家庭光伏储能系统的应用展望

家庭光伏储能系统的应用展望

王玥

中国三峡新能源（集团）股份有限公司西南分公司，四川 成都 610000

摘要：现如今，我国的科学技术在不断发展，社会在不断进步，工业规模扩大，传统化石能源的消耗与日俱增，出现了严重的能源短缺现象及环境污染问题。开发和使用新能源是解决这两个问题的重要举措之一，其中太阳能是最常见的可再生新能源，且兼备清洁、环保的特点。太阳能发电技术日趋成熟，经济性逐渐提高，加之有关部门出台了一系列法律法规推动光伏产业的发展，使得太阳能发电的大规模应用成为可能。太阳能发电也存在着不足之处，其产电的随机性与波动性会干扰配电网的稳定运行。储能系统具备响应迅速的特性，可以在削峰填谷的同时，保证系统电能质量与可靠性。因此，常将储能装置与光伏系统进行搭配使用。

关键词：新能源；家庭光伏储能；光伏发电；光伏逆变器；储能系统

引言

近年来，智能电网的建设如火如荼。智能终端设备的接入、电力通信技术的发展以及高级计量架构（AdvancedMeteringInfrastructure，AMI）的建设，促进了智能用电双向交互技术的发展，双向互动为家庭参与需求侧管理提供了便捷条件。运用AMI技术，居民可积极主动地参与电网运行，响应电价调节模式，调整家庭负荷的运行时间，将用电设备从高峰时段转移至其它时段运行，从而获得自身用电利益最大化。

1概述

能源是人类生存和发展的重要物质基础，攸关国计民生和国家安全，亦是科技创新服务与应用的首要领域。但是，我国能源结构的不合理性以及偏低的能源利用效率带来了许多环境问题和社会问题。分布式发电技术有助于推动清洁能源和可再生能源的利用，提高能源利用效率，改善能源供应结构，保障能源供应的安全可靠。但大规模分布式电源的接入，会使电力系统运行面临许多的新问题和挑战。因此以微电网为载体的户用综合能源系统是整合各种分布式能源优势、削弱分布式发电对电网的不利影响、充分挖掘分布式发电综合效益的有效方式，已成为分布式发电领域的研究热点和重要方向。微电网主要是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控装置和保护装置等组成的小型发配用电系统，是分布式电源接入配电网的一种形式，微电网既可以并网运行，与主网进行能量交换，也可以孤网独立运行，实现自我控制和自治管理。微电网也为分布式发电技术注入了新的活力：对于大电网系统来说，微电网在正常状态下可以作为一个可控单元并网运行，具有灵活的运行方式和可调度性能，当大电网故障或电能质量不满足要求时，又可以作为自治系统独立运行，从而将随机不确定的并网问题转化为确定可控的微电网并网问题，有效协调了分布式发电与大电网间的矛盾；对于终端用户来说，微电网通过集成调度不同的源-网-荷-储，可以满足用户对电能质量、供能可靠性和安全性的要求以及冷热电供能多样性的需求。本文以微电网为载体，论述了居民家庭户用综合能源利用系统的可行性，搭建了一种以分布式光伏、储能和家庭负荷为系统的户用综合能源系统，并以兰州地区为例，计算了本文搭建系统的经济效益，通过分析，本文所提出的户用能源综合系统可以提升能源综合利用水平，节约化石燃料，保护环境。

2家庭光伏储能系统的应用展望

2.1储能系统

值得注意的是，光伏系统的发电能力对天气极其敏感，具有波动性和随机性的特点。为了确保系统电能的质量与可靠性，需要搭配储能系统。此外储能系统还能作为发电系统的备用，实现不间断供电。当前主流的储能方式有电化学储能、超级电容储能、飞轮储能等，光伏储能应用最多的为电化学储能，如铅酸电池、锂电池等。大部分的光伏系统所用的蓄电池都是铅酸电池，与之相比锂电池具有比能量高、储能效率高、循环寿命长等优点，将成为未来的主流。当前电动汽车行业迅猛发展，使得退役电池的梯次利用技术成为了当下研究的热点。退役锂电池的容量衰减到标称容量的80%时，无法满足电动汽车使用的特殊工况，但仍然可以应用于对电池性能要求较低的场合。因此，将退役动力锂电池利用到家庭光伏发电系统中，能大幅度降低成本，并减少资源的浪费，在未来有广阔的应用前景。

2.2负荷设备模型

家庭微网中的负荷设备可分为不可调度负荷和可调度负荷两类。不可调度负荷设备不具有时间弹性。而对于可调度负荷，如洗碗机、电饭煲等，它们只需在给定的时间段内某一时刻运行完毕即可，具体运行情况取决于分时电价、光伏发电和蓄电池SOC的当前状态，其运行灵活性体现在调度区间内可以合理地进行转移，以达到能量的协调调度及家庭微网运行的经济性。为了使求解的家庭微网最优储能容量更具有一般代表性，将本文家庭微网中的可调度负荷进一步分为基本负荷和季节性负荷。基本负荷为全年中每天都运行的负荷，而季节性负荷为只在特定的季节才使用的典型负荷，如空调负荷一般只在冬夏两季运行，而浴室取暖器消耗功率较大，但只在冬季运行，因此将这两个典型负荷作为季节性负荷进行建模。其中基本负荷又可以根据工作状态的持续性分为可中断负荷或者不可中断负荷，在允许工作范围内可以任意地开启或暂停为可中断设备(如热水器等);而当设备开始运行时，必须在开始时刻与结束时刻之间无任何间断地完成需求为不可中断设备(如电饭煲等)。

2.3并网光伏发电系统

并网光伏发电系统可根据用户需要并入或退出电网，不再局限于偏远地区，具有更广的应用范围，该系统主要由光伏阵列、光伏逆变器及其他并网环节组成。光伏阵列产生的电能，必须经由逆变器及滤波器处理后，方可输入电网。与此同时，为了保证光伏阵列始终工作在输出功率最大状态，需要对电能转换环节的最大功率点进行追踪控制（MaximumPowerPointTracking，MPPT）。此外还需对逆变器进行逆变控制，使逆变输出的电流与电网同相，并尽可能减少谐波的输出。

2.4优化调度模型的求解

遗传算法可以灵活地解决各种问题，在本文使用的遗传算法中，蓄电池在t时刻的充放电功率为实数编码，可调度负荷设备在t时刻的开关状态为0、1变量。因此该优化模型为一个混合整数优化问题，同时是非线性、多目标的优化问题。全年的最优储能容量以及各项费用求解流程如下:1)首先读入用户设定的偏好因子，当日的家庭微网的负荷设备运行信息，光伏发电预测值，预设一个储能系统容量值。2)初始化遗传算法参数:交叉概率、变异概率、精英占比、遗传算法最大迭代的次数。3)随机对染色体组进行初始化。对每个负荷设备运行状态情况初始化为48个0～1状态变量，然后根据蓄电池的约束初始化48个充放电功率的变量，最后合为一个染色体组。4)计算当代的适应度值。5)进行遗传算子操作，新的子代由染色体组和精英染色体组构成，循环进行直到最大迭代次数。

结语

由于能源短缺与环境污染两大危机不断加剧，开发和利用新能源已经刻不容缓。家庭光伏储能系统是一种重要的新能源形式，可再生且兼备清洁、环保的优点，其工作模式对于远离城镇供电网的偏远地域用电具有重要的意义。该系统主要由光伏发电系统、储能系统、光伏逆变器、充放电控制器等部分构成，每个部分都具有重要的作用。随着技术的发展，成本的降低，家庭光伏储能系统在未来拥有广阔的应用前景。

参考文献

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