雙碳目標下光伏儲能配置技術方案探討

hth下载地址 陳聰

摘要：為(wei) 響應全球氣候變化挑戰，推動實現“雙碳”目標，文章基於(yu) 光伏儲(chu) 能技術設計了新能源光伏儲(chu) 能配置技術方案，通過新能源光伏儲(chu) 能配置模型設計，架構了光伏發電模塊、儲(chu) 能模塊、能量管理係統（EMS）核心模塊來優(you) 化能源和減少碳排放，並以典型工業(ye) 園區的光伏儲(chu) 能係統配置為(wei) 例進行了實驗測試。實驗結果表明，該技術方案可提升能源係統的輸出穩定性、經濟性，明顯降低電能消耗與(yu) 減少碳排放，為(wei) 實現碳達峰和碳中和目標提供了切實可行的技術路徑，對推動全球能源結構優(you) 化具有重要意義(yi) 。

關(guan) 鍵詞：“雙碳”目標；新能源；光伏儲(chu) 能配置技術

0.引言

隨著全球氣候變化加劇與(yu) 能源危機的深化，實現能源生產(chan) 與(yu) 消費可持續發展已成為(wei) 當務之急。中國作為(wei) 全球*大的能源消費國，已明確提出2030年碳達峰、2060年碳中和的“雙碳”目標，對能源結構優(you) 化與(yu) 新能源技術發展提出了更高要求。光伏儲(chu) 能技術作為(wei) 一種結合了太陽能光伏發電、電能存儲(chu) 的新能源技術，能緩解傳(chuan) 統能源的環境壓力，提高能源利用率。光伏發電的不連續性、不穩定性限製著其大規模應用，因此優(you) 化光伏儲(chu) 能配置技術不僅(jin) 可提高光伏發電穩定性、可靠性，還有助於(yu) 提升光伏係統在能源市場中的競爭(zheng) 力。文章旨在探索*效的光伏儲(chu) 能配置模型，通過技術創新實現光伏儲(chu) 能係統優(you) 化，為(wei) 達成“雙碳”目標貢獻力量。

1.光伏儲(chu) 能概述

1.1光伏發電概述

光伏發電是一種將太陽能直接轉換為(wei) 電能的技術，核心組件為(wei) 光伏電池。光伏電池主要由半導體(ti) 材料（通常是矽）構成，工作原理基於(yu) 光電效應。當太陽光照射到光伏電池上時，光子能量被半導體(ti) 材料吸收，使材料內(nei) 部電子獲得足夠能量從(cong) 價(jia) 帶激發至導帶，形成自由電子和空穴。自由電子在電場的作用下向電池一側(ce) 移動，形成電流。通過外部電路連接，電流可驅動電器設備或存儲(chu) 於(yu) 電池中以備不時之需。光伏發電係統優(you) 點包括清潔環保、運行成本低、維護簡便，可部署在家庭屋頂、大型地麵電站等多種規模和環境中。光伏技術的發展與(yu) 應用推廣，對推動全球能源結構轉型、實現碳減排目標具有重要意義(yi) 。

光伏組件是光伏發電係統的核心部分之一，主要類型根據所用材料、結構設計的不同分為(wei) 單晶矽、多晶矽、薄膜光伏組件三種。單晶矽光伏組件因具有較高的轉換效率與(yu) 長期穩定性，可應用於(yu) 商業(ye) 、住宅光伏項目中，生產(chan) 涉及將高純度矽錠切割成薄片的過程；多晶矽光伏組件以成本效益高的特點受到市場歡迎，由矽材料被熔化並倒入模具中冷卻形成，雖然效率稍低於(yu) 單晶矽，但其製造過程的簡便性使成本更加可控；薄膜光伏組件采用了全新的技術路線，如銅銦镓硒（CIGS）或鎘碲（CdTe）材料，能在更薄的基底上形成光電層，光照弱環境下的表現更好。

1.2儲(chu) 能技術概述

儲(chu) 能技術是實現能源係統優(you) 化的關(guan) 鍵技術，允許能源在生成時被儲(chu) 存，以供未來使用，從(cong) 而解決(jue) 能源供需的時空不匹配問題。儲(chu) 能技術按原理可分為(wei) 機械儲(chu) 能、化學儲(chu) 能、電磁儲(chu) 能、熱能儲(chu) 存四大類。機械儲(chu) 能包括抽水蓄能、飛輪儲(chu) 能、壓縮空氣儲(chu) 能等，主要是將電能轉換為(wei) 機械能進行存儲(chu) ；化學儲(chu) 能包括鋰離子電池、鉛酸電池、流電池等，通過電化學反應實現能量的存儲(chu) 、釋放，是當前應用廣泛的儲(chu) 能技術；電磁儲(chu) 能主要指*級電容器、超導磁儲(chu) 能，通過電磁場存儲(chu) 能量；熱能儲(chu) 存包括太陽能熱發電與(yu) 工業(ye) 餘(yu) 熱回收係統，主要是吸收熱能（如太陽熱能）存於(yu) 介質內(nei) 部，並在需要時釋放熱量。光伏儲(chu) 能係統的集成技術關(guan) 鍵是結合光伏發電係統與(yu) 電能儲(chu) 存設施，提升整體(ti) 能效與(yu) 可靠性。該技術主要涉及光伏組件能量捕獲，以及電能的轉換、儲(chu) 存及智能管理，通過*效的光伏組件將太陽能轉換為(wei) 直流電，隨後逆變器將直流電轉換為(wei) 交流電，以供建築物使用或送至電網。在此基礎上，電池儲(chu) 能係統負責儲(chu) 存過剩的電能，供非發電時段使用，解決(jue) 光伏發電的間歇性問題。係統智能管理通過**的控製係統與(yu) 軟件實現，該係統能監測環境條件、負載需求、儲(chu) 能狀態，實時優(you) 化能量分配與(yu) 使用效率。

2.基於(yu) “雙碳”目標的新能源光伏儲(chu) 能配置技術方案設計

2.1基於(yu) “雙碳”目標的新能源光伏儲(chu) 能配置模型設計

基於(yu) “雙碳”目標的新能源光伏儲(chu) 能配置模型設計旨在實現能源係統的碳排放減少與(yu) 效率提升。該模型結合光伏發電*效能源轉換與(yu) 電池儲(chu) 能的調節能力，以優(you) 化能源生產(chan) 與(yu) 消費的整體(ti) 性能。設計過程中，先通過對光伏發電量與(yu) 用電需求的預測，確定所需儲(chu) 能容量與(yu) 配置。再利用算法優(you) 化光伏組件與(yu) 儲(chu) 能係統動態匹配，以確保在不同環境條件和負載需求下能源的穩定供應。模型還集成了智能管理係統，該係統能實時監控環境數據、係統狀態、電網需求，通過控製策略調節光伏發電與(yu) 儲(chu) 能釋放，可提升係統響應速度與(yu) 運行效率。該配置模型不僅(jin) 能使碳排放大幅減少，也能增強能源係統的可靠性、經濟性。

2.2關(guan) 鍵技術選型

在基於(yu) “雙碳”目標的光伏儲(chu) 能配置技術方案中，應先選擇*效能的單晶矽光伏組件，以提高太陽能的轉換效率。針對儲(chu) 能係統，采用鋰離子電池，該類型電池具有高能量密度與(yu) 較長的使用壽命，能提供更為(wei) 穩定、可靠的能量存儲(chu) 解決(jue) 方案。逆變器選擇側(ce) 重於(yu) 具有高轉換效率、良好電網互操作性的型號，以支持無縫能量轉換與(yu) 電網集成。引入**的EMS來優(you) 化光伏發電、電池儲(chu) 能之間的交互，該係統能實現對能源產(chan) 出、消耗的控製，優(you) 化設備運行狀態，減少能源浪費。為(wei) 保證係統安全穩定運行，還需集成現代化的監控係統與(yu) 自動化保護裝置，以實時監控係統性能，在異常情況下迅速響應。

2.3核心功能模塊設計

核心功能模塊設計是保證係統效率和可靠性的關(guan) 鍵，主要包括光伏發電模塊、儲(chu) 能模塊、EMS等核心模塊。

2.3.1光伏發電模塊

光伏發電模塊設計注重*效能的能量轉換與(yu) 持久的運行性能。先選用高性能單晶矽材料作為(wei) 主要光伏電池成分，其具有高光電轉換效率、較低的光衰特性，適合長期穩定發電。電池組件采用半透明防反射玻璃、防水封裝技術，以增強耐環境性能與(yu) 光捕獲能力。電池板後部加裝優(you) 化設計的反射板，可進一步提升光線利用率。整個(ge) 模塊電氣連接設計采用低阻抗高導電路徑，提高電能傳(chuan) 輸效率。模塊集成智能監測係統，能實時監控每塊電池板的性能，包括溫度、輸出電壓、電流，通過數據分析進行預防性維護、故障快速定位，從(cong) 而降低維護成本，延長係統整體(ti) 壽命。這種設計不僅(jin) 可提升係統的電能生產(chan) 效率，還能優(you) 化操作與(yu) 維護的便捷性，使光伏發電模塊在多種應用場景中均能發揮穩定效能。

2.3.2儲(chu) 能模塊

儲(chu) 能模塊設計確保能量的*效存儲(chu) 與(yu) 快速釋放，滿足光伏係統因發電間歇性造成的能量供需不均問題。該模塊選用**鋰離子電池，具有高能量密度、長壽命、優(you) 良的充放電性能等特點，非常適合與(yu) 光伏係統集成使用。電池單元采用模塊化設計，便於(yu) 根據係統容量需求進行靈活配置及未來擴展。電池管理係統（BMS）是儲(chu) 能模塊的關(guan) 鍵部分，主要負責監控電池的充電狀態、電壓、溫度等關(guan) 鍵參數，通過控製充放電過程，不僅(jin) 能延長電池壽命，還能確保係統的安全運行。BMS通過算法優(you) 化，實現對電池健康狀況的實時診斷與(yu) 預測性維護，降低維護成本，提升係統可靠性[5]。儲(chu) 能模塊包括*效的熱管理係統，確保電池在理想溫度範圍內(nei) 運行，提升能量存儲(chu) 效率與(yu) 係統的整體(ti) 性能。儲(chu) 能模塊設計需充分考慮與(yu) 光伏係統的協同效應，以有效平衡生產(chan) 與(yu) 消費的能量差異，支持能源係統穩定運行。

2.3.3能量管理係統

EMS的設計關(guan) 鍵是實現光伏發電與(yu) 儲(chu) 能之間的*效能量調配與(yu) 優(you) 化管理。EMS采用算法、人工智能技術來監測、控製、優(you) 化光伏係統的能量生產(chan) 與(yu) 消耗。係統核心是一個(ge) 集成的軟件平台，實時收集來自光伏模塊、儲(chu) 能單元的數據，包括電壓、電流、溫度、光照強度等參數[6]。通過EMS，能計算出實時的能量產(chan) 出與(yu) 需求預測，自動調節儲(chu) 能設備的充放電策略，盡可能地利用可再生能源，並減少對傳(chuan) 統電網依賴。EMS包含需求響應管理，可根據電網的負載需求、峰穀電價(jia) 自動優(you) 化光伏係統運行模式，如在電價(jia) 高峰時段增加儲(chu) 能釋放，以降低電費成本，提高經濟回報。EMS還具備故障診斷、預警功能，能及時發現係統潛在問題並進行預警，確保係統運行的可靠性、安全性。通過智能化、自動化的能量管理，EMS不僅(jin) 可提升光伏儲(chu) 能係統的整體(ti) 效能，也能為(wei) 用戶帶來更智能、更便捷的能源管理體(ti) 驗。

3.測試與(yu) 應用

3.1實驗設計

為(wei) 驗證基於(yu) “雙碳”目標的光伏儲(chu) 能配置技術方案的效能與(yu) 實用性，實驗設計選擇某個(ge) 典型的工業(ye) 園區部署實驗模型，設計對比實驗，以展示該方案優(you) 勢。工業(ye) 園區因其較高且穩定的能耗特征，是理想的測試環境，能直觀展現光伏儲(chu) 能係統在減少工業(ye) 能耗及碳排放方麵的效果。實驗組安裝包括*效單晶矽光伏麵板、鋰離子電池儲(chu) 能單元、**的EMS在內(nei) 的設計光伏儲(chu) 能係統，對照組使用園區現有的常規電力係統，不采用任何儲(chu) 能技術。數據收集將對兩(liang) 組的電能消耗、峰值需求、電費支出、碳排放進行持續監測，特別關(guan) 注光伏係統產(chan) 電量、儲(chu) 能單元充放電效率、係統總體(ti) 能效。測試周期為(wei) 1年，以獲取四季的綜合性能數據與(yu) 係統表現，評估指標包括能源利用率、經濟性分析、碳排放量等，比較兩(liang) 組的能源消耗與(yu) 產(chan) 出、電費、運維成本、碳足跡，旨在展示光伏儲(chu) 能係統在工業(ye) 應用中的優(you) 勢。

3.2實驗結果

實驗結果如表1所示，基於(yu) “雙碳”目標的光伏儲(chu) 能配置技術方案顯示出較強的性能優(you) 勢。實驗組年平均電能消耗比對照組降低了20%，峰值電力需求減少了25%。在電費方麵，實驗組通過使用峰穀電價(jia) 策略、儲(chu) 能係統的優(you) 化調度，實現年電費節省30%。碳排放量方麵，實驗組年碳排放減少了35%。光伏係統全年共產(chan) 生了1200MW·h電能，85%直接供應園區使用，剩餘(yu) 15%存儲(chu) 於(yu) 電池中，用於(yu) 高需求、低光照時段的供電。儲(chu) 能單元充放電效率維持在90%以上，確保能量*效利用。EMS通過數據監控、智能算法，平衡能源供需，優(you) 化能源使用效率。結果表明，光伏儲(chu) 能係統不僅(jin) 可提高能源使用效率和經濟性，還有助於(yu) 減少碳排放，支持“雙碳”目標的實現。

表1實驗結果

4.hth下载地址Acrel-2000MG微電網能量管理係統

4.1概述

Acrel-2000MG儲(chu) 能能量管理係統是hth下载地址專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能電站研製的本地化能量管理係統，可實現了儲(chu) 能電站的數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、曆史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控製策略選擇，包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等。該係統不僅(jin) 可以實現下級各儲(chu) 能單元的統一監控和管理，還可以實現與(yu) 上級調度係統和雲(yun) 平台的數據通訊與(yu) 交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與(yu) 運維，確保儲(chu) 能係統安全、穩定、可靠、經濟運行。

4.2應用場景

適用於(yu) 工商業(ye) 儲(chu) 能電站、新能源配儲(chu) 電站。

4.3係統結構

4.4係統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲(chu) 能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對係統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控製逆變一體(ti) 機、儲(chu) 能電池、儲(chu) 能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網係統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電係統進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，並對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與(yu) 設備進行不間斷監控。

（6）優(you) 化控製

通過分析曆史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，並結合分布式電源出力與(yu) 儲(chu) 能狀態，實現經濟優(you) 化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(ye) 綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲(chu) 能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個(ge) 月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲(chu) 能設備的發電效率、轉化效率，用於(yu) 評估設備性能與(yu) 狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網係統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、新能源消納、逆功率控製等。

5.硬件及其配套產(chan) 品

6.結論

文章研究針對“雙碳”目標優(you) 化設計了光伏儲(chu) 能配置技術方案，包括模型設計、關(guan) 鍵技術選型、核心功能模塊。在實驗測試階段，對比實驗數據顯示，該技術方案提高了能源利用效率，降低了碳排放，驗證了方案的實際應用價(jia) 值與(yu) 環境效益。研究成果不僅(jin) 為(wei) 實現碳達峰、碳中和目標提供了強有力的技術支持，也為(wei) 全球應對氣候變化、推動能源結構轉型提供了新思路與(yu) 解決(jue) 方案。

參考文獻

[1]劉誌方.基於(yu) “雙碳”目標的新能源光伏儲(chu) 能配置技術方案研究

[2]燕春風.光伏發電並網對配電網的影響及解決(jue) 方案[J].光源與(yu) 照明,2023(11):129-131.

[3]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022年05版