新能源光儲充一體化電站建設方案

摘要：文章概述了光儲充一體化電站系統(tǒng)的內(nèi)涵，并從光伏發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)、充電技術(shù)和多能源協(xié)同控制技術(shù)等方面，分析了光儲充一體化電站的核心技術(shù)，以期為未來低碳能源的**利用和綠色經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供新的思路。

關(guān)鍵詞：新能源；光儲充一體化電站；光伏發(fā)電；儲能系統(tǒng)

0 引言

近年來，電動汽車發(fā)展迅速，為充電基礎(chǔ)設施的建設帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。光儲充一體化電站應運而生，將光伏發(fā)電、儲能與電動汽車充電三者有機結(jié)合，既能為電動汽車提供綠色能源，又能提高新能源的利用效率。當前，光儲充一體化電站不僅具有降低能源成本、提高能源利用效率的技術(shù)優(yōu)勢，還在分布式能源、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

1 光儲充一體化電站系統(tǒng)概述

光儲充一體化電站系統(tǒng)是一種集光伏發(fā)電、儲能及電動車充電于一體的新型能量管理系統(tǒng)，其主要功能是利用光伏模塊將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，再由儲能系統(tǒng)儲存和分配電能。同時，該系統(tǒng)還可以對電動車進行充電。光儲充電站除了具有發(fā)電的作用外，還可以有效均衡用電和供給、提高能源利用效率和實現(xiàn)能源管理的智能化。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)利用光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，具有清潔、**、無污染等優(yōu)點，是一種可持續(xù)、低碳的新能源。

作為光儲充一體化的重要組成部分，能量存儲是解決光儲系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要手段。儲能系統(tǒng)通過存儲過剩的電量，在峰值時段將其釋放出來，為充電設備及其他負荷提供連續(xù)的電力供應，實現(xiàn)電網(wǎng)負荷均衡。充電站是連接電動車與電網(wǎng)的紐帶，對電動車進行直流或交流充電，并與儲能系統(tǒng)、太陽能電池等技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)充電過程中電能利用的*大化。在為電動車提供一種綠色、低成本的能源解決方案的同時，降低了對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴。

2 光儲充一體化電站的核心技術(shù)

2.1 光伏發(fā)電技術(shù)

2.1.1 光伏組件選型與安裝技術(shù)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏組件作為其核心構(gòu)件，其選型與安裝技術(shù)的恰當與否直接關(guān)系到系統(tǒng)的發(fā)電效率及其運行穩(wěn)定性。特別是在光儲充一體化電站中，光伏組件的選擇與安裝是否科學合理，成為確保電站**運行的關(guān)鍵因素。光伏組件包括晶硅電池和薄膜電池，其中晶硅電池又可細分為單晶硅和多晶硅。單晶硅光伏組件具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較長的使用壽命， 適用于空間受限的環(huán)境。

盡管多晶硅組件的轉(zhuǎn)換效率略低，但成本相對較低，具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。薄膜電池則在低光效應和弱光環(huán)境下的表現(xiàn)更為優(yōu)異，但其轉(zhuǎn)換效率相對較低。因此，在光儲充電站的建設中，應根據(jù)項目的預算、地理位置、氣候條件及空間限制等多方面因素，綜合考量以選取*適宜的光伏組件類型。

光伏組件的安裝位置、安裝角度等因素直接影響其接受光照的效果和發(fā)電效率，通常需要考慮到當?shù)氐牡乩砦恢?、日照路徑等因素，?/span>能*大限度地保證光照的持續(xù)時間與角度。常用的安裝方法有固定傾斜安裝、跟蹤系統(tǒng)安裝等，其中固定傾斜安裝方式較為簡單，維修成本較低，但是發(fā)電效率較低，而跟蹤系統(tǒng)可以對太陽能進行自動調(diào)節(jié)，可以*大地提高發(fā)電效率，但是需要更高的費用。另外，為了防止熱斑效應或其他不利的因素，還需要考慮通風狀況、積塵、遮擋等方面。

2.1.2 光伏組件發(fā)電效率的影響因素與優(yōu)化

為了達到*大的發(fā)電效率，需要在光照較好的地方建立光伏電站，并在光伏電池板上安裝一個光伏追蹤系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)部件傾斜角度，使之始終對準太陽，增加照明的利用率。光伏組件的工作溫度是影響其能量轉(zhuǎn)換效率的重要因素，高溫會降低電池使用效率。為降低溫差對發(fā)電效率的影響，需在機組內(nèi)設置合理的通風條件，并采取有效的散熱措施，或采用冷卻系統(tǒng)或熱管理等方式對機組表面進行溫度調(diào)控。

光伏組件表面的灰塵、落葉等雜物，會影響光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率，因此需要對其進行周期性清洗，以保證電池的**發(fā)電。另外，建筑物、樹木等遮擋物對光伏組件的集光效應也有一定的影響。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣連接方式、逆變器的效率、組件的匹配等直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的發(fā)電效率，采用**率的逆變器并對其進行合理的布線設計，可以有效地降低電能損耗。同時，保證各模塊電參數(shù)的一致性，避免由于部件特性不同而產(chǎn)生的發(fā)電損失。

2.2 儲能技術(shù)

2.2.1 電池儲能系統(tǒng)的種類與選擇

根據(jù)電化學技術(shù)的不同，常見的電池儲能系統(tǒng)種類包括鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等，每種類型都有其特性和應用場景。鋰電池是目前*廣泛應用的儲能電池，具有高能量密度、長循環(huán)壽命、較快的充放電速度等優(yōu)勢。鋰電池的體積小、效率高，非常適合在光儲充電站中使用，然而，其成本較高，且存在一定的熱失控風險，需采取適當?shù)墓芾砗捅Ｗo措施。鈉硫電池具有較大的能量存儲容量，適合大規(guī)模的儲能應用，其特點包括**率、長壽命及環(huán)保性較好。

鈉硫電池的工作溫度較高約為 300 ℃，通常用于需要大容量、長時儲能的場景，如電網(wǎng)平衡和負載管理，但在空間有限的光儲充電站中應用相對較少。鉛酸電池具有技術(shù)成熟、成本低廉的優(yōu)勢，但其能量密度較低、使用壽命較短，且對環(huán)境有一定的影響。鉛酸電池主要應用于對成本敏感的場景，但隨著鋰電池的技術(shù)進步和成本下降，其在儲能系統(tǒng)中的應用逐漸減少。在光儲充電站中，鋰離子電池因其**、靈活和適應性強，通常是儲能技術(shù)，鈉硫電池和固態(tài)電池則適用于需要高容量儲能或特定技術(shù)場景的項目。

2.2.2 儲能系統(tǒng)的優(yōu)化設計與運行策略

光伏發(fā)電具有波動、間歇性等特點，要求既要有充足的存儲容量，又要有充足的能量滿足快速負荷的需求。根據(jù)不同的儲能需求，設計多階段的儲能體系，短期的功率波動可通過超級電容或飛輪儲能來解決，中長期的儲能需求可通過鋰或鈉硫電池等長期儲能方式來實現(xiàn)。將多種能量存儲方式結(jié)合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速、穩(wěn)定運行。智能能量管理系統(tǒng)是光儲充一體化發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它能夠依據(jù)負荷需求、光伏發(fā)電及儲能系統(tǒng)的運行狀況，對其進行動態(tài)調(diào)整。

智能能量管理系統(tǒng)能夠釋放在高峰用電時將存儲的電量，在光照較強的時候再對其進行充電，以達到*大的經(jīng)濟效益。儲能系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱能，特別是鋰電池，過熱會降低能量存儲單元的效率，甚至引發(fā)安全事故。為了保證蓄電池在安全的環(huán)境下正常工作，能量存儲系統(tǒng)需要有良好的散熱控制系統(tǒng)。另外，電池管理系統(tǒng)還對電池的電壓、電流、溫度等進行監(jiān)測，避免發(fā)生過充、過放電等情況。

2.3 充電技術(shù)

2.3.1 直流快充與交流慢充技術(shù)的比選

直流快充通過將交流電直接轉(zhuǎn)換為直流電，快速為電動汽車的電池充電，通?？梢?/span>在 0.5 ～ 1 h內(nèi)將電池充滿 80%。因此，適合需要快速補充電量的場景，如高速公路服務區(qū)、城市公共充電站等。直流快充的功率較高，通常在 50 ～ 350 kW，部分新一代超快充電樁的功率甚至更高，由于其高功率需求，快充站的電力基礎(chǔ)設施需要較大的容量和更強的電網(wǎng)支持。直流快充技術(shù)設備較復雜、安裝成本高，但其充電效率高、時間短，適合用戶追求快速充電的場景，盡管建設成本高，但隨著電動車保有量的增加，快充站逐漸成為必需的基礎(chǔ)設施。

交流慢充是指為電動車提供交流電，利用車載充電器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，一般要 6 ～ 8 h才能充滿電，適用于長期停車的場合，如家庭、辦公室等。交流慢充所需的功率比較小，通常為 3 ～ 22 kW，因為其功率小，所以對電網(wǎng)負載的需求不大，適用于停車時間長，充電頻率低的場合。交流慢充樁具有造價低廉、安裝方便等優(yōu)點，是普通家庭和企業(yè)用戶普遍采用的一種充電方式，具有較長的充電時間，但是對電網(wǎng)的需求不高，因此適用于小區(qū)、停車場等大規(guī)模的低速充電場景。

2.3.2 充電樁布局設計與功率需求

充電設施的布局要考慮到電動車的行駛軌跡，在交通樞紐、購物中心、辦公區(qū)域等區(qū)域內(nèi)，合理布置充電樁，小區(qū)和其他人口密度較大的地區(qū)，便于使用者迅速尋找充電地點。為滿足長時間駕車的車主對車輛的快速充電要求，高速公路服務區(qū)還需配備直流快充樁。根據(jù)實際情況，對各地區(qū)進行合理布局，以避開地域上過分密集和稀疏的情況，城區(qū)中心可適當加大充電樁的數(shù)量，以減輕高峰時段的用電需求。

在城鄉(xiāng)接合部、農(nóng)村地區(qū)，可與長期停車的停車場相結(jié)合，設置慢充點，以滿足用戶的長期需要。特別是在電網(wǎng)容量受限的區(qū)域，光儲充電站需要與儲能系統(tǒng)進行合理的匹配，利用儲能系統(tǒng)技術(shù)在非用電高峰期間進行存儲電能，為充電高峰時刻提供附加用電支撐。減少對電網(wǎng)的影響，提高電站運行效率。

由于直流快充樁的動力比較大，因此對其供電容量提出了更高的要求，一臺 50 kW 的快充樁可供 5 臺車充電，其所需電能*少為 250 kW。因此，在大規(guī)模的公用充電站建設中，既要保證有充足的負載容量，又要在用電低谷時利用儲能系統(tǒng)，降低*大負荷。交流慢充樁功率小，適用于小區(qū)、停車場等場所，單根慢充樁可輸出 3 ～ 22 kW。

從供電要求來看，慢充電站對電網(wǎng)負荷不大，但是在多個慢充電站同時采用時，仍然需要做好供電方案的規(guī)劃，避免局部電力不足的情況。對快充樁和慢充樁的配比進行合理規(guī)劃，按客戶要求進行動力分配，在交通流量大、充電需求迫切的區(qū)域，可適當增設快充樁，而在需要長期停放的地方，緩慢充電可以滿足需要。

2.3.3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與充電系統(tǒng)智能化管理

車聯(lián)網(wǎng)是一種將電動汽車、充電樁、電網(wǎng)、云平臺等連接起來的一種新技術(shù)，它能夠與充電設備進行交互。車聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車充電狀態(tài)的控制，預約充電時間，查詢充電站點的位置，為用戶提供方便快捷的充電服務，充電站運營方還能利用車聯(lián)網(wǎng)平臺對設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)對充電管理的優(yōu)化。

該智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)負荷情況、儲能系統(tǒng)容量和客戶充電要求，對充電樁進行合理的配置。例如，在用電高峰期，可以對某些汽車進行一定程度的充電，或者對儲能系統(tǒng)進行優(yōu)先供電，降低負載在電網(wǎng)上的壓力?；诜謺r定價策略的智能管理系統(tǒng)，用于指導客戶在低價格時段進行充電，既能減少用戶充電費用，又能減輕高峰時段給電網(wǎng)帶來的影響，同時也能*大限度地優(yōu)化供電資源配置。

該智能管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對充電樁的遠程監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)充電樁出現(xiàn)的故障或異常狀況，縮短停車時間，提高充電設備的利用率和維修效率。車聯(lián)網(wǎng)可使車輛與電網(wǎng)之間的雙向互動，在空閑狀態(tài)下，可將車內(nèi)蓄電池的電量反饋至電網(wǎng)，達到能量雙向流通。

2.4 多能源協(xié)同控制技術(shù)

通過對光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、電動汽車充電需求、電網(wǎng)負荷等進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對新能源供需的準確預測。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于分布式電源的動態(tài)調(diào)度方法。在多能互補系統(tǒng)中，應以光伏發(fā)電為主，在日照充足的情況下，利用光伏系統(tǒng)對電動車進行充電，當光電功率過剩時，能量儲存系統(tǒng)會對其進行充電并儲存。

在夜晚或者光線較暗的情況下，通過蓄電池放電來對電動車的供電，從而*大限度地降低了對電力網(wǎng)絡的依賴。在高負荷情況下，多能互補系統(tǒng)可通過對光伏、儲能等方式進行調(diào)節(jié)，緩解電網(wǎng)壓力。相反，在電網(wǎng)負荷很小的情況下，儲能系統(tǒng)則可以通過存儲過剩的電能，使能量供需達到均衡，達到對電能的合理配置。

結(jié)合智能管理系統(tǒng)，對光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、充電站等能量流動進行實時監(jiān)測，并對其進行反饋調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定**地工作。一旦其中一方的能量變動，系統(tǒng)會立刻調(diào)用其他的能量源來補足，以保證能源的均衡。分布式能量系統(tǒng)采用分布式控制器與中央?yún)f(xié)調(diào)控制器相結(jié)合的方式，以保證多能系統(tǒng)的協(xié)同工作。

儲能系統(tǒng)是調(diào)控體系中的關(guān)鍵一環(huán)，其主要功能是對剩余電量進行蓄能，并在充電高峰或高負荷時對蓄能進行放電，保證能源的有效使用和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 光儲充一體化電站的未來展望

光儲充一體化電站在未來能源領(lǐng)域的發(fā)展前景廣闊，其核心在于實現(xiàn)更**、可靠、環(huán)保的能源供應。隨著太陽能電池效率的持續(xù)提升和成本的進一步降低，光伏發(fā)電將更加**和經(jīng)濟，使光儲充一體化電站在各種環(huán)境下的應用更加廣泛。特別是鈣鈦礦太陽能電池、多結(jié)合太陽能電池等新型**率太陽能電池技術(shù)的發(fā)展，將大幅提升光伏組件的轉(zhuǎn)換效率，進一步推動光儲充一體化電站的效率和成本效益。在儲能技術(shù)方面，鋰離子電池、液流電池等**儲能系統(tǒng)的研發(fā)和優(yōu)化，將大幅提升儲能容量和壽命，降低成本，這對于平衡光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性至關(guān)重要，提高了電站的調(diào)峰能力和可靠性。未來光儲充電站將更多采用智能化的能量管理系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)進行能量的**分配和優(yōu)化管理，實現(xiàn)對能源需求的精準預測和響應，從而提高能源的利用效率和電站的經(jīng)濟性。分布式能源系統(tǒng)和微電網(wǎng)的發(fā)展將使光儲充一體化電站在城市和農(nóng)村能源供應中扮演更加重要的角色。這種模式有助于提高能源供應的靈活性和可靠性，特別是在偏遠地區(qū)或災難情況下，能夠提供穩(wěn)定的能源供應。環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的全球趨勢將進一步推動光儲充一體化電站技術(shù)的創(chuàng)新，特別是在減少碳排放和提高能源利用效率方面。光儲充一體化電站不僅能夠推動能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和轉(zhuǎn)型，還能在應對氣候變化和促進可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。

4 安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益*大化。

4.1 主要功能

實時監(jiān)測；

能耗分析；

智能預測；

協(xié)調(diào)控制；

經(jīng)濟調(diào)度；

需求響應。

4.2 系統(tǒng)特點

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；

降低充電設備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷*高匹配效能。

4.3 相關(guān)控制策略

.       削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

.       需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

.       備用電源

.       柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

4.4 核心功能

1）多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協(xié)議定制等。

2）多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

4）智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

5）全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設備的全量接入。

4.5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

.       儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

.       光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

.       光伏預測

以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡光功率預測方法。

時間分辨率：15min

超短期未來4h預測精度＞90%

短期未來72h預測精度＞80%

短期光伏功率預測

超短期光伏功率預測

數(shù)值天氣預報管理

誤差統(tǒng)計計算

實時數(shù)據(jù)管理

歷史數(shù)據(jù)管理

光伏功率預測數(shù)據(jù)人機界面

.       風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

.       充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

.       電能質(zhì)量

對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)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(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)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。

4.6 設備選型

5 結(jié)束語

綜上所述，光儲充一體化電站在應對能源波動、優(yōu)化電力調(diào)度等方面的顯著優(yōu)勢，光儲充電站提高了能源利用效率，增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并支持了低碳經(jīng)濟的發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新和智能化管理的引入進一步提升了系統(tǒng)性能，優(yōu)化了電力調(diào)度與后期維護。未來，隨著政策支持和技術(shù)的不斷進步，光儲充一體化電站將在推動碳中和目標和清潔能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。

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