳定运行。表2 电站运行后主变负荷变化屋顶分布式主变负荷主变负荷光伏电站运主变负时段(不计光运行策略行后负荷影（计及光载率1%储）/MW储）/MW响/MW储能系统充谷时(0 0:0 0 一25.308:00)峰时(0 8:0 012:00)平时(1 2:0 017:00)峰时(1 7:0 028.25电、光伏电-2.3521:00)站不发电储能系统待平时(2 1:0 0 一28.724:00)3.3丝经济效益分析该项目的总投资约为1 50 万元人民币。经过一年的运行，节省了约1 8 万元的电费支出。同时，根据当地政府的补贴政策,项目每年还可获得约7 万元的补贴收入。综合考虑,该项目的投资回收期约为6 年,具有较好的经济效益。电、光伏电站不发电储能系统放33.6电、光伏电-13.9站发电储能系统充32.1电、光伏电-9.5站发电储能系统放机、光伏电站不发电2.4027.719.722.625.928.769.2549.2556.564.7571.752023年第9 期3.4项目分析该案例根据商业综合体的实际用电需求，合理配置了光伏组件、逆变器和储能系统，使得整个系统能够满足约6 0%的日常用电需求,降低了对外部电网的依赖。选用的LONGiSolarLR6-72HPH450W单晶硅组件,具有较高的转换效率(2 0.6%）,确保了光伏发电系统的高性能和稳定性。此外，采用了SungrowSG110CX三相组串式逆变器,具有较高的最大效率，能够适应不同光照条件下的运行，提高了整个系统的能量输出。同时,采用了 CATL LFP锂离子电池作为储能系统,具有较高的能量密度、长寿命和安全性,能够实现光伏发电量的有效储存和利用。通过电力调度与能量管理系统,实现了日间光伏发电量的储存和夜间释放,降低了用电高峰期的电力负荷,提高了整个系统的稳定性。后期还进行了优化，发现并解决了光伏组件发电效率的问题,增加了清洗频率,确保了光伏组件的长期稳定运行。4结语光储一体化屋顶分布式光伏电站将光伏发电和储能系统相结合，具有显著的能源优化和经济效益。Design and Implementation of Rooftop Distributed Photovoltaic Power Plants Based on(State Grid Ezhou Power Supply Company,Ezhou Hubei 436000,China)Abstract:Starting from the composition of the system structure and the key technologies that need to be solved in this project,we designthe rooftop distributed photovoltaic power plant based on the integration of light and storage,and verify the feasibility and superiority of thisscheme through the actual assembly and operation cases,so as to find a practicable solution for rooftop photovoltaic power generation basedon the integration of light and storage.Key words:rooftop;distributed photovoltaic power plant;photovoltaic storage integration;operation effect(上接第1 3 6 页）具有功耗低、使用环境安全的优点。基于PLC的全自动三维平板织机控制系统实现了三维织物的全自动织造，为将来的三维织机控制系统设计提供了参考。参考文献1孙蕊.三维织物复合材料防护用具及设施应用优势 J.合成纤维.2021,50(10):5152.2谭冬宜,李学菲,何斌.蜂窝结构三维织物的设计及复合材料的制PLC-Based Control System Design of Fully Automatic Three-Dimensional Loom(Wuhan Dingdahui Technology Co.,Ltd.,Wuhan Hubei 430000,China)Abstract:This paper analyzes the current domestic three-dimensional textile production equipment exists in a large number of gaps,thedesign of PLC-based three-dimensional flat loom control system for weaving new fabrics.Briefly analyse the composition of the currentcontrol system,hardware design of the control system,choose reasonable electrical components to build the control system,and then designthe software,and finally verify the feasibility of the control system through the practical application of the control system.The results showthat the final weaving efficiency for shallow cross-linked fabrics under fully automatic operation reaches 120 mm/h or more.Key words:three-dimensional textile;three-dimensional loom;PLC;control system陈禹萌：基于光储一体化的屋顶分布式光伏电站设计与实现应用,2 0 2 3,4 0(3):52-54.2叶洪吉，卫东，郭倩，等.基于设计信息的分布式光伏电站预测发电量计算方法 J.太阳能学报，2 0 2 1,4 2（4)：2 53-2 59.3杨旭，易坤,左超.光伏电站中光伏组件串联数的优化设计 J.太阳能,2 0 2 1(3):6 8-7 4.4杨洪雷.分布式光伏电站运维管理与发展趋势 J.上海节能，2 0 2 2(9):1 137-1 142.5刘昱,闫安,高建强.基于光储一体化的电力用户低碳节能技术分析 JJ.信息技术与标准化,2 0 2 1(1 2):4 5-4 9（编辑：白龙）Photovoltaic Storage IntegrationChen Yumeng3李静.三维编织机的研究现状与发展趋势 J.纺织科学研究,2 0 2 0(2):78.4汪春华.基于PLC技术的播种机电气控制系统研究 J.农机化研究,2 0 2 3,4 5(1 1):1 4 1.5梁福臣.PLC自动化控制系统优化设计原则及方法 J.自动化应用,2 0 1 8(1 0):2 7-2 8.6仲岑然.自动小样机电动提综系统 J.上海纺织科技，2 0 0 9,3 7(10):27.(编辑：白龙)Zheng Hao,Zhou Zhan139.系统结构包括光伏阵列、逆变器、储能系统和电力调度与能量管理系统。关键技术涉及光伏组件选型与设计、逆变器技术、储能系统技术以及电力调度与能量管理策略。通过实际应用案例分析,可以发现光储一体化屋顶分布式光伏电站在建筑物上具有广泛的应用前景。随着光伏和储能技术的进一步发展以及政策支持，光储一体化屋顶分布式光伏电站的技术优势和经济效益将更加明显。未来,光储一体化屋顶分布式光伏电站将为更多建筑物提供清洁、可持续的能源解决方案，为应对能源危机和应对气候变化做出积极贡献。参考文献1支理想，李蓓.屋顶分布式光伏电站的设计与实现 J.集成电路备 J.上海纺织科技,2 0 2 1,4 9(1):1 8-2 1.