屋頂分布式光伏電站，憑借其獨特的優(yōu)勢，成為了光伏發(fā)電的重要應(yīng)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(shù)應(yīng)運而生。光儲一體化技術(shù)通過將光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了光伏發(fā)電量的平滑輸出，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，拓寬了光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域。

一、系統(tǒng)總體框架

基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站的系統(tǒng)總體框架，主要包括光伏陣列與逆變器、儲能系統(tǒng)、電力調(diào)度與能量管理系統(tǒng)。

光伏陣列：這是系統(tǒng)的核心部分，主要負(fù)責(zé)將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能。光伏陣列的選型和設(shè)計應(yīng)考慮光伏組件的性能、成本和可靠性等因素，并根據(jù)不同的應(yīng)用需求來選取合適的光伏陣列。光伏組件的性能直接影響整個系統(tǒng)的發(fā)電效率，常見的光伏組件類型包括晶硅太陽能電池組件（如單晶硅、多晶硅）和薄膜太陽能電池組件等。

逆變器：負(fù)責(zé)將光伏陣列產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，供電網(wǎng)或負(fù)載使用。逆變器的性能和控制策略對整個系統(tǒng)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，在選擇時應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模、組件特性、安裝條件等因素綜合考慮。

儲能系統(tǒng)：負(fù)責(zé)在光伏發(fā)電不足以滿足負(fù)載需求時向負(fù)載供電，以及在光伏發(fā)電過剩時儲存電能。儲能系統(tǒng)的容量設(shè)計需要充分考慮光伏發(fā)電量的波動性、負(fù)載需求以及系統(tǒng)成本等因素。常見的儲能技術(shù)包括鋰離子電池、釩液流電池等，在選擇時應(yīng)考慮儲能設(shè)備的性能、成本、壽命和安全性等因素。

電力調(diào)度與能量管理系統(tǒng)：根據(jù)負(fù)載需求和光伏發(fā)電情況，實現(xiàn)對光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。該系統(tǒng)需要實時監(jiān)測光伏發(fā)電量、儲能系統(tǒng)狀態(tài)和負(fù)載需求，制定合理的調(diào)度策略，以實現(xiàn)光伏發(fā)電量的平滑輸出和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

二、關(guān)鍵技術(shù)

光伏組件選型與設(shè)計：應(yīng)充分考慮組件的性能參數(shù)、成本、可靠性和壽命等因素，并根據(jù)屋頂?shù)木唧w條件和需求，設(shè)計合理的光伏陣列布局，使系統(tǒng)在不同光照條件下實現(xiàn)大發(fā)電量。

逆變器技術(shù)：逆變器的選型和控制策略對系統(tǒng)性能至關(guān)重要。應(yīng)選用具有高效率、大功率點追蹤（MPPT）算法和保護功能的逆變器，以適應(yīng)不同光照條件下的運行。

儲能系統(tǒng)技術(shù)：儲能系統(tǒng)的性能和設(shè)計直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)合理選擇儲能類型、容量和設(shè)計控制策略，以確保系統(tǒng)在不同光照和負(fù)載條件下的穩(wěn)定運行。

電力調(diào)度與能量管理策略：應(yīng)根據(jù)實際負(fù)載需求、光伏發(fā)電情況和儲能系統(tǒng)狀態(tài)進行動態(tài)調(diào)整，以實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效發(fā)電。典型的調(diào)度策略包括峰谷平滑、優(yōu)先滿足負(fù)載需求、充放電策略優(yōu)化等。

屋頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化與安全性設(shè)計：在設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮屋頂承重能力、結(jié)構(gòu)形式、安裝方式、防雷、防火、防風(fēng)等因素，以確保屋頂分布式光伏電站的穩(wěn)定運行和延長系統(tǒng)壽命。

三、實際應(yīng)用案例

以某大型商業(yè)綜合體為例，該綜合體屋頂面積約為5000平方米。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(shè)計目標(biāo)是滿足商業(yè)綜合體約60%的日常用電需求。

根據(jù)屋頂面積和業(yè)主需求，選取相應(yīng)的硬件：選用LONGiSolarLR6-72HPH450W單晶硅組件作為光伏組件，共計560片，總裝機容量為252kWp；選用SungrowSG110CX三相組串式逆變器，共計2臺，總?cè)萘繛?20kW；選用CATLLFP鋰離子電池作為儲能系統(tǒng)，儲能容量為300kWh。

在實施過程中，光伏組件按照南傾角20°布置在屋頂，以大化發(fā)電量。同時，逆變器和儲能系統(tǒng)安裝在屋頂附近的機房內(nèi)，以減小線路損耗。

經(jīng)過一年的運行，該光伏電站的發(fā)電量達到了約305MWh，滿足了預(yù)期目標(biāo)。儲能系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)峰谷平滑。該項目的總投資約為150萬元人民幣，經(jīng)過一年的運行，節(jié)省了約18萬元的電費支出。同時，根據(jù)當(dāng)?shù)卣难a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(jīng)濟效益。

4.安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)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(tǒng)，可實現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)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(tǒng)不僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調(diào)度指令，又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

4.2應(yīng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負(fù)荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

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

（3）功率預(yù)測

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

（4）電能質(zhì)量

實現(xiàn)整個微電網(wǎng)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。

（5）可視化運行

實現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負(fù)荷與設(shè)備進行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負(fù)荷進行功率預(yù)測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)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(shù)據(jù)，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(fēng)電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設(shè)備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設(shè)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(chǎn)品

	內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務(wù)器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器:讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā) 3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

五、結(jié)論

基于光儲一體化的屋頂分布式光伏電站設(shè)計通過合理選擇和配置光伏組件、逆變器、儲能系統(tǒng)和電力調(diào)度與能量管理系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，實現(xiàn)了對太陽能的有效利用和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。實際應(yīng)用案例表明，該設(shè)計方案具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，為光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用提供了可行的解決方案。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的進一步降低，光儲一體化的屋頂分布式光伏電站將具有更廣闊的發(fā)展前景。

審核編輯 黃宇