浅谈新能源光储充一体化电站建设方案

摘要：文章概述了光储充一体化电站系统的内涵，并从光伏发电技术、储能技术、充电技术和多能源协同控制技术等方面，分析了光储充一体化电站的核心技术，以期为未来低碳能源的**利用和绿色经济的可持续发展提供新的思路。

关键词：新能源；光储充一体化电站；光伏发电；储能系统

0 引言

近年来，电动汽车发展迅速，为充电基础设施的建设带来了新的机遇和挑战。光储充一体化电站应运而生，将光伏发电、储能与电动汽车充电三者有机结合，既能为电动汽车提供绿色能源，又能提高新能源的利用效率。当前，光储充一体化电站不仅具有降低能源成本、提高能源利用效率的技术优势，还在分布式能源、智能电网等领域展现出广阔的应用前景。

1 光储充一体化电站系统概述

光储充一体化电站系统是一种集光伏发电、储能及电动车充电于一体的新型能量管理系统，其主要功能是利用光伏模块将太阳能转换成电能，再由储能系统储存和分配电能。同时，该系统还可以对电动车进行充电。光储充电站除了具有发电的作用外，还可以有效均衡用电和供给、提高能源利用效率和实现能源管理的智能化。其中，光伏发电系统利用光伏组件将太阳能转换为电能，具有清洁、**、无污染等优点，是一种可持续、低碳的新能源。

作为光储充一体化的重要组成部分，能量存储是解决光储系统不稳定的重要手段。储能系统通过存储过剩的电量，在峰值时段将其释放出来，为充电设备及其他负荷提供连续的电力供应，实现电网负荷均衡。充电站是连接电动车与电网的纽带，对电动车进行直流或交流充电，并与储能系统、太阳能电池等技术相结合，可实现充电过程中电能利用的*大化。在为电动车提供一种绿色、低成本的能源解决方案的同时，降低了对传统电网的依赖。

2 光储充一体化电站的核心技术

2.1 光伏发电技术

2.1.1 光伏组件选型与安装技术

在光伏发电系统中，光伏组件作为其核心构件，其选型与安装技术的恰当与否直接关系到系统的发电效率及其运行稳定性。特别是在光储充一体化电站中，光伏组件的选择与安装是否科学合理，成为确保电站**运行的关键因素。光伏组件包括晶硅电池和薄膜电池，其中晶硅电池又可细分为单晶硅和多晶硅。单晶硅光伏组件具有较高的转换效率和较长的使用寿命， 适用于空间受限的环境。

尽管多晶硅组件的转换效率略低，但成本相对较低，具有一定的经济优势。薄膜电池则在低光效应和弱光环境下的表现更为优异，但其转换效率相对较低。因此，在光储充电站的建设中，应根据项目的预算、地理位置、气候条件及空间限制等多方面因素，综合考量以选取*适宜的光伏组件类型。

光伏组件的安装位置、安装角度等因素直接影响其接受光照的效果和发电效率，通常需要考虑到当地的地理位置、日照路径等因素，才能*大限度地保证光照的持续时间与角度。常用的安装方法有固定倾斜安装、跟踪系统安装等，其中固定倾斜安装方式较为简单，维修成本较低，但是发电效率较低，而跟踪系统可以对太阳能进行自动调节，可以*大地提高发电效率，但是需要更高的费用。另外，为了防止热斑效应或其他不利的因素，还需要考虑通风状况、积尘、遮挡等方面。

2.1.2 光伏组件发电效率的影响因素与优化

为了达到*大的发电效率，需要在光照较好的地方建立光伏电站，并在光伏电池板上安装一个光伏追踪系统，可自动调节部件倾斜角度，使之始终对准太阳，增加照明的利用率。光伏组件的工作温度是影响其能量转换效率的重要因素，高温会降低电池使用效率。为降低温差对发电效率的影响，需在机组内设置合理的通风条件，并采取有效的散热措施，或采用冷却系统或热管理等方式对机组表面进行温度调控。

光伏组件表面的灰尘、落叶等杂物，会影响光伏组件的光电转换效率，因此需要对其进行周期性清洗，以保证电池的**发电。另外，建筑物、树木等遮挡物对光伏组件的集光效应也有一定的影响。

光伏发电系统的电气连接方式、逆变器的效率、组件的匹配等直接关系到整个系统的发电效率，采用**率的逆变器并对其进行合理的布线设计，可以有效地降低电能损耗。同时，保证各模块电参数的一致性，避免由于部件特性不同而产生的发电损失。

2.2 储能技术

2.2.1 电池储能系统的种类与选择

根据电化学技术的不同，常见的电池储能系统种类包括锂离子电池、钠硫电池、铅酸电池等，每种类型都有其独特的特性和应用场景。锂电池是目前*广泛应用的储能电池，具有高能量密度、长循环寿命、较快的充放电速度等优势。锂电池的体积小、效率高，非常适合在光储充电站中使用，然而，其成本较高，且存在一定的热失控风险，需采取适当的管理和保护措施。钠硫电池具有较大的能量存储容量，适合大规模的储能应用，其特点包括**率、长寿命及环保性较好。

钠硫电池的工作温度较高约为 300 ℃，通常用于需要大容量、长时储能的场景，如电网平衡和负载管理，但在空间有限的光储充电站中应用相对较少。铅酸电池具有技术成熟、成本低廉的优势，但其能量密度较低、使用寿命较短，且对环境有一定的影响。铅酸电池主要应用于对成本敏感的场景，但随着锂电池的技术进步和成本下降，其在储能系统中的应用逐渐减少。在光储充电站中，锂离子电池因其**、灵活和适应性强，通常是首选储能技术，钠硫电池和固态电池则适用于需要高容量储能或特定技术场景的项目。

2.2.2 储能系统的优化设计与运行策略

光伏发电具有波动、间歇性等特点，要求既要有充足的存储容量，又要有充足的能量满足快速负荷的需求。根据不同的储能需求，设计多阶段的储能体系，短期的功率波动可通过超级电容或飞轮储能来解决，中长期的储能需求可通过锂或钠硫电池等长期储能方式来实现。将多种能量存储方式结合起来，实现系统的快速、稳定运行。智能能量管理系统是光储充一体化发电系统的核心部件，它能够依据负荷需求、光伏发电及储能系统的运行状况，对其进行动态调整。

智能能量管理系统能够释放在高峰用电时将存储的电量，在光照较强的时候再对其进行充电，以达到*大的经济效益。储能系统在工作过程中会产生大量的热能，特别是锂电池，过热会降低能量存储单元的效率，甚至引发安全事故。为了保证蓄电池在安全的环境下正常工作，能量存储系统需要有良好的散热控制系统。另外，电池管理系统还对电池的电压、电流、温度等进行监测，避免发生过充、过放电等情况。

2.3 充电技术

2.3.1 直流快充与交流慢充技术的比选

直流快充通过将交流电直接转换为直流电，快速为电动汽车的电池充电，通常可以在 0.5 ～ 1 h内将电池充满 80%。因此，适合需要快速补充电量的场景，如高速公路服务区、城市公共充电站等。直流快充的功率较高，通常在 50 ～ 350 kW，部分新一代超快充电桩的功率甚至更高，由于其高功率需求，快充站的电力基础设施需要较大的容量和更强的电网支持。直流快充技术设备较复杂、安装成本高，但其充电效率高、时间短，适合用户追求快速充电的场景，尽管建设成本高，但随着电动车保有量的增加，快充站逐渐成为必需的基础设施。

交流慢充是指为电动车提供交流电，利用车载充电器将交流电转换为直流电，一般要 6 ～ 8 h才能充满电，适用于长期停车的场合，如家庭、办公室等。交流慢充所需的功率比较小，通常为 3 ～ 22 kW，因为其功率小，所以对电网负载的需求不大，适用于停车时间长，充电频率低的场合。交流慢充桩具有造价低廉、安装方便等优点，是普通家庭和企业用户普遍采用的一种充电方式，具有较长的充电时间，但是对电网的需求不高，因此适用于小区、停车场等大规模的低速充电场景。

2.3.2 充电桩布局设计与功率需求

充电设施的布局要考虑到电动车的行驶轨迹，在交通枢纽、购物中心、办公区域等区域内，合理布置充电桩，小区和其他人口密度较大的地区，便于使用者迅速寻找充电地点。为满足长时间驾车的车主对车辆的快速充电要求，高速公路服务区还需配备直流快充桩。根据实际情况，对各地区进行合理布局，以避开地域上过分密集和稀疏的情况，城区中心可适当加大充电桩的数量，以减轻高峰时段的用电需求。

在城乡接合部、农村地区，可与长期停车的停车场相结合，设置慢充点，以满足用户的长期需要。特别是在电网容量受限的区域，光储充电站需要与储能系统进行合理的匹配，利用储能系统技术在非用电高峰期间进行存储电能，为充电高峰时刻提供附加用电支撑。减少对电网的影响，提高电站运行效率。

由于直流快充桩的动力比较大，因此对其供电容量提出了更高的要求，一台 50 kW 的快充桩可供 5 台车充电，其所需电能*少为 250 kW。因此，在大规模的公用充电站建设中，既要保证有充足的负载容量，又要在用电低谷时利用储能系统，降低*大负荷。交流慢充桩功率小，适用于小区、停车场等场所，单根慢充桩可输出 3 ～ 22 kW。

从供电要求来看，慢充电站对电网负荷不大，但是在多个慢充电站同时采用时，仍然需要做好供电方案的规划，避免局部电力不足的情况。对快充桩和慢充桩的配比进行合理规划，按客户要求进行动力分配，在交通流量大、充电需求迫切的区域，可适当增设快充桩，而在需要长期停放的地方，缓慢充电可以满足需要。

2.3.3 车联网技术与充电系统智能化管理

车联网是一种将电动汽车、充电桩、电网、云平台等连接起来的一种新技术，它能够与充电设备进行交互。车联网能够实现对汽车充电状态的控制，预约充电时间，查询充电站点的位置，为用户提供方便快捷的充电服务，充电站运营方还能利用车联网平台对设备的运行状态进行实时监测，从而实现对充电管理的优化。

该智能管理系统可以根据电网负荷情况、储能系统容量和客户充电要求，对充电桩进行合理的配置。例如，在用电高峰期，可以对某些汽车进行一定程度的充电，或者对储能系统进行优先供电，降低负载在电网上的压力。基于分时定价策略的智能管理系统，用于指导客户在低价格时段进行充电，既能减少用户充电费用，又能减轻高峰时段给电网带来的影响，同时也能*大限度地优化供电资源配置。

该智能管理系统能够实现对充电桩的远程监测，发现充电桩出现的故障或异常状况，缩短停车时间，提高充电设备的利用率和维修效率。车联网可使车辆与电网之间的双向互动，在空闲状态下，可将车内蓄电池的电量反馈至电网，达到能量双向流通。

2.4 多能源协同控制技术

通过对光伏发电、储能系统、电动汽车充电需求、电网负荷等进行实时监测，实现对新能源供需的准确预测。在此基础上，提出了一种基于分布式电源的动态调度方法。在多能互补系统中，应以光伏发电为主，在日照充足的情况下，利用光伏系统对电动车进行充电，当光电功率过剩时，能量储存系统会对其进行充电并储存。

在夜晚或者光线较暗的情况下，通过蓄电池放电来对电动车的供电，从而*大限度地降低了对电力网络的依赖。在高负荷情况下，多能互补系统可通过对光伏、储能等方式进行调节，缓解电网压力。相反，在电网负荷很小的情况下，储能系统则可以通过存储过剩的电能，使能量供需达到均衡，达到对电能的合理配置。

结合智能管理系统，对光伏发电、储能系统、充电站等能量流动进行实时监测，并对其进行反馈调整，保证系统稳定**地工作。一旦其中一方的能量变动，系统会立刻调用其他的能量源来补足，以保证能源的均衡。分布式能量系统采用分布式控制器与中央协调控制器相结合的方式，以保证多能系统的协同工作。

储能系统是调控体系中的关键一环，其主要功能是对剩余电量进行蓄能，并在充电高峰或高负荷时对蓄能进行放电，保证能源的有效使用和整个系统的稳定性。

3 光储充一体化电站的未来展望

光储充一体化电站在未来能源领域的发展前景广阔，其核心在于实现更**、可靠、环保的能源供应。随着太阳能电池效率的持续提升和成本的进一步降低，光伏发电将更加**和经济，使光储充一体化电站在各种环境下的应用更加广泛。特别是钙钛矿太阳能电池、多结合太阳能电池等新型**率太阳能电池技术的发展，将大幅提升光伏组件的转换效率，进一步推动光储充一体化电站的效率和成本效益。在储能技术方面，锂离子电池、液流电池等**储能系统的研发和优化，将大幅提升储能容量和寿命，降低成本，这对于平衡光伏发电的间歇性和不稳定性至关重要，提高了电站的调峰能力和可靠性。未来光储充电站将更多采用智能化的能量管理系统，利用物联网、大数据分析和人工智能技术进行能量的**分配和优化管理，实现对能源需求的精准预测和响应，从而提高能源的利用效率和电站的经济性。分布式能源系统和微电网的发展将使光储充一体化电站在城市和农村能源供应中扮演更加重要的角色。这种模式有助于提高能源供应的灵活性和可靠性，特别是在偏远地区或灾难情况下，能够提供稳定的能源供应。环保和可持续发展的全球趋势将进一步推动光储充一体化电站技术的创新，特别是在减少碳排放和提高能源利用效率方面。光储充一体化电站不仅能够推动能源结构的优化和转型，还能在应对气候变化和促进可持续发展方面发挥重要作用。

4 安科瑞微电网能量管理系统

Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和高级控制，满足微电网运行监视全面化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益*大化。

4.1 主要功能

实时监测；

能耗分析；

智能预测；

协调控制；

经济调度；

需求响应。

4.2 系统特点

平滑功率输出，提升绿电使用率；

削峰填谷、谷电利用，提高经济性；

降低充电设备对局部电网的冲击；

降低站内配电变压器容量；

实现源荷*高匹配效能。

4.3 相关控制策略

1. 削峰填谷：配合储能设备、低充高放
2. 需量控制：能量储存、充放电功率跟踪

1. 备用电源

1. 柔性扩容：短期用电功率大于变压器容量时，储能快速放电，满足负载用能要求

4.4 核心功能

1）多种协议

支持多种规约协议，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方协议定制等。

2）多种通讯方式

支持多种通信方式：串口、网口、WIFI、4G。

3）通信管理

提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具，可监视收发原码、报文解析、通道状态等。

4）智能策略

系统支持自定义控制策略，如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略，保障用户的经济性与安全性。

5）全量监控

覆盖传统EMS盲区，可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制，实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入。

4.5 系统功能

系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。

1. 储能监控

系统综合数据：电参量数据、充放电量数据、节能减排数据；

运行模式：峰谷模式、计划曲线、需量控制等；

统计电量、收益等数据；

储能系统功率曲线、充放电量对比图，实时掌握储能系统的整体运行水平。

1. 光伏监控

光伏系统总出力情况

逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警

逆变器及电站发电量统计及分析

并网柜电力监测及发电量统计

电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

辐照度/风力/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

1. 光伏预测

以海量发电和环境数据为根源，以高精度数值气象预报为基础，采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法。

时间分辨率：15min

超短期未来4h预测精度＞90%

短期未来72h预测精度＞80%

短期光伏功率预测

超短期光伏功率预测

数值天气预报管理

误差统计计算

实时数据管理

历史数据管理

光伏功率预测数据人机界面

1. 风电监控

风力发电系统总出力情况

逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警

逆变器及电站发电量统计及分析

并网柜电力监测及发电量统计

电站发电量年有效利用小时数统计，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

风力/风速/气压/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

1. 充电桩系统

实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态；

统计各充电桩充电量、电费等；

针对异常信息进行故障告警；

根据用电负荷柔性调节充电功率。

1. 电能质量

对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

4.6 设备选型

5 结束语

综上所述，光储充一体化电站在应对能源波动、优化电力调度等方面的显著优势，光储充电站提高了能源利用效率，增强了电网的稳定性，并支持了低碳经济的发展，技术创新和智能化管理的引入进一步提升了系统性能，优化了电力调度与后期维护。未来，随着政策支持和技术的不断进步，光储充一体化电站将在推动碳中和目标和清洁能源转型中发挥重要作用。