CAT卡特电力服务中心：光伏储能微电网解决方案

太阳能板

什么是微电网？

微电网是一种具有自身发电能力的本地化电网资源。它是一个单一的可控实体，且为本地化相对独立的电网体系，有着明确的负载和边界，独立于主网运行，也可以协同主网并列运行。任何具有以上条件的闭环电网，都可以称之为微电网。

微电网图解

微电网可利用多种能源发电，部分是利用可再生能源进行发电的。可再生能源是来自人类时间尺度上可自然补充的能源，包含风能、太阳能、水力势能、地热能和生物质能等。

混合能源微电网

混合能源微电网是指包含至少两种不同能源的电力系统（也可以是一次发电和储能的结合），可由柴油发电机组、燃气发电机组、光伏板和储能任意组合。今天主要聊下光伏板和储能的组合。

在过去二十年里，太阳能光伏板的价格保持下降趋势，且各国政府对太阳能的发展都有着不同程度的激励政策，所以这些年来太阳能发电是增长非常快的发电方式。就像太阳能光伏板一样，储能主要组成部分的锂离子电池价格也在持续下降。这不仅提高了业界对储能解决方案的兴趣，也有助于整体系统成本的进一步降低。微电网也由传统的柴油（燃气）发电机组提供电力升级至由太阳能、储能和备用发电机组组成的混合系统提供电力。而混合能源微电网的好处则是可以提供更高的系统弹性——多个能源的组合可以在一种能源不可用的情况下提供冗余。微电网还可以为偏远地区提供电力，这样就解决了部分地区主干电网投资大、建设施工困难等问题。由于该系统可以在运行时进行能源切换，所以根据工况可以自主选择具有成本效益的运行模式。

光伏板

作为微电网最常见的设施光伏板，主要包含三种类型——多晶、单晶和薄膜。

01多晶硅模块

多晶硅模块是目前市场上最常见的光伏设施。与单晶硅模块一样，多晶硅模块由单个硅片组成。与单晶硅模块不同的是，用于多晶硅模块的铸锭是铸造而非生长，从而大块熔融硅被冷却和固化。这是一种成本较低的工艺，但纯度规格通常低于单晶硅，晶间边界在某种程度上阻碍了电子的自由流动，因此效率较低。多晶硅模块具有斑点外观，通常被称为“碎玻璃”。多晶硅模块安装在脊形框架中，必须牢固安装在安装结构上。

02单晶硅模块

单晶硅模块则是由单个大硅晶体制成。由于这是一个单晶体，纯度非常高，因此成为了市场上最高效的太阳能光伏板。当观察单晶面板时，表面纹理非常光滑。从历史上看，单晶的制造成本一直很高。但是近年来，技术进步和越来越高的制造效率降低了单晶面板的整体造价，使其越来越有市场竞争力。

03薄膜模块

薄膜模块与由单个硅片构成的多晶硅模块和单晶硅模块不同，薄膜模块是通过将导电材料沉积在固体表面（如玻璃、塑料或金属）制成的，这为制造光伏模块提供了一种非常经济高效的方法。但是薄膜模块的效率低于晶体模块，这意味着在同一面积的土地上，薄膜模块的输出功率要低于晶体模块。当然通过制造和技术改进，薄膜模块的效率正在提高。

Cat®（卡特）单晶光伏板

选择光伏板时，需要考虑以下几点：

01发电量

在比较光伏板时，首先应该查看光伏板的实际年发电量，而不是模块额定功率。光伏板技术和制造工艺之间存在性能差异，这可能会影响光伏板的年发电量。不过市场上有许多建模软件工具可用于帮助用户快速比较光伏板的发电量。

02安装空间

一般的经验是，1 兆瓦的峰值光伏板安装将占用 30-36 亩的土地。根据使用情况的不同，这些光伏板也可安装在屋顶等可利用的面积。特别要注意的是安装类型可能会影响光伏板的选择。例如，薄膜面板比同等的晶体面板重。根据设施的建筑审查，这种重量差异可能需要对原有建筑屋顶的荷载进行复核，而对于待建建筑则需要进行新的荷载计算用以满足光伏板的使用。

03使用工况

光伏板发电可以用于主电网、发电机组或大型储能系统。但由于光伏发电本身并不是稳定的电力输出，不适合作为设施的应急能源。

04成本

光伏投资和回报受国家政策影响很大，而国家对于可再生能源的扶持力度会继续增大，因此光伏发电与微电网的结合会是未来一个很好的选择。

储能

混合能源微电网的另一个主要组成部分是储能。那么，为什么能量储存很重要呢？在研究储能解决方案时，大多数商业上可行的储能类型分为两类。第一种是机械储能——抽水蓄能、压缩空气、飞轮。这些通常具有相当高的初始成本，但长期运营成本相对较低。并且通常需要大量的土地面积才能获得足够大的能量存储。第二类是化学储能——电池储能系统。其中锂离子化学制品更为常见，它可以在成本、功率密度和使用寿命之间提供良好的平衡。

目前，大型储能市场的技术领先者是锂离子模块。锂离子电池模块从基本电池设计开始，最常见的两种是圆柱形和棱柱形细胞。这些电池连接在一起并封装成一个模块，然后将模块安装在机架中。机架具有基本管理功能，可接收所有模块的数据，并为管理系统整理数据。管理系统可以监控各个电池组机架，并根据机架数据建立系统级限制。且机架内置模块冷却和保护。

选择锂离子电池储能系统时，需要考虑以下几点：

01自放电

由于锂电池会自放电，每个月大概在 2% 至 5% 。所以锂电池不应长时间停用。并且它会随着时间的推移而老化。

02充电控制系统

此外，电池充电控制系统应设计为智能充电模式，因为如果超过电压限制，电池将发生损坏。

03运输

许多地区认为锂离子电池是危险的，并对其实施运输限制。可能要求分别运输电池和电池架，除了可能会导致更高的运输成本，还增加了现场安装的工作。

04电池温度

锂离子电池有温度限制。对于成套装置，空调系统需要将电池温度保持在推荐的温度范围内，以保障电池正常工作。

Cat 储能产品

大多数储能系统设计为室外安装。这可以是许多小机柜，也可以是更大的预安装单元。同时还需注意储能相关的当地法规，尤其是在使用锂离子电池的情况下。从技术角度来看，了解储能的应用很重要，这将有助于确定短期动力电池与长期能量电池的组合。

储能应用大致分为三种：

01稳定电网

旨在提供短时且高功率输出，以改善短时负荷变化事件期间的电能质量。峰值功率和过载能力对于稳定电网非常重要，以确保能够应对负载变化。

02可再生资源整合

与可再生能源整合，需要在可再生能源转换期间，电力和电能质量保持不变。当与可再生能源结合使用时，储能模块的设计通常是为了实现功率和能量的平衡。例如发电机组和光伏储能模块结合的模式，随着早晨阳光的增强，光伏设备功率输出的增加，发电机组的输出功率相应的减少，直到光伏设备输出功率满足系统容量，这时发电机组可停机。此时，储能设备仅依靠光伏系统运行，并依靠电网实现存放电功能。当负载超过光伏输出时，储能模块将弥补差额。这种情况在白天持续，直到光伏输出下降到一定功率，即使加上储能也不能充分支持负载时，发电机组启机联动。

03能量时移

能量时移应用的目标是在白天过度发电，为电池充电，以便在可再生能源不可用时发电带载。因此，白天的太阳能为电池充电，晚上使用该部分电能，如此，降低了对额外能源的需求，如主电网电力和 / 或发电机组。

总结

随着可再生能源越来越广泛的开发和利用，在适合的工况下，微电网技术可以更有效地作为主网补充，并且充分提高能源利用率，最终为设施用电提供多一重保障。随着国家各项光伏政策的出台，西部地区的部分光伏储能项目已经可以上网运行了，未来光伏储能项目一定拥有着无限的潜力。

来源： CAT卡特电力服务中心

责任编辑：LuYue