光儲一體化在停車場中的研究與應用

0 引言

近年來，光伏作為一種綠色環保無污染的可再生能源在中國的發展迅速。據統計，2022 全年光伏發電量為 4276 億千瓦時,同比增長 30.8%,約占全國全年總發電量的 4.9%。然而，光伏發電也存在著不穩定性的問題，因此儲能技術的發展成為克服這一問題的關鍵。為了應對光伏發電的不穩定性，大規模儲能設備與新能源發電的結合應運而生,成為了光伏產業的新的發展趨勢。同時，隨著電動汽車的普及。電動汽車充電給電網帶來了沖擊，充電時間較長也給城市的停車位帶來了壓力。為了解決這一問題，-種創新的解決方案是建設光儲充一體化停車場。這種停車場利用停車位或者外包裝頂部上的光伏發電裝置，將光能轉化為電能，并利用儲能裝置將多余的電能進行儲存叫。同時，在停車場內設置充電，將儲存的清潔能源用于電動汽車的充電，從而減少電動汽車對局部電網的沖擊。此外，還可以利用峰谷電特性來降低充電成本，提高經濟效益。通過充分利用電網負荷的波動特點，可以在谷電時段進行電動汽車的集中充電，以降低電價，同時提高清潔能源的利用效率。光伏作為一種綠色環保無污染的可再生能源，在中國發展迅速。為了克服光伏發電的不穩定性，儲能技術的發展至關重要。大規模儲能設備與新能源發電的結合以及光儲一體化停車場的建設可以有效解決電動汽車充電沖擊和局部電網壓力的問題,同時降低充電成本，提高經濟效益。

1 光伏發電系統描述

光伏發電系統是一種利用光伏板將太陽能轉化為電能的系統。它具有許多優點，包括高可靠性、長使用壽命以及對環境的無污染。光伏板是光伏發電系統中最關鍵的組件，它通過光電效應將太陽能轉化為電能。光伏板通常由多個光伏電池組成，這些電池能夠將光能轉化為電能，并產生直流電。光伏板的性能和質量直接影響整個系統的發電效率和穩定性。根據是否接入電網的不同，光伏系統可分為離網光伏系統和并網光伏系統。離網光伏系統適用于那些偏離電網覆蓋的地區，如山區或孤島等。這些系統需要根據負荷需求進行容量設計，以滿足當地的電能需求。由于離網光伏系統獨立于電網運行，其可靠性和穩定性尤為重要。與之相反，并網光伏系統適用于已有電網覆蓋的地區。這些系統可以直接將發出的電能輸送到公共電網中，供其他用戶使用，也可以直接為用戶側的負載提供電能。當光伏系統產生的電能不足時，系統可以從電網中獲取補充電能，以確保持續供電口。光伏發電系統還有助于減少對傳統化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放，對環境更加友好。然而，光伏發電系統的安裝和維護成本較高，需要定期檢查和清潔光伏板以確保其性能。此外，對于離網光伏系統，還需要考慮儲能裝置以應對夜晚或低光照條件下的電能供應。

1.1光伏系統發電原理

光伏發電系統是一種利用太陽能轉化為電能的系統，由多個組件組成。其中包括光伏板組、直流變換器(升壓電路)、控制器、蓄電池組、直流/交流變換器(逆變器)、電網、離網開關和用戶負載。其中各個元件的主要作用如下所示:

(1)光伏板組是光伏發電系統的核心部件，其主要作用是吸收太陽光并將其轉化為直流電能。這些光伏板通常由多個光伏電池組成，當太陽光照射到光伏電池上時，光伏效應會使光能轉化為電能。

(2)直流變換器(升壓電路)是將光伏板組輸出的直流電能轉換為所需的電壓水平的設備。它可以提升直流電壓的大小，以滿足后續電氣設備的工作需求。

(3)控制器在光伏發電系統中起到監控和管理的作用。它能夠監測光伏系統的運行狀態，并根據需要進行調節和控制，以確保系統的高效運行和安全性。

(4)蓄電池組在光伏發電系統中用于儲存多余的電能。當光伏系統產生的電能超過當前需求時,多余的電能可以被儲存在蓄電池組中，以備不時之需。

(5)直流/交流變換器(逆變器)則是將直流電能轉換為交流電能的設備。這種變換器的作用是將光伏系統產生的直流電能轉換為適用于電網或離網使用的交流電能。

(6)電網是一個重要的組成部分，它可以提供額外的電力供應或接收光伏系統產生的電能。當光伏系統產生的電能超過用戶負載的需求時，多余的電能可以通過電網輸送出去，而在用戶負載超過光伏系統產生的電能時，電網可以提供額外的電力供應。

(7)離網開關用于切換光伏系統與電網的連接狀態。當光伏系統需要與電網斷開連接時，離網開關可以將系統切換為離網模式，使其獨立工作。

(8)用戶負載是指光伏系統所供應的電能所驅動的設備或用電設施。用戶負載可以包括家庭用電設備、工業設備、辦公設備等，它們消耗光伏系統產生的電能以滿足其正常運行的需求。

1.2 光伏系統工作方式

光伏系統是一種利用光能轉化為電能的環保能源系統。它通過光伏板將陽光中的光能轉化為直流電能，并利用直流變換器進行光伏最大功率跟蹤和直流升壓操作。這個過程確保了系統在不同光照條件下都能以較高效率轉化光能。轉換后的直流電能會被儲存在蓄電池組中，以便在需要時供應給負載。蓄電池組扮演著能量儲存的角色，可以在夜間或低光照條件下繼續為負載提供電能。這種儲存電量的方式有助于光伏系統實現持續穩定的供電。當負載需要使用電能時，蓄電池組會將直流電能通過逆變器轉換為市用交流電。逆變器是一種關鍵設備，它能夠將直流電轉換為符合市用電網標準的交流電，以滿足負載的使用需求。負載可以是各種家庭電器、工業設備或其他用電設備P。在某些情況下，光伏系統可能無法滿足負載使用標準，比如天氣條件不佳或負載需求過高。為了確保持續供電，系統配備了離網開關。當光伏系統無法滿足負載需求時，離網開關會自動切換至負載與市用電網連接，以便從市用電網獲取額外的電能。總之，光伏系統是一種可再生能源系統，利用光伏板將光能轉化為電能，并通過各種設備實現電能的轉換、儲存和供應。

2 光儲系統在停車場的應用

2.1 技術原理

智能微網結合光伏發電系統、充電樁和儲能蓄電池等關鍵組件，為能源供應與需求提供了一種創新解決方案。光伏發電系統利用太陽能資源，在白天為電網供電，并將多余的電能充入充電樁，以滿足不斷增長的電動汽車充電需求。然而，在充電樁無法消納全部電能時，儲能蓄電池發揮了關鍵作用。這些蓄電池能夠吸收多余的電能，并在需要時將其釋放出來，以滿足停車場負荷或其他用電需求。儲能系統的設置有效平抑了光伏發電與用電負荷不匹配所帶來的沖擊,確保智能微網的平穩運行。值得注意的是，儲能系統的引入使得智能微網能夠有效利用太陽能資源，并在需要時短時脫離廠網運行。這種獨立運行的能力為微網系統帶來了更大的靈活性和可靠性，減少了對傳統電力供應的依賴。

2.2 光伏發電系統的設計

光伏雨棚作為一種創新的能源解決方案，越來越受到立體停車場，特別是機械停車樓的關注。停車場(停車樓)在選擇光伏雨棚的光伏組件時，太陽能電池的性能和特點是至關重要的考慮因素。在目前的太陽能市場上，化合物太陽能電池中的銅鋼鎵硒(CIGS)太陽能電池被認為是最適*光伏雨棚的選擇。

化合物太陽能電池是一種新興的太陽能技術，它由銅、銦、和硒等元素組成。相比傳統的品體硅太陽能電池和非品硅太陽能電池，CIGS 太陽能電池具有一些顯著的優勢。首先，CIGS 太陽能電池具有較小的功率損失。在光伏雨棚這種有限空間的應用中，即使在部分組件被遮擋的情況下，CIGS 太陽能電池仍能有效地轉換太陽能為電能。其次，CIGS 太陽能電池具有較佳的功率溫度系數。在高溫環境下，太陽能電池的輸出功率通常會下降。然而，CIGS太陽能電池在高溫條件下能夠保持相對較高的電池效率，從而減少了功率損失。CIGS 太陽能電池還具有良好的光傳輸性能。它的材料特性使得光線更容易穿透到電池內部，提高了光吸收效率和電池的發電能力"。這對于光伏雨棚來說至關重要，因為它需要很大限度地利用陽光來發電。除此之外，CIGS太陽能電池還能夠實現較高的累積發電量。通過在光伏雨棚上安裝 CIGS 太陽能電池組件，可以有效地收集并轉化陽光能量，為建筑物提供可再生能源，并為其供電。

2.3 停車場結構設計

建筑結構:利用設備頂部雨棚加裝光伏發電系統，主要條件在于頂棚位置不能太高及頂部面積不能太小;機械車庫停車場通常由多層設備組成，常見的戶外頂部雨棚面積較大的設備如升級橫移類、簡易升降類及平面移動類等，設備內部每層都需要設計支撐結構來承載停放的車輛重量。確保結構強度和穩定性，以及提供充足的空間容納車輛。對于停車場機械結構設計要求應注意以下幾個方面:

進出口設計,確保機械車庫停車場具有足夠的進出口,方便車輛的進入和離開。進出口應該寬敞并且設計便捷的通道，以避免交通擁堵。

自動化系統:機械車庫停車場通常使用自動化系統來提升效率和便利性。這些系統包括升降機橫移平臺和轉盤等，能夠自動將車輛從進入口轉移到合適的停車位，并在車主需要時將車輛送至出口。

安全系統:確保機械車庫停車場具備安全性能，包括監控攝像頭、安全照明、火災報警系統等。此外，應該考慮緊急情況下的疏散通道和安全出口。

車位規劃:根據停車需求和空間限制，設計合理的車位布局。考慮車位大小、停車間隔、通道寬度等因素，以確保車輛可以方便地停放和移動。

空氣循環和通風:機械車庫停車場內的車輛排放尾氣和蒸發物質可能會導致空氣污染。因此，應該設計合適的通風系統，確保空氣流通，并采取必要的空氣凈化措施。

車輛管理系統:配備適當的車輛管理系統，包括車輛入場和出場的記錄、支付系統等，以提供方便的服務并確保車輛管理的準確性。

可持續性考慮:在設計機械車庫停車場時，可以考慮采用可持續的設計原則。例如，通過利用太陽能發電，減少對傳統能源的依賴，并減少溫室氣體的排放:安裝太陽能板在停車場的屋頂或其他適當的位置，可以將太陽能轉化為可再生能源，為車庫提供電力。

2.4 儲能設計

電力儲能是解決能源存儲和調度問題的重要技術手段,其中磷酸鐵鋰電池成為主要選擇。磷酸鐵鋰電池在電力儲能領域具有許多優勢，包括循環壽命長、穩定性和耐久性優秀、能量密度高、安全性更高、更耐高溫等方面。首先，磷酸鐵鋰電池具有出色的循環壽命。經過多次充放電循環后，磷酸鐵鋰電池仍能保持較高的容量和性能穩定性，這對于長期穩定的儲能運行至關重要。磷酸鐵鋰電池表現出良好的穩定性和耐久性。在充放電過程中，磷酸鐵鋰電池的內阻變化較小，能夠保持較高的輸出電壓穩定性，從而提供可靠的能量供應。磷酸鐵鋰電池還具有較高的能量密度，即單位體積或質量能夠存儲的能量較大。這使得儲能系統在有限的空間內能夠存儲更多的電能，提高了系統的儲能效率和整體性能。此外，磷酸鐵鋰電池在安全性方面更為可靠。相比于其他類型的電池，磷酸鐵鋰電池的熱失控風險較低。充電和放電過程中的火災和爆炸風險較小,從而在對電池安全可靠性要求較高的電力行業中具有不可替代的優勢。

2.5 能量管理系統的設計

光儲充能量管理系統(ESMS)是一種綜合管理系統，用于監控和控制發電、充電、變流和儲能設備，以及相關的環境和告警傳感器。該系統利用智能化數據采集和傳輸模塊，收集設備信息和傳感器狀態，并提供設備告警和通知功能，以確保系統的正常運行。通過使用 WEB 瀏覽器，用戶可以方便地隨時隨地查看設備信息。能量管理系統是光儲一體化停車場的調度中心，利用 SCADA/EMSIDMS 技術進行能量管理和網絡分析。該系統具備分散控制和集中管理的能力,可實現優化能源調度和平衡指揮系統以有效管理光伏出力、儲能裝置和充電樁。在光儲能量管理系統中，常用的三種控制模式是固定充放時段模式、計劃曲線模式和負荷跟蹤模式7。固定充放時段模式通常作為默認模式和緊急備用模式，按照預定的時間段進行充電和放電操作。計劃曲線模式需要與負荷預測功能協作，根據預測的負荷需求制定充放電計劃。負荷跟蹤模式則根據實時系統負荷曲線進行調整，以滿足實時的能源需求。由此可見，光儲能量管理系統(ESMS)是一個集中監控和管理系統，通過智能化數據采集和傳輸模塊收集設備信息和傳感器狀態，提供設備告警和通知功能。能量管理系統利用 SCADA/EMS/DMS 技術進行能量管理和網絡分析，實現分散控制和集中管理，優化能源調度和平衡指揮系統，管理光伏出力、儲能裝置和充電樁。

3 光伏停車場未來發展方向

未來，光伏停車場(包含機械式停車庫及停車樓)的發展方向可能包括以下幾個方面:

（1）提高光伏效率:隨著太陽能技術的進步，光伏電池的效率將會提高。未來的光伏停車場可能會采用更高效的太陽能光伏電池板，以提供更多的電能。

（2）儲能技術的應用:為了克服太陽能發電的間歇性特點，未來的光伏停車場可能會采用儲能技術，如大型電池儲能系統或氫能儲存技術，以便在夜間或陰雨天等無太陽光照的情況下供電。

（3）智能管理和監控系統:光伏停車場未來的發展將注重智能管理和監控系統的應用。這些系統可以實時監測太陽能發電量、電能使用情況和電池儲能狀態，通過數據分析和智能控制算法優化能源利用效率。

（4）與電動汽車的結合:隨著電動汽車的普及，光伏停車場可以與電動汽車充電設施結合，為電動汽車提供綠色能源充電服務。未來的光伏停車場可能會在停車位上安裝無線充電設備，使電動汽車能夠無線充電，提高用戶的便利性和充電效率。

4、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

4.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備，氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監測，逆變器監測，發電統計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環境監測，設備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發電效率和發電收益。

4.2應用場所

目前我國的兩種分布式應用場景分別是：廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。

4.3系統結構

在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網關將采集的數據上傳至服務器，并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

4.4系統功能

AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構，任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息）。

4.4.1光伏發電

4.4.1.1綜合看板

●顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。

●累計日、月、年發電量及發電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發電量

4.4.1.2電站狀態

●電站狀態展示當前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。

●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

●攝像頭實時監測現場環境，并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

4.4.1.3逆變器狀態

●逆變器基本參數顯示。

●日、月、年發電量及發電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

●直流側電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

4.4.1.4電站發電統計

●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

4.4.1.5逆變器發電統計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

4.4.1.6配電圖

●實時展示逆變器交、直流側的數據。

●展示當前逆變器接入組件數量。

●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

●展示逆變器型號及廠商。

4.4.1.7逆變器曲線分析

●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

4.4.2事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內容、發送結果、回復等。

●平臺運行日志：查看儀表、網關離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內容，發生時間以及確認狀態。

4.4.3運行環境

●視頻監控：通過安裝在現場的視頻攝像頭，可以實時監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

4.5系統硬件配置

4.5.1交流220V并網

交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電，裝機功率在8kW左右。

部分小型光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并網

根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏，自發自用，余電上網。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定，以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統，實現用電信息的遠程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業380V電網，實現自發自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量，同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質量監測裝置。部分光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能，系統圖如下。

這種并網模式單體光伏電站規模適中，可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并網

根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》（國發新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質量監測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

5 結束語

綜上所述，光伏-儲能一體化停車場的建設方案對于推動相關事業的發展具有積極的意義。首先，它能夠提高城市能源利用效率，減少對傳統能源的依賴。通過利用太陽能發電并儲存多余的電能，可以為停車場和交通樞紐設備提供可持續的能源供應，減少對傳統能源的消耗。其次，這種方案也有助于減少環境污染和減排。電動汽車作為清潔能源的代表，其充電過程中不會產生尾氣排放，可以有效降低城市空氣污染。此外，光伏-儲能一體化停車場的建設也符合可持續發展的理念，為城市未來的發展奠定了良好基礎，滿足電動汽車充電需求和交通樞紐設備持續供電的理想選擇。其建設方案結合了光伏和儲能技術，通過太陽能發電并儲存多余的電能，以滿足停車場和交通樞紐設備的能源需求。這種方案的關鍵技術包括光伏電池板的布置和安裝、儲能系統的設計和管理、充電設備的配套建設等。通過推廣和應用這一方案，可以提高城市能源利用效率，減少對傳統能源的依賴。

參考文獻:

[1]王春偉.光伏-儲能一體化在停車場中的應用

[2]陳義奇.光儲充一體化停車場的建設

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版