Grundzusammensetzung und Arbeitsprinzip des Photovoltaik -Energiespeichersystems
Das Energiespeichersystem eines Photovoltaik -Kraftwerks ist ein stark integriertes Energiemanagementsystem, dessen Kernfunktion es ist, die räumlich -zeitliche Übersetzung der elektrischen Energie zu erreichen und die intermittierenden und schwankenden Probleme der Photovoltaik -Stromerzeugung zu lösen. Das System besteht hauptsächlich aus Kernkomponenten wie Photovoltaik -Stromerzeugungseinheiten, Energy Storage -Akku, bidirektionalen Wandlern (PCs), Energiemanagementsystemen (EMS) und Verteilungssystemen, die eine vollständige Arbeitsschleife bilden.
Als Energieeingangsende des Systems verwenden Photovoltaikmodule einkristall -Silizium- oder Polykristallin -Siliziumtechnologie, wobei eine Umwandlungseffizienz im Allgemeinen 18% -22% erreicht. Unter Standard -Testbedingungen (STC) kann die jährliche Stromerzeugung jedes Kilowatts Photovoltaikmodul je nach geografischer Lage und Installationswinkel 1200-1600 kWh erreichen. Nachdem der von den Komponenten erzeugte DC -Elektrizität über den Kombinierkasten gesammelt wurde, wird ein Teil davon direkt durch den Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, um die Last zu liefern oder mit dem Netz angeschlossen zu werden, während der andere Teil über den DC\/DC -Konverter an die Energiespeicherbatterie geladen wird.
Der Energiespeicher -Akku ist das Kern -Energiespeichermedium des Systems. Derzeit sind die Mainstream -Verwendung Lithium -Eisen -Phosphat -Batterien (LFP) mit einer einzelnen Zellspannung von 3,2 V, einer Energiedichte von 160-200 WH\/kg und einer Zyklusdauer von über 6000 -mal (80% Kapazitätsretentionsrate). Das Battery Management System (BMS) überwacht den Status der Spannung, Temperatur und SOC in Echtzeit, um sicherzustellen, dass das System in einem sicheren Bereich arbeitet. Fortgeschrittene BMs können auch einen aktiven Ausgleich erzielen, wodurch die Spannungsdifferenz zwischen einzelnen Zellen im Akku innerhalb von ± 50 mV gesteuert wird und die Akkulaufzeit erheblich verlängert.
Bidirektionaler Konverter (PCS) ist ein Schlüsselausrüstung, das DC -Energiespeichersysteme mit Wechselstromnetzen verbindet. Moderne PCs verwenden IGBT- oder SIC -Leistungsgeräte, und die Umwandlungseffizienz kann über 98%erreichen. Zu den Kernfunktionen gehören: Erzielen der bidirektionalen Konvertierung zwischen AC und DC, Anpassung des Ausgangsleistungfaktors (normalerweise innerhalb ± 0.
Das Energiemanagementsystem (EMS) ist das Gehirn des gesamten Systems und nimmt eine hierarchische Kontrollarchitektur an. Die obere Schicht trifft Energieplanungsentscheidungen auf der Grundlage künstlicher Intelligenzalgorithmen, während die untere Schicht über SPS die Steuerung der Geräteebene erreicht. Typische Funktionen umfassen: Photovoltaic -Stromerzeugungsvorhersage (unter Verwendung von LSTM Neural Network, 24- Stunden Vorhersagefehler<8%), load demand forecasting, economic optimization scheduling, etc. Modern EMS also supports remote monitoring and fault diagnosis, and achieves cloud management through 4G/5G networks.
Das Leistungsverteilungssystem enthält Transformatoren, Schaltanlagen, Schutzgeräte usw. mit einem Spannungsniveau normalerweise von 0. 4KV oder 10 kV. Das Systemdesign muss den Standardanforderungen wie GB\/T 36547-2018 "Technische Vorschriften für elektrochemische Energiespeichersysteme, die mit Verteilungsnetzwerken verbunden sind, entsprechen, um die Sicherheit der Netzverbindung zu gewährleisten. Die Funktionen des Anti -Backflow -Schutzes und des Schutzschutzes sind unerlässlich, und die Schutzmaßnahme für die Schutzmaßnahme beträgt weniger als 200 ms.
Vergleich und Auswahl der Mainstream -Energiespeichertechnologien
Die derzeit verfügbaren Energiespeichertechnologien für Photovoltaik -Kraftwerke umfassen hauptsächlich drei Kategorien: elektrochemische Energiespeicherung, mechanische Energiespeicherung und elektromagnetische Energiespeicherung. In praktischen Anwendungen dominiert die elektrochemische Energiespeicherung aufgrund seiner hohen Flexibilität und der schnellen Reaktionsgeschwindigkeit, von denen Lithium-Ionen-Batterien am weitesten verbreitet sind.
Lithium -Eisenphosphat (LFP) -Batterien sind derzeit die bevorzugte Wahl für Photovoltaik -Kraftwerke, wobei ihre Kernvorteile in drei Aspekten widerspiegeln: Sicherheit mit einer thermischen Ausbruchstemperatur von mehr als 200 Grad, weitaus höher als die 150 Grad an Ternärmaterialien; In Bezug auf die Zyklusdauer kann es über 6000 Zyklen unter 80% Tiefenabfluss (DOD) erreichen. In Bezug auf die Kosten wurde der Systempreis mit dem technologischen Fortschritt auf 1. 2-1. 5 Yuan\/WH reduziert. Die gemessenen Daten eines 100 mWh Projekt<2%.
Blei -Säure -Batterien als traditionelle Technologie werden immer noch in einem bestimmten Bereich verwendet. Sein Vorteil liegt in seiner niedrigen anfänglichen Investition (über {{0}}. 8-1. 0 yuan\/w) und hohe technologische Reife. Die Nachteile sind jedoch auch offensichtlich: Die Zyklusdauer beträgt nur 500-1200 mal (50% DOD), die Energiedichte 30-50 WH\/kg, und es besteht das Risiko einer Bleiverschmutzung. Blei -Säure -Batterien wurden in Situationen, die eine Energiespeicherung mit großer Kapazität erfordern, allmählich ausgeschaltet.
Durchflussbatterien (wie alle Vanadium-Flow-Batterien) eignen sich für eine langfristige Energiespeicherung (4-8 Stunden), mit einer Zyklusdauer von über 10000 Mal und ohne Abbauprobleme. Die Energiedichte beträgt jedoch nur 20-30 WH\/kg, die Systemeffizienz beträgt 70% -75% und die anfängliche Investition ist so hoch wie 3-4 yuan\/wh. Derzeit wird es hauptsächlich für die Energiespeicherung auf der Netzseite verwendet und in Photovoltaikkraftwerken weniger häufig verwendet.
Die aufstrebende Natriumionenbatterie hat viel Aufmerksamkeit erregt, und sein Arbeitsprinzip ähnelt dem von Lithium-Ionen-Batterien, verwendet jedoch das Natriumelement. Labordaten zeigen, dass die Energiedichte von Natriumionenbatterien 120-160 WH\/kg erreicht hat, mit einer Zyklusdauer von etwa 3000 Mal und einem Preis von 20% -30% niedriger als LFP. Das derzeitige Industrialisierungsniveau ist jedoch nicht ausreichend und praktische Projektanwendungsfälle sind begrenzt.
Die technische Auswahl muss mehrere Faktoren umfassend berücksichtigen: Für Photovoltaikkraftwerke über 1 MW wird empfohlen, LFP -Batterien zu priorisieren. Bei kleinen Off-Grid-Systemen in abgelegenen Bereichen können Blei-Säure-Batterien in Betracht gezogen werden, um die anfänglichen Investitionen zu verringern. Für Anwendungen, die eine längere Lebensdauer der Zyklus erfordern, sind Flussbatterien eine mögliche Wahl. Die vergleichende Analyse eines 10-MW-Photovoltaik-Kraftwerks zeigt, dass die vollständigen Lebenszykluskosten für die Verwendung von LFP-Batterien 35% niedriger sind als Blei-Säure-Batterien und 50% niedriger als die Strömungsbatterien.
Schlüsseltechnologien des intelligenten Energiemanagementsystems
Moderne Energiemanagementsysteme haben sich von der einfachen Datenerfassung und Überwachung bis hin zu intelligenten Gehirnen mit Entscheidungsfunktionen für künstliche Intelligenz entwickelt. Die Kerntechnologiearchitektur umfasst vier Ebenen: Wahrnehmungsschicht, Netzwerkschicht, Plattformschicht und Anwendungsschicht.
Die Wahrnehmungsschicht sammelt Echtzeitdaten über verschiedene Sensoren: Das Photovoltaik-Array ist mit einem IV-Kurvenscanner ausgestattet, der kaskadierende Fehler erfassen kann. Installation von Spannung\/Temperatursensoren für Batteriesysteme (Genauigkeit ± 0. 5%); PCs ist mit einem Stromqualitätsanalysator (Stichprobenrate von 256 Punkten pro Zyklus) ausgestattet. Laut Statistiken eines bestimmten Projekts erfordert ein typisches 10 -MW -System die Bereitstellung von über 2000 Überwachungspunkten, wobei eine Daten -Aktualisierungsrate von bis zu 100 ms.
Die Netzwerkschicht verwendet einen hybriden Netzwerkansatz des industriellen Ethernet- und drahtlosen privaten Netzwerks. Schlüsselsteuerungssignale werden über optische Fasern übertragen, um eine Verzögerung von weniger als 10 ms zu gewährleisten. Nicht kritische Daten können mit drahtlosen Technologien wie LORA übertragen werden. Das Systemkommunikationsprotokoll muss mehrere Standards wie IEC 61850 und Modbus unterstützen, um die Geräteverbindung und Interoperabilität zu erreichen.
Der Kern der Plattformschicht ist die digitale Twin -Technologie, die drei Kernfunktionen erzielt, indem eine virtuelle Zuordnung des physischen Systems erstellt wird: Die Vorhersage der Photovoltaik -Stromerzeugung verwendet ein LSTM+-Hybridmodell, kombiniert mit numerischer Wettervorhersage (NWP), um den 72 -Stunden -Vorhersagemodell innerhalb von 10%zu kontrollieren. Die Lastvorhersage basiert auf dem Tiefverstärkungslernen (DRL) unter Berücksichtigung von Wochentags-\/Urlaubsmodi mit einer Genauigkeit von 92%. Optimieren Sie die Planungsanwendung mit einem dynamischen Programmieralgorithmus mit mehreren Objektiven, während Sie 7 Optimierungsziele wie Strompreisdifferenz, Batteriedämpfung und Gitterbedarf berücksichtigen.
Die Anwendungsschicht implementiert bestimmte Geschäftsfunktionen: Das Wirtschaftsmessmodul unterstützt die Spitzen -Valley -Arbitrage (Analyse lokaler 3- -He -Jahres -Strompreisdaten, automatisch optimiertes Lade- und Entladungszeitraum), anspruchsvolles Management (Vorhersage der monatlichen maximalen Nachfrage, Einsparung grundlegender Stromkosten). Das Hilfsdienstmodul kann an Märkten wie der Frequenzregulierung (Reaktionszeit<500ms) and peak shaving (adjustment amplitude ± 20% Pn); The operation and maintenance management module has functions such as fault warning (predicting equipment failures 24 hours in advance with an accuracy rate of 85%) and energy efficiency analysis.
Die tatsächlichen Betriebsdaten eines 5 0 MW Photovoltaic Energy -Speicherprojekts zeigen, dass intelligente EMS die Systemeinnahmen um 28%erhöht hat. Unter ihnen ein zusätzliches Einkommen von 0,15 Yuan\/kWh durch Teilnahme an FM -Hilfsdiensten; Reduzieren Sie verlassene Sonnenverluste um 12% durch genaue Lastprognose; Durch die Optimierung der Batterielade- und Entladungsstrategie wurde die Akkulaufzeit um 17%verlängert. Die Investitionsauszahlungszeit des Systems wurde von 7,5 bis 5,8 Jahren verkürzt.
