分布式光伏储能项目的规划与设计研究

分布式光伏储能项目的规划与设计研究

王宇能 顾靖

浙江芯能光伏科技股份有限公司

摘要：分布式光伏储能系统集成太阳能发电与电能存储，由光伏电池板、储能设备、逆变器和智能监控系统组成。系统能在日间产生及存储电能，夜间或光照不足时释放电能。选址需考虑日照、地形及环境因素，优化地点以提高效率并减少成本。能源需求分析通过负荷预测和峰谷差分析来确定系统规模。系统设计中，光伏板和逆变器的选择关键，需兼顾效率与成本，而储能系统需根据需求精确配置。

关键词：分布式光伏储能；光伏电池板；储能设备

一、分布式光伏储能系统概述

分布式光伏储能系统是一种集成了太阳能发电和电能存储的先进技术方案。这种系统通常由光伏电池板、储能设备、逆变器和智能监控系统等主要部件组成，能够在光照充足时产生电能，并将多余的电能储存起来，以备不时之需。系统中的光伏电池板负责捕捉太阳光并将其转换为直流电。这些电池板通常安装在建筑物的屋顶或其他适合的地方，以最大化捕捉太阳光。光伏电池板的效率和质量直接影响整个系统的发电能力。储能设备，如电池组，是系统的核心部分，用于存储由光伏电池板产生的多余电能。这些储能设备通常采用锂离子电池或其他类型的可充电电池，它们能够在需要时释放存储的电能，确保电力供应的连续性和稳定性。逆变器在系统中扮演着至关重要的角色，它将光伏电池板产生的直流电转换为可以在家庭或企业中使用的交流电。此外，逆变器还负责管理电能的流向，确保电能可以高效地从光伏板流向储能设备或电网。智能监控系统则提供了对整个分布式光伏储能系统的实时监控和管理。它可以追踪系统的性能，包括发电量、储能水平和电能消耗情况。通过智能监控，系统运营者可以优化电能的使用，提高整体效率。分布式光伏储能系统的工作原理相对简单。在日间，当太阳光照射到光伏电池板上时，电池板将太阳能转换为电能。这些电能首先被用来满足即时的电力需求，如果产生了多余的电能，则会被存储在储能设备中。在夜间或光照不足时，储存的电能可以被释放出来，用于满足持续的电力需求[1]。

二、分布式光伏储能项目的规划

（一）选址分析

选址的地理位置对于分布式光伏储能系统的效率和成本具有决定性影响（图1）。理想的地点应具备充足的日照时间和合适的日照角度，以最大化光伏电池板的发电效率。此外，地理位置还应考虑到地形因素，避免在阴影频繁的区域或者光线受到遮挡的地方安装光伏电池板。地点的选择还需要考虑到交通的便利性，以便于设备的运输和安装以及后续的维护工作。同时，距离电网接入点的远近也会影响到连接成本和复杂性。环境条件包括温度、湿度、风速等因素，这些都会影响光伏电池板的性能和寿命。例如，高温可能会降低光伏板的效率，而过高或过低的湿度都可能导致设备的早期退化。因此，在进行选址时，需要对这些环境因素进行详细评估，选择一个环境因素对设备影响最小的地区。对于风速较高的区域，还需要考虑结构的稳定性和防风措施。电网接入的便利性是选择地理位置的重要因素之一。选址需要靠近电网，以减少输电线路的建设长度和成本，确保电能可以高效地传输到电网中。此外，还需要考虑电网的容量和稳定性，确保光伏系统并网后能稳定运行，不会对现有电网造成负担。在一些偏远地区，若电网接入困难，可能需要考虑使用蓄电设备或与其他能源系统如风能系统结合，形成一个独立的混合能源系统。

图1：分布式光伏储能项目规划要点导图

（二）能源需求分析

进行能源需求分析时，负荷预测是核心任务之一。通过分析目标区域的历史电力消耗数据，可以预测未来的电力需求模式。这包括分析日常消耗高峰和低谷的时间段，以及季节性和工作日与非工作日的消耗差异。精确的负荷预测有助于优化光伏发电和储能系统的规模，确保系统可以满足最大需求，同时避免资源的浪费。峰谷差分析用于确定电力需求的最高点和最低点。这一分析有助于确定储能系统需要满足的电能调节范围。系统设计时，需要保证在电力需求高峰时，储能设备能够释放足够的电能满足需求，在需求低谷时则可以存储多余的电能。通过对峰谷差的精确分析，可以有效地降低能源浪费和成本，提高能源使用的经济性和环保性。

（三）系统容量配置

配置光伏发电容量需要根据能源需求分析的结果来进行。需要计算覆盖最高电力需求以及一定比例的冗余，以应对突发情况或预测误差。此外，光伏发电容量的配置还需考虑地理和环境条件，确保在不同季节和不同天气条件下，系统仍能尽可能高效地运行。储能容量的配置需考虑到负荷预测和峰谷差分析的数据。储能系统的容量应足够大，以存储在电力需求低谷期间产生的多余电能，并在需求高峰期间释放这些电能。此外，还需考虑到电池的充放电周期和效率，确保储能系统在整个使用寿命期间都能保持高效和稳定的性能[2]。

三、分布式光伏储能项目的设计

（一）光伏系统设计

在设计分布式光伏储能系统时，选择合适的光伏板及其布局至关重要。光伏板的选择依据包括转换效率、耐久性、尺寸和成本。高效率的光伏板虽然初始投资较高，但长远来看可以提供更多的电能输出，降低整体能源成本。布局设计需考虑最大化日照接收，避免相互遮挡，并考虑维护和清洁的便利性。光伏板通常朝向南方以获取最佳日照（北半球情况），倾斜角度应根据当地的纬度调整以优化太阳光接收角度。系统布局还需考虑地面或屋顶的承重能力以及未来可能的扩展需求。逆变器的选择和配置对系统的性能和稳定性起着关键作用。逆变器的主要任务是将光伏板产生的直流电转换为可用的交流电。在选择逆变器时，需考虑其与光伏板的兼容性，包括最大输入电压和电流以及输出功率的匹配。逆变器的效率直接影响系统的整体能效，因此选择高效率的逆变器可以显著提高电能的有效输出。设计中还需考虑逆变器的安装位置，以便于空气流通散热，同时应避免直接日晒或雨水侵袭，确保设备的长期稳定运行。在大型项目中，可能需要配置多台逆变器，并行工作，以提高系统的可靠性和灵活性。配置过程中还应确保所有的电气连接都符合当地的安全标准和规定。

（二）储能系统设计

在分布式光伏储能系统中，选择合适的储能类型是基础且关键的一步。各种储能技术，如锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等，各有其特点和适用场景。锂离子电池因其较高的能量密度和较长的寿命而被广泛采用。此类电池还具有良好的充电速度和较低的维护需求，适合需要频繁充放电的应用。在选择储能类型时，需要综合考虑系统的需求、成本预算以及环境的可持续性。对于大规模储能，也可能考虑使用流电池等技术，这类技术虽然初始成本较高，但适合大容量长时间储能。储能系统的配置涉及确定储能设备的容量、数量及其与系统其他部分的集成方式。配置的主要目标是确保储能系统能够在电力需求高峰提供必要的电能，并在电力需求低谷期间储存过剩的电能。储能容量的计算基于峰谷差分析结果，确保在任何时刻系统的电力供应都能满足消费者的需求。此外，系统的配置还应考虑储能设备的扩展性，以应对未来可能增长的能源需求或技术升级。在配置过程中，还需确保所有组件的电气连接和物理布局满足安全标准，避免过热或其他电气安全问题。监控系统的集成也是储能系统配置的一部分，它可以实时监控电池的状态，如电压、电流、温度等，确保系统运行在最佳状态并及时进行维护或故障排除[3]。

四、结论

分布式光伏储能系统由多个关键部件构成，能在光照充足时产生及储存电能，供不足时使用。选址分析强调了地理和环境条件的重要性，指出日照、温度和风速等因素对设备性能有显著影响。能源需求分析突出了负荷预测的重要性，通过峰谷差分析来调节电能的储存与释放，优化能源使用。系统设计涉及光伏板和逆变器的选择以及储能设备的配置，强调了效率、稳定性和安全标准的重要性。

参考文献：

[1]赵立军.基于多场景的配电网分布式光伏及储能规划[J].现代电力,2022,39(4):9.

[2]王晓兴.分布式光伏项目的设计优化及实践[J],2023(2):26.

[3]徐一斌.储能技术在光伏电站并网中的应用研究[J].电气技术与经济,2023(9):65-67.