浅谈光储一体化在停车场中的应用

安科瑞 刘迈

　　【摘要】:近年来，随着电动汽车保有量的不断增加，停车场的建设要求也在不断提高。为了满足电动汽车充电需求以及交通枢纽设备的持续供电，光伏-储能一体化停车场成为一种具有现实意义的解决方案。这种停车场能够将光伏和储能技术有机结合，通过太阳能发电并储存多余的电能，以供给停车场和交通枢纽设备使用。本文通过对光伏发电系统描述进行详细描述分析，并介绍了光伏系统的发电原理以及工作方式，并对光储系统在停车场的应用情况进行分析，旨在利用太阳能发电并储存多余的电能，可以为停车场和交通枢纽设备提供可持续的能源供应，减少对传统能源的消耗,提高城市能源利用效率，推动光伏-储能一体化停车场的建设与落实。

　　【关键词】:光伏发电，储能系统，停车场，新能源，机械停车场

　　0 引言

　　近年来，光伏作为一种绿色环保无污染的可再生能源在中国的发展迅速。据统计，2022 全年光伏发电量为 4276 亿千瓦时,同比增长 30.8%,约占全国全年总发电量的 4.9%。然而，光伏发电也存在着不稳定性的问题，因此储能技术的发展成为克服这一问题的关键。为了应对光伏发电的不稳定性，大规模储能设备与新能源发电的结合应运而生,成为了光伏产业的新的发展趋势。同时，随着电动汽车的普及。电动汽车充电给电网带来了冲击，充电时间较长也给城市的停车位带来了压力。为了解决这一问题，-种创新的解决方案是建设光储充一体化停车场。这种停车场利用停车位或者外包装顶部上的光伏发电装置，将光能转化为电能，并利用储能装置将多余的电能进行储存叫。同时，在停车场内设置充电，将储存的清洁能源用于电动汽车的充电，从而减少电动汽车对局部电网的冲击。此外，还可以利用峰谷电特性来降低充电成本，提高经济效益。通过充分利用电网负荷的波动特点，可以在谷电时段进行电动汽车的集中充电，以降低电价，同时提高清洁能源的利用效率。光伏作为一种绿色环保无污染的可再生能源，在中国发展迅速。为了克服光伏发电的不稳定性，储能技术的发展至关重要。大规模储能设备与新能源发电的结合以及光储一体化停车场的建设可以有效解决电动汽车充电冲击和局部电网压力的问题,同时降低充电成本，提高经济效益。

　　1 光伏发电系统描述

　　光伏发电系统是一种利用光伏板将太阳能转化为电能的系统。它具有许多优点，包括高可靠性、长使用寿命以及对环境的无污染。光伏板是光伏发电系统中最关键的组件，它通过光电效应将太阳能转化为电能。光伏板通常由多个光伏电池组成，这些电池能够将光能转化为电能，并产生直流电。光伏板的性能和质量直接影响整个系统的发电效率和稳定性。根据是否接入电网的不同，光伏系统可分为离网光伏系统和并网光伏系统。离网光伏系统适用于那些偏离电网覆盖的地区，如山区或孤岛等。这些系统需要根据负荷需求进行容量设计，以满足当地的电能需求。由于离网光伏系统独立于电网运行，其可靠性和稳定性尤为重要。与之相反，并网光伏系统适用于已有电网覆盖的地区。这些系统可以直接将发出的电能输送到公共电网中，供其他用户使用，也可以直接为用户侧的负载提供电能。当光伏系统产生的电能不足时，系统可以从电网中获取补充电能，以确保持续供电口。光伏发电系统还有助于减少对传统化石燃料的依赖，减少温室气体排放，对环境更加友好。然而，光伏发电系统的安装和维护成本较高，需要定期检查和清洁光伏板以确保其性能。此外，对于离网光伏系统，还需要考虑储能装置以应对夜晚或低光照条件下的电能供应。

　　1.1光伏系统发电原理

　　光伏发电系统是一种利用太阳能转化为电能的系统，由多个组件组成。其中包括光伏板组、直流变换器(升压电路)、控制器、蓄电池组、直流/交流变换器(逆变器)、电网、离网开关和用户负载。其中各个元件的主要作用如下所示:

　　光伏板组是光伏发电系统的核心部件，其主要作用是吸收太阳光并将其转化为直流电能。这些光伏板通常由多个光伏电池组成，当太阳光照射到光伏电池上时，光伏效应会使光能转化为电能。

　　(2)直流变换器(升压电路)是将光伏板组输出的直流电能转换为所需的电压水平的设备。它可以提升直流电压的大小，以满足后续电气设备的工作需求。

　　(3)控制器在光伏发电系统中起到监控和管理的作用。它能够监测光伏系统的运行状态，并根据需要进行调节和控制，以确保系统的高效运行和安全性。

　　(4)蓄电池组在光伏发电系统中用于储存多余的电能。当光伏系统产生的电能超过当前需求时,多余的电能可以被储存在蓄电池组中，以备不时之需。

　　(5)直流/交流变换器(逆变器)则是将直流电能转换为交流电能的设备。这种变换器的作用是将光伏系统产生的直流电能转换为适用于电网或离网使用的交流电能。

　　(6)电网是一个重要的组成部分，它可以提供额外的电力供应或接收光伏系统产生的电能。当光伏系统产生的电能超过用户负载的需求时，多余的电能可以通过电网输送出去，而在用户负载超过光伏系统产生的电能时，电网可以提供额外的电力供应。

　　(7)离网开关用于切换光伏系统与电网的连接状态。当光伏系统需要与电网断开连接时，离网开关可以将系统切换为离网模式，使其独立工作。

　　(8)用户负载是指光伏系统所供应的电能所驱动的设备或用电设施。用户负载可以包括家庭用电设备、工业设备、办公设备等，它们消耗光伏系统产生的电能以满足其正常运行的需求。

　　1.2 光伏系统工作方式

　　光伏系统是一种利用光能转化为电能的环保能源系统。它通过光伏板将阳光中的光能转化为直流电能，并利用直流变换器进行光伏最大功率跟踪和直流升压操作。这个过程确保了系统在不同光照条件下都能以较高效率转化光能。转换后的直流电能会被储存在蓄电池组中，以便在需要时供应给负载。蓄电池组扮演着能量储存的角色，可以在夜间或低光照条件下继续为负载提供电能。这种储存电量的方式有助于光伏系统实现持续稳定的供电。当负载需要使用电能时，蓄电池组会将直流电能通过逆变器转换为市用交流电。逆变器是一种关键设备，它能够将直流电转换为符合市用电网标准的交流电，以满足负载的使用需求。负载可以是各种家庭电器、工业设备或其他用电设备P。在某些情况下，光伏系统可能无法满足负载使用标准，比如天气条件不佳或负载需求过高。为了确保持续供电，系统配备了离网开关。当光伏系统无法满足负载需求时，离网开关会自动切换至负载与市用电网连接，以便从市用电网获取额外的电能。总之，光伏系统是一种可再生能源系统，利用光伏板将光能转化为电能，并通过各种设备实现电能的转换、储存和供应。

　　2 光储系统在停车场的应用

　　2.1 技术原理

　　智能微网结合光伏发电系统、充电桩和储能蓄电池等关键组件，为能源供应与需求提供了一种创新解决方案。光伏发电系统利用太阳能资源，在白天为电网供电，并将多余的电能充入充电桩，以满足不断增长的电动汽车充电需求。然而，在充电桩无法消纳全部电能时，储能蓄电池发挥了关键作用。这些蓄电池能够吸收多余的电能，并在需要时将其释放出来，以满足停车场负荷或其他用电需求。储能系统的设置有效平抑了光伏发电与用电负荷不匹配所带来的冲击,确保智能微网的平稳运行。值得注意的是，储能系统的引入使得智能微网能够有效利用太阳能资源，并在需要时短时脱离厂网运行。这种独立运行的能力为微网系统带来了更大的灵活性和可靠性，减少了对传统电力供应的依赖。

　　2.2 光伏发电系统的设计

　　光伏雨棚作为一种创新的能源解决方案，越来越受到立体停车场，特别是机械停车楼的关注。停车场(停车楼)在选择光伏雨棚的光伏组件时，太阳能电池的性能和特点是至关重要的考虑因素。在目前的太阳能市场上，化合物太阳能电池中的铜钢镓硒(CIGS)太阳能电池被认为是光伏雨棚的选择。

　　化合物太阳能电池是一种新兴的太阳能技术，它由铜、铟、和硒等元素组成。相比传统的品体硅太阳能电池和非品硅太阳能电池，CIGS 太阳能电池具有一些显著的优势。首先，CIGS 太阳能电池具有较小的功率损失。在光伏雨棚这种有限空间的应用中，即使在部分组件被遮挡的情况下，CIGS 太阳能电池仍能有效地转换太阳能为电能。其次，CIGS 太阳能电池具有较佳的功率温度系数。在高温环境下，太阳能电池的输出功率通常会下降。然而，CIGS太阳能电池在高温条件下能够保持相对较高的电池效率，从而减少了功率损失。CIGS 太阳能电池还具有良好的光传输性能。它的材料特性使得光线更容易穿透到电池内部，提高了光吸收效率和电池的发电能力"。这对于光伏雨棚来说至关重要，因为它需要很大限度地利用阳光来发电。除此之外，CIGS太阳能电池还能够实现较高的累积发电量。通过在光伏雨棚上安装 CIGS 太阳能电池组件，可以有效地收集并转化阳光能量，为建筑物提供可再生能源，并为其供电。

　　2.3 停车场结构设计

　　建筑结构:利用设备顶部雨棚加装光伏发电系统，主要条件在于顶棚位置不能太高及顶部面积不能太小;机械车库停车场通常由多层设备组成，常见的户外顶部雨棚面积较大的设备如升级横移类、简易升降类及平面移动类等，设备内部每层都需要设计支撑结构来承载停放的车辆重量。确保结构强度和稳定性，以及提供充足的空间容纳车辆。对于停车场机械结构设计要求应注意以下几个方面:

　　进出口设计,确保机械车库停车场具有足够的进出口,方便车辆的进入和离开。进出口应该宽敞并且设计便捷的通道，以避免交通拥堵。

　　自动化系统:机械车库停车场通常使用自动化系统来提升效率和便利性。这些系统包括升降机横移平台和转盘等，能够自动将车辆从进入口转移到合适的停车位，并在车主需要时将车辆送至出口。

　　安全系统:确保机械车库停车场具备安全性能，包括监控摄像头、安全照明、火灾报警系统等。此外，应该考虑紧急情况下的疏散通道和安全出口。

　　车位规划:根据停车需求和空间限制，设计合理的车位布局。考虑车位大小、停车间隔、通道宽度等因素，以确保车辆可以方便地停放和移动。

　　空气循环和通风:机械车库停车场内的车辆排放尾气和蒸发物质可能会导致空气污染。因此，应该设计合适的通风系统，确保空气流通，并采取必要的空气净化措施。

　　车辆管理系统:配备适当的车辆管理系统，包括车辆入场和出场的记录、支付系统等，以提供方便的服务并确保车辆管理的准确性。

　　可持续性考虑:在设计机械车库停车场时，可以考虑采用可持续的设计原则。例如，通过利用太阳能发电，减少对传统能源的依赖，并减少温室气体的排放:安装太阳能板在停车场的屋顶或其他适当的位置，可以将太阳能转化为可再生能源，为车库提供电力。

　　2.4 储能设计

　　电力储能是解决能源存储和调度问题的重要技术手段,其中磷酸铁锂电池成为主要选择。磷酸铁锂电池在电力储能领域具有许多优势，包括循环寿命长、稳定性和耐久性优秀、能量密度高、安全性更高、更耐高温等方面。首先，磷酸铁锂电池具有出色的循环寿命。经过多次充放电循环后，磷酸铁锂电池仍能保持较高的容量和性能稳定性，这对于长期稳定的储能运行至关重要。其次，铁锂电池表现出良好的稳定性和耐久性。在充放电过程中，磷酸铁锂电池的内阻变化较小，能够保持较高的输出电压稳定性，从而提供可靠的能量供应。磷酸铁锂电池还具有较高的能量密度，即单位体积或质量能够存储的能量较大。这使得储能系统在有限的空间内能够存储更多的电能，提高了系统的储能效率和整体性能。此外，磷酸铁锂电池在安全性方面更为可靠。相比于其他类型的电池，磷酸铁锂电池的热失控风险较低。充电和放电过程中的火灾和爆炸风险较小,从而在对电池安全可靠性要求较高的电力行业中具有不可替代的优势。

　　2.5 能量管理系统的设计

　　光储充能量管理系统(ESMS)是一种综合管理系统，用于监控和控制发电、充电、变流和储能设备，以及相关的环境和告警传感器。该系统利用智能化数据采集和传输模块，收集设备信息和传感器状态，并提供设备告警和通知功能，以确保系统的正常运行。通过使用 WEB 浏览器，用户可以方便地随时随地查看设备信息。能量管理系统是光储一体化停车场的调度中心，利用 SCADA/EMSIDMS 技术进行能量管理和网络分析。该系统具备分散控制和集中管理的能力,可实现优化能源调度和平衡指挥系统以有效管理光伏出力、储能装置和充电桩。在光储能量管理系统中，常用的三种控制模式是固定充放时段模式、计划曲线模式和负荷跟踪模式7。固定充放时段模式通常作为默认模式和紧急备用模式，按照预定的时间段进行充电和放电操作。计划曲线模式需要与负荷预测功能协作，根据预测的负荷需求制定充放电计划。负荷跟踪模式则根据实时系统负荷曲线进行调整，以满足实时的能源需求。由此可见，光储能量管理系统(ESMS)是一个集中监控和管理系统，通过智能化数据采集和传输模块收集设备信息和传感器状态，提供设备告警和通知功能。能量管理系统利用 SCADA/EMS/DMS 技术进行能量管理和网络分析，实现分散控制和集中管理，优化能源调度和平衡指挥系统，管理光伏出力、储能装置和充电桩。

　　3 光伏停车场未来发展方向

　　未来，光伏停车场(包含机械式停车库及停车楼)的发展方向可能包括以下几个方面:

　　（1）提高光伏效率:随着太阳能技术的进步，光伏电池的效率将会提高。未来的光伏停车场可能会采用更高效的太阳能光伏电池板，以提供更多的电能。

　　（2）储能技术的应用:为了克服太阳能发电的间歇性特点，未来的光伏停车场可能会采用储能技术，如大型电池储能系统或氢能储存技术，以便在夜间或阴雨天等无太阳光照的情况下供电。

　　（3）智能管理和监控系统:光伏停车场未来的发展将注重智能管理和监控系统的应用。这些系统可以实时监测太阳能发电量、电能使用情况和电池储能状态，通过数据分析和智能控制算法优化能源利用效率。

　　（4）与电动汽车的结合:随着电动汽车的普及，光伏停车场可以与电动汽车充电设施结合，为电动汽车提供绿色能源充电服务。未来的光伏停车场可能会在停车位上安装无线充电设备，使电动汽车能够无线充电，提高用户的便利性和充电效率。

　　4、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

　　4.1概述

　　AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

　　4.2应用场所

　　目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

　　4.3系统结构

　　在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

4.4系统功能

　　AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

　　4.4.1光伏发电

　　4.4.1.1综合看板

　　●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

　　●累计日、月、年发电量及发电收益。

　　●累计社会效益。

　　●柱状图展示月发电量

　　4.4.1.2电站状态

　　●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

　　●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

　　●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

　　●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

4.4.1.3逆变器状态

　　●逆变器基本参数显示。

　　●日、月、年发电量及发电收益显示。

　　●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

　　●直流侧电压电流查询。

　　●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

4.4.1.4电站发电统计

　　●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

4.4.1.5逆变器发电统计

　　●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

4.4.1.6配电图

　　●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

　　●展示当前逆变器接入组件数量。

　　●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

　　●展示逆变器型号及厂商。

4.4.1.7逆变器曲线分析

　　●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

4.4.2事件记录

　　●操作日志：用户登录情况查询。

　　●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

　　●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

　　●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

4.4.3运行环境

　　●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

4.5系统硬件配置

　　4.5.1交流220V并网

　　交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

　　部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

　　4.5.2交流380V并网

　　根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

　　光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

　　部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

　　这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

　　4.5.310kV或35kV并网

　　根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

　　此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

　　光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

　　上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：

　　5 结束语

　　综上所述，光伏-储能一体化停车场的建设方案对于推动相关事业的发展具有积极的意义。首先，它能够提高城市能源利用效率，减少对传统能源的依赖。通过利用太阳能发电并储存多余的电能，可以为停车场和交通枢纽设备提供可持续的能源供应，减少对传统能源的消耗。其次，这种方案也有助于减少环境污染和减排。电动汽车作为清洁能源的代表，其充电过程中不会产生尾气排放，可以有效降低城市空气污染。此外，光伏-储能一体化停车场的建设也符合可持续发展的理念，为城市未来的发展奠定了良好基础，满足电动汽车充电需求和交通枢纽设备持续供电的理想选择。其建设方案结合了光伏和储能技术，通过太阳能发电并储存多余的电能，以满足停车场和交通枢纽设备的能源需求。这种方案的关键技术包括光伏电池板的布置和安装、储能系统的设计和管理、充电设备的配套建设等。通过推广和应用这一方案，可以提高城市能源利用效率，减少对传统能源的依赖。

　　参考文献:

　　[1]王春伟.光伏-储能一体化在停车场中的应用

　　[2]陈义奇.光储充一体化停车场的建设

　　[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版