2024零碳智慧家庭白皮书.pdf
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1、零碳智慧家庭白皮书 固德威技术股份有限公司GOODWE TECHNOLOGIES CO.,LTD.零碳智慧家庭白皮书前言01.零碳智慧家庭系统概要02.场景及解决方案 2.1 低碳节能 2.2 健康舒适 2.3 安全可靠 2.4 平台在线看护 03.案例研究 3.1 基本情况 3.1.1 负载分析 3.1.2 用电量 3.2 零碳智慧家庭系统 3.2.1 光伏发电 3.2.2 智慧能源负载调节 3.3 收益03040606131619222223252626313004.零碳智慧家庭系统的未来趋势 附录 引用363337目录02前言随着全球能源需求不断增长,对环境友好和可持续发展的呼声也日益高
2、涨。在这个背景下,智能能源系统的崭新时代正加速到来,为我们提供了构建更加智慧、高效和可持续的家庭生活方式的机会。关于智慧家庭能源系统,行业中已经出现了部分案例,如全屋智能解决方案系统,光储充用一体化家庭智慧能源解决方案,以及结合太阳光伏、储能产品、新能源车充放电系统、强弱电一体化(能源集控)系统的家庭能源智慧管理系统等。本着合作共赢,协同创新的理念,固德威联合良信电器,集合光储充系统与智慧人居、智能配电的经验,针对家庭应用场景联合推出了零碳智慧家庭解决方案。本份白皮书涵盖了零碳智慧家庭系统的定义、解决方案介绍、实例研究、未来趋势及用户建议。这不仅是对当前不同领域技术的融合联动,也是对未来发展方
3、向的前瞻性思考。我们对所有为此次合作付出辛勤努力的团队成员表示衷心感谢,同时感激一直以来支持固德威与良信公司发展的合作伙伴和客户。在未来,我们将继续以务实的态度、专业的服务,继续深入拓展家庭、商业、工业等更多应用场景综合解决方案。助力智慧能源领域的创新和发展。零碳智慧家庭白皮书0303零碳智慧家庭白皮书01.零碳智慧家庭系统概要零碳智慧家庭,在住宅太阳能光伏(PV)系统的背景下,是指集成先进技术和数据驱动的解决方案,以优化家庭层面的太阳能发电、分配和消耗。零碳智慧家庭系统包括多个必要成分,它们协同工作,以优化能源在家庭内的产生、分配和消耗。数字家庭综合箱1,由配电单元、信息单元和智慧家居集控屏
4、等功能模块组成,可分体或合并设置的模块化住宅户内箱设备。零碳智慧家庭系统的优势涉及能源效率、成本节约和电网支撑三个方面。04零碳智慧家庭系统整合了设备控制和信息通信技术。系统通过智能监测与控制实现对家庭能源消耗的实时监测和远程设备控制,使居民能够清晰了解并调整家庭能源的使用情况。此外,结合智能算法进行智能调度与能源整合,系统根据不同时间段的用能需求优化家庭设备运行,通过分析天气、时间、人员活动等因素预测并优化可再生能源的利用,降低对传统能源的依赖。智能设备管理方面,系统通过对设备运行状态的优化,减少能源浪费,并与智能家居设备结合,结合居民的行为与偏好提供个性化的能源使用方案。能源效率直流侧交流
5、侧充电桩光伏车棚逆变器储能电池数字家庭综合箱BIPV屋面系统零碳智慧家庭白皮书零碳智慧家庭解决方案提供了可量化的潜在成本节约。系统通过实时监测和分析能源使用情况,预测并降低峰值需求,帮助用户在能源成本较低时购买能源,减少相关费用。智能负荷管理系统能够自动调整设备的运行时间,使得能源需求更加均匀分布。预测性维护通过监测设备健康状况,提前发现潜在问题,降低维修和更换设备的紧急性,减少额外的修复成本。零碳智慧家庭系统支持可再生能源整合,提高了电网的稳定性、灵活性、可靠性和可持续性。系统通过实时监测和预测,调整发电和能源储存的运营,适应可再生能源的波动性和不确定性。电能存储和调度使得更精细的负荷管理成
6、为可能,降低供需不平衡带来的风险,提高电网稳定性。同时零碳家庭系统支持微电网和分布式能源的部署,降低对集中式发电站的依赖,提高电网系统的弹性和韧性。05成本节约电网支撑1+3+N解决方案低碳智慧平台能源管理丨全屋智能3个子系统N+个平台个维度场景1+.全 屋 智 能 系 统最易感知的智能化体验建筑光伏一体化系统最绿色美观的一体化构件储 能/并 网 系 统最经济节能的智能化用电双 向 充 电 桩 系 统最高效友好的新型化应用智 能 配 电 系 统最智慧的配电设施支撑能源革命能 源 集 控 系 统最节能、健康的能源管理发电侧用电侧低碳节能安全可靠健康舒适零碳智慧家庭白皮书0602.场景及解决方案低
7、碳节能削峰填谷荷载均衡可再生能源整合负载控制能源资产管理电站监控故障预警直流拉弧快速关断外部入侵防护室内安全监测用电安全监测感应设备数据收集自动冷暖新风调节朝暮节律照明照明与遮阳系统联动能耗监测数据处理分析管理设备调控预设模式暖通照明报表记录远程配置安全可靠健康舒适平台在线看护产能侧用能侧组件侧家居侧日常生活中,人们的使用情境可分为低碳节能、安全可靠、健康舒适及平台在线看护等具体应用场景。本章将深入探讨每个场景,分析各场景的需求,探讨解决方案所能提供的功能,并详细介绍系统的优势,旨在更全面地了解零碳智慧家庭系统在实际应用中的场景和优越性。居民用电负荷通常呈现出一天内的周期性变化。白天和傍晚一般
8、为波峰,而波谷出现在夜间。集中的用电高峰对电网压力较大,可能超过电网的基础负荷能力。电网需要有足够的传输和分布容量来满足需求,以避免过载。同时,电网还需保持稳定性,确保在负荷变化剧烈时不会出现电压不稳定或频率偏移等问题。需要投资更多的发电和传输设施。2.1 低碳节能场景需求00:0002:0004:0006:0008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0024:00零碳智慧家庭白皮书同时,电网需要在短时间内实现供需的平衡。由于居民用电负荷存在明显的日常周期性变化,电网管理者需要调整发电和配电策略,以确保在高峰时段有足够的电力供应,而在低谷时段避免浪费。对于用
9、户来说,当前电器的负载调整通常依赖于用户手动干预,这使得电器系统难以实时、灵活的参与电网调控。手动操作不仅限制了调整的及时性,还在大多数情况下表现为机械性的变化,无法有效应对电网负荷的动态性和复杂性。固德威与良信合作,提供产能与用能两侧的能源管理产品。产能侧由光伏、逆变器、储能、双向充电桩组成,实现削峰填谷、荷载均衡等功能,进行需求响应。在用能侧,由搭载强弱电一体化(能源集控系统)的全屋智能家居系统进行负载控制,优化用电习惯,减少总体的电力消费。以家庭为单位与电网进行互动,减少电网的供电压力。产品功能产能侧解决方案由光电建材、逆变器、储能系统、双向充电桩组成,实现电力由生产、存储到分发的全流程
10、调控。逆变储能方案作为核心为系统提供可控且安全的坚实基础。光电建材生产的清洁可持续能源通过储能逆变器和双向充电桩供给家庭负载和电动汽车,实现绿色用电和零碳出行。多余的电力通过电池存储,实现绿色电力的最大化利用,助力零碳生活。产能侧:逆变器光电建材监控电池充电桩07每5平米光伏,每年平均可发出约1200 kWh电,可减少标准煤使用量约370千克,减少二氧化碳排放约1 吨从减排角度,5平米光伏发电系统相当于植树造林500平米环境贡献*世界自然基金会(WWF)研究结果零碳智慧家庭白皮书08旭日光电建材避雷系统平板块瓦系统铝箔隔热垫层木质/金属挂瓦系统高效防水层高效保温层檐口通风条屋面基层落水系统固德
11、威光电建材版权所有,未经允许,请勿用于任何用途。光电建材固德威光电建材PVBM(Photovoltaic Building Material)通过将光伏产品与建筑元素相结合,使得建筑与光伏同步设计,同步运输,同步施工。产品设计兼顾建材的属性,与建筑同寿命,同时兼顾光伏发电属性,高效稳定发电。这免去了建材产品与光伏产品的二次制造、运输、及施工中的重复的碳排放。通过光伏与建材的深度融合,在满足建筑对减碳需求的同时,注重建筑对建材的功能性需求。固德威户用储能逆变器关注安全技术,支持直流拉弧保护,交直流端标配浪涌二级保护,10ms无缝并离网切换为安全用电保驾护航。产品功率范围3-30kw,可适用于单相
12、及三相电网,可以满足不同场景的户用储能需求,适用于室内和室外安装,IP66的防护等级使其环境耐受性能更优。并且其具备灵活扩展性,支持多机并联,可拓展储能机装机容量及电池容量。最后,储能机里内置能量管理系统,包含多种能量管理模式,可灵活实现能量的智能调度和调配。储能逆变器零碳智慧家庭白皮书09储能电池固德威户用储能系列产品采用的锂离子电池,具有能量密度高,电压平台高,循环性能好,环保无污染等优点。家电化的外观设计,美观大方,IP55的防护等级使其可安装在不同的场景中。该系列产品与固德威户用储能逆变器搭配使用,组成“光伏+储能”系统,电力自发自用,不仅可以节省电费,还可以在停电时对大多数负载可实现
13、不间断供电,让家庭永不断电。零碳智慧家庭白皮书10利用电池,将电网电力或是光伏发电进行存储,并在用电需求达到峰值时提供额外电力。当光伏发电超过用电需求,或是电价较低时,能量可以储存在电池中。在电力需求高峰期,电池能够释放储存的电能,部分或完全覆盖高负载和峰值负载,从而减轻电网的负荷,平衡供需,防止电力系统超负荷运行。应用场景削峰填谷削峰填谷功能对于平衡电网负荷、提高电网稳定性和避免能源浪费非常重要。电池系统在需要时可以迅速投入运行,满足高峰时段的电力需求。并在低谷时存储多余电能,增加电网利用率。荷载均衡是指智慧家庭能源系统通过在电网中吸收多余电力或释放储存的电能,以平衡电力系统的供需,保持电网
14、的稳定性和可靠性。与削峰原理相类似,但削峰仅在峰值功率需求期间平衡负载,而荷载均衡则在整个负载过程中进行平衡任务。应用场景荷载均衡智慧家庭能源系统可以在电网中扮演调度者的角色,吸收低谷期间的多余电力,然后在高峰期释放电能,以确保电力系统保持平衡。+-pt+-pt零碳智慧家庭白皮书光伏发电具有一定波动性,逆变器能够对其产生的电能进行调节和优化,以确保系统的稳定运行。储能系统可以弥补可再生能源的间歇性和波动性,提高系统的韧性。充电桩可以直接利用可再生能源来为电动车充电,提高利用率,降低碳排放,促进能源转型。同时对于并网光伏系统来说,智慧家庭能源系统则有助于整合更多的分布式发电。应用场景可再生能源整
15、合在可再生能源波动性较大的情况下,电池系统可以平滑能源输出,提高可再生能源的可预测性和可控性。+-ptPV productionLoad11零碳智慧家庭白皮书用能侧:12国家高度重视电力需求侧管理工作,国务院、工业和信息化部等部门均出台了相关的计划和管理方法,如关于进一步深化电力体制改革的若干意见、工业领域电力需求侧管理专项行动计划(2016-2020年)、电力需求侧管理办法(2023年版)等,鼓励和推动需求侧管理工作的开展。现有的政策大多是关于工业领域用电的,但由于居民用电的容量之大,其重要性与潜力也不可小觑。搭载强弱电一体化的全屋智能家居系统可以实现负载控制,包括使用时间优化、需求响应等。
16、负载控制策略也称为需求侧管理(DSM),是通过调整或控制负载(即连接到电源的设备和装置),而非电站输出,来平衡网络上的电力供应与电力负荷的过程。是一种管理电力系统或能源系统中设备和电器负载的方法,旨在优化能源使用、提高效率、降低成本以及实现可持续能源目标。解决方案系统优势负载控制的范围包括:为设备分配不同的优先级,确保关键负载在需要时获得足够的电力支持 进行电力调度,将电力分配给不同的负载 调节设备的运行模式,例如空调温度、照明系统亮度,以降低能效或配合电网要求 调整设备的开关时间、运行状态通过分析电费结构和不同时段的电价,系统可以优化负载使用与购电策略,在满足用户日常需求的前提下对荷载进行智
17、能调节。用户得以在电费较低的时段使用、购买和存储电力,在电费较高时放电使用,从而降低总体的电力消耗和能源成本。系统能够更准确地预测用电峰值和负荷变化,帮助用户更好地规划能源使用。同时,解决方案系统能够结合功率与电力的限制进行调配,以智能设计最有效的发电和储能计划,以确保系统在各种条件下稳定运行。零碳智慧家庭系统对可平移负荷进行使用时间的转移,利用电力需求较低的非尖峰时段(例如夜间或清晨)或是可再生能源生成高峰(例如白天和正午)执行电力密集型任务。一方面,分布式时间优化策略有助于减缓电网的尖峰负载,降低对电力系统的压力,提高整体电网效率。用户也能避免尖峰时段的高电价,从而最大程度地受益于低成本电
18、力。另一方面,时间优化可以用于适应可再生能源的波动性,有助于能源利用最大化。零碳智慧家庭白皮书2.2 健康舒适场景需求13室内环境主要指空气环境与光环境,空气环境包括温湿度、PM2.5、二氧化碳含量等,光环境包括照度、色温等,关联着生活的舒适性与健康性。在常规家庭生活场景中,室内环境调节往往显得缺乏效率。首先,温度调节通常是繁琐的手动操作,难以根据不同时间、季节或家庭成员的需求进行个性化调整,导致室内温度的不适和能源的浪费。使用者只能根据自身体验进行调节,对于环境的变化有一定响应时间与加热制冷时间。这不仅影响了生活的舒适性,还增加了家庭的能源开支。06:30 AM负载消耗光伏产量荷电状态(%)
19、100%80%60%40%20%0%电价($)分时电价电池能量ABCDA18:00 PM00:00 AM24:00 AMA:电池以较低电费的电力充电,为峰值需求时间做准备。充电功率根据分时电价进行智能调整。B:在日间峰值需求时间段,由电池而不是电网来供给负载。C:白天日照充足时,光伏发电优先供给负载,多余的给电池充电,最后余电上网。D:晚间峰时段,由电池优先放电给负载使用,减少电网购电量。零碳智慧家庭白皮书14其次,遮阳与照明系统一般是独立调节的,例如手动开关窗帘或是照明灯具。一些区域可能会过度明亮或昏暗,影响了家庭成员在不同区域的视觉体验,同时也浪费了电能。这种不协调可能会降低居住环境的质量
20、,使得家庭生活的质量受到一定的影响。此外,室内空气质量通常难以实时监测,缺乏智能调节手段,可能导致在空气质量下降时无法及时采取有效措施。这对家庭成员的健康构成一定潜在威胁,特别是在现代城市环境中,室内空气质量问题越发受到关注。针对以上的场景需求,良信与固德威提供全屋智能系统,包括智能探测设备、传感系统、智能调节系统与感应设备,实现数据采集、分析和控制操作的全流程室内环境调节,达到健康舒适的效果。通过整合智能感应技术与设备,该系统能够感知家庭成员的活动和环境变化,实现智能调节。尤其在智能温控方面,系统不仅具备精准的温湿度调节功能,还通过优化电器用电习惯和自动冷暖新风调节,实现了对整个居室氛围的智
21、能管理。此外,良信与固德威的全屋智能系统支持自动化场景设置,用户可以一键触达预设模式,向相关设备发送指令,实现协同工作,创造出符合个性化需求的智能家居场景。产品功能低碳云居平台全屋智能路由器零碳智慧家庭白皮书15感应设备数据收集:智能温控系统通过感应设备对当前室内环境数据进行采集。空气质量探测器(又称空气盒子)可以探测温湿度、PM2.5、二氧化碳含量等参数,良信与复旦大学已合作研究,将以上多个参数经过算法转化为一个以0100分评价宜居性的“健康舒适指数”。同时,智能断路器的电能监测功能对电网使用数据进行收集,并由系统进行统计分析,以学习和理解家庭成员的用电习惯和电器的使用模式。朝暮节律照明:零
22、碳智慧家庭系统基于视觉人因工程研究平台,探究、定义、构建健康光照明的机理、场景定义、产品定义、算法定义、智能控制策略定义等。系统可以根据一天的时间周期,模仿朝暮节律调整照明系统,创造更加自然的光照环境。同时,通过监测分析家庭成员的活动和生理作息,系统可以自主调节照明的色温和亮度,以满足不同时间段的需求。照明与遮阳系统联动:零碳智慧家庭系统采用智能窗帘电机、照明驱动与智能调光灯等设备,实现照明和遮阳系统的协同工作,智能调节室内不同区域照度。照明效果更为智能、个性化。暖通方面:照明方面:冷暖新风健康舒适指数智能温控器空气盒子智能断路器能效管理智能照明智能开关照明驱动智能调光灯自动冷暖新风调节:结合
23、空气环境“健康舒适指数”输入以及智能设备的控制输出,系统能够自动调节暖通和其他用电设备,实现室内温湿度等智能控制。室内湿度控制在40-60%之间,温度控制在18-26度之间,以维持最舒适的室内体感,同时减少细菌、霉菌与病毒的繁衍。这有助于提供一个持续健康舒适的居住环境,同时优化用电习惯,减少能源的浪费。零碳智慧家庭白皮书16场景需求产品功能在常规家庭中,存在多种潜在风险,这些风险在缺乏安防与监控系统的情况下可能更加难以管理。未经验证的访客经常进出家门,增加了家庭的入侵和盗窃风险。外部威胁如陌生人和小偷可能难以察觉,使家庭成为潜在目标,可能导致财产损失和威胁家庭成员的安全。此外,突发事件如火灾或
24、漏水在没有监控系统的情况下可能无法及时察觉,进而引发严重的财产损失和安全问题。家用电器设备漏电、高温、打火、过欠压、短路过载等用电安全隐患,在没有超过警戒阈值之前没有任何预警或定期检查,在发生事故时往往为时已晚。新能源发电设备的故障或异常运行也可能在没有监控的情况下难以及时发现,增加了电力供应中断和设备维修的风险。夜间安全问题以及未经验证的访客可能带来的身份欺骗问题,都为家庭成员的安全增加了不确定性。此外,数字化时代的智能设备涉及到数据和隐私风险,缺乏监控可能导致数据泄露和网络攻击的威胁。整体解决方案系统创造了一个更加健康舒适且智能的室内环境。通过智能温控、照明和空气管理,系统不仅满足基本的温
25、湿度需求,更根据人体健康舒适度曲线智能调整照明和温度,使室内环境更加贴合个体的生理作息,提高了生活质量。同时,通过深入了解家庭成员的生活与用电习惯,智能调控和学习算法能够提供个性化的用电建议,并通过不断学习逐步优化用电方案,确保电器设备的高效运行,减少不必要的能源浪费。零碳智慧家庭系统引入的安全可靠场景,不仅包括对家庭访客、外部威胁和内部设备的监测,同时也涵盖了对新能源发电设备的实时监控。解决方案系统优势智能遮阳智能窗帘电机2.3 安全可靠零碳智慧家庭白皮书17“智慧能源管理WE平台”为固德威自研系统,数字化集成固德威各业务板块产品和服务。通过对能源资产的采集、分析、挖掘、调控、响应、交易,为
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