Liu Qiuxia

Resumo: A partir da composição da estrutura do sistema e da tecnologia-chave que o projeto precisa ser resolvido, o projeto de uma solução de central fotovoltaica distribuída no telhado baseada na integração de armazenamento óptico verificou a viabilidade do programa através de casos operacionais de montagem reais e encontrou uma solução prática para a geração de energia fotovoltaica no telhado baseada na integração de armazenamento óptico.

Palavras-chave: telhado; Centrais fotovoltaicas distribuídas; Integração de armazenamento óptico; Efeitos de execução

0. Introdução

Nos últimos anos, a tecnologia de geração de energia fotovoltaica alcançou um desenvolvimento significativo, os custos diminuíram gradualmente e as áreas de aplicação se expandiram constantemente. As centrais fotovoltaicas distribuídas no telhado, com suas vantagens únicas, tornaram-se uma forma importante de aplicação da geração de energia fotovoltaica. No entanto, há uma certa instabilidade na geração de energia fotovoltaica, como a intensidade da luz e o efeito das condições climáticas, o que torna a geração de energia fotovoltaica flutuante. Para resolver esse problema, surgiu a tecnologia de armazenamento óptico. A tecnologia de integração de armazenamento fotovoltaico combina a geração de energia fotovoltaica com o sistema de armazenamento de energia para obter uma saída suave da geração de energia fotovoltaica, melhorando a estabilidade e a confiabilidade do sistema e ampliando o campo de aplicação da geração de energia fotovoltaica.

Estrutura de sistema de central fotovoltaica distribuída no telhado baseada na integração de armazenamento óptico

1.1 Quadro geral do sistema

Quadro geral do sistema para usinas fotovoltaicas distribuídas no telhado baseadas na integração de armazenamento óptico, incluindo matrizes fotovoltaicas e inversores, sistemas de armazenamento de energia, planejamento de energia e sistemas de gerenciamento de energia. A matriz fotovoltaica converte energia solar em energia elétrica de corrente contínua; O inversor converte a energia de corrente contínua em energia de corrente alterna para uso na rede ou carga; O sistema de armazenamento de energia é responsável por fornecer energia à carga quando a geração de energia fotovoltaica não é suficiente para atender às necessidades de carga e armazenar energia elétrica quando a geração de energia fotovoltaica é excessiva; O sistema de planejamento de energia e gerenciamento de energia permite o controle coordenado do sistema de geração e armazenamento de energia fotovoltaica de acordo com as necessidades de carga e a geração de energia fotovoltaica. Através da estreita colaboração entre as partes acima, o sistema de central fotovoltaica distribuída no telhado baseado na integração de armazenamento óptico pode obter uma utilização eficiente da energia solar e melhorar a estabilidade e a confiabilidade do sistema.

1.2 Arrays fotovoltaicos e inversores

A matriz fotovoltaica é a parte central de um sistema de central fotovoltaica distribuída no telhado baseado na integração de armazenamento fotovoltaico e é responsável principalmente pela conversão da energia solar em energia de corrente contínua. A seleção e o design da matriz fotovoltaica devem considerar o desempenho, o custo e a confiabilidade dos componentes fotovoltaicos, etc., para escolher a matriz fotovoltaica adequada de acordo com as diferentes necessidades da aplicação. Ao mesmo tempo, a seleção e a estratégia de controle dos inversores são essenciais para o rastreamento de alta potência e a eficiência do sistema.

1.3 Sistemas de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia podem escolher diferentes tipos de tecnologias de armazenamento de energia, como baterias de íons de lítio, baterias de fluxo líquido de vanádio, etc., de acordo com diferentes cenários de aplicação e necessidades. O projeto de capacidade de um sistema de armazenamento de energia precisa levar em consideração fatores como a volatilidade da geração de energia fotovoltaica, as necessidades de carga e os custos do sistema. Além disso, a estratégia de controle do sistema de armazenamento de energia é um elemento importante para garantir o funcionamento estável do sistema. Para escolher o sistema de armazenamento de energia adequado de acordo com os diferentes cenários de aplicação, abaixo estão os tipos comuns de armazenamento de energia em comparação (ver Tabela 1).

1.4 Planejamento de energia e sistemas de gerenciamento de energia

O sistema de planejamento de energia e gerenciamento de energia é responsável pelo controle coordenado do sistema de geração e armazenamento de energia fotovoltaica para obter uma saída suave da geração de energia fotovoltaica e melhorar a estabilidade e confiabilidade do sistema. Os sistemas de planejamento de energia e gerenciamento de energia precisam monitorar em tempo real a geração de energia fotovoltaica, o estado do sistema de armazenamento de energia e as necessidades de carga para desenvolver estratégias de planejamento racionais. As estratégias típicas de agendamento incluem a suavidade do valle do pico, a priorização das necessidades de carga, a otimização da estratégia de carga e descarga e muito mais. Para melhorar o nível de inteligência do sistema, você pode combinar tecnologias como inteligência artificial e análise de big data para agendamento de energia e gerenciamento de energia.

2. Tecnologias-chave

Tecnologias-chave em sistemas fotovoltaicos distribuídos de telhado baseados na integração de armazenamento óptico, incluindo seleção e design de componentes fotovoltaicos eficientes, tecnologia de inversores, tecnologia de sistemas de armazenamento de energia e estratégias de planejamento de energia e gerenciamento de energia, bem como otimização e design de segurança da estrutura do telhado.

2.1 Seleção e design de componentes fotovoltaicos

O desempenho dos componentes fotovoltaicos afeta diretamente a eficiência de geração de energia de todo o sistema. Ao escolher um componente fotovoltaico, fatores como parâmetros de desempenho, custo, confiabilidade e vida útil do componente devem ser levados em consideração. Os tipos de componentes fotovoltaicos comuns no mercado atual incluem componentes de células solares de silício cristalino, componentes de células solares de película fina, etc. Além disso, de acordo com as condições e necessidades específicas do telhado, um layout de matriz fotovoltaica razoável pode ser projetado para permitir que o sistema realize uma grande geração de energia em diferentes condições de iluminação.

2.2 Tecnologia do Inversor

Os inversores são equipamentos-chave no sistema de geração de energia fotovoltaica, responsáveis ​​pela conversão de energia elétrica de corrente contínua gerada por uma matriz fotovoltaica em energia elétrica de corrente alterna. O desempenho e a estratégia de controle dos inversores têm um impacto importante na eficiência e estabilidade de todo o sistema. Atualmente, existem principalmente diferentes tipos no mercado, como inversores centralizados, inversores em série e microinversores. Ao escolher o inversor, deve ser considerado de acordo com o tamanho do sistema, as características dos componentes, as condições de instalação e outros fatores. Ao mesmo tempo, o algoritmo de rastreamento de ponto de alta potência (MPPT) e a proteção do inversor também têm um impacto significativo no desempenho do sistema.

2.3 Tecnologia de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia são uma parte essencial de uma central fotovoltaica distribuída com armazenamento óptico integrado no telhado e seu desempenho e design afetam diretamente a estabilidade e confiabilidade do sistema.

2.3.1 Escolha do tipo de armazenamento de energia

De acordo com diferentes cenários de aplicação e necessidades, diferentes tipos de tecnologia de armazenamento de energia podem ser escolhidos, como baterias de íons de lítio, baterias de fluxo líquido de vanádio, capacitores de classe *, etc. Ao escolher o tipo de armazenamento de energia, fatores como desempenho, custo, vida útil e segurança do equipamento de armazenamento de energia devem ser considerados.

2.3.2 Projeto de capacidade de armazenamento de energia

A capacidade de armazenamento de energia deve ser projetada levando em consideração fatores como a volatilidade da geração de energia fotovoltaica, as necessidades de carga e os custos do sistema. Um design razoável de capacidade de armazenamento de energia garante um funcionamento estável do sistema em diferentes condições de iluminação e carga, evitando ao mesmo tempo investimentos excessivos. Normalmente, métodos como análise de equilíbrio energético e análise estatística de probabilidade são usados ​​para o cálculo e otimização da capacidade de armazenamento de energia.

2.3.3 Estratégia de controle do sistema de armazenamento de energia

A estratégia de controle do sistema de armazenamento de energia desempenha um papel importante para garantir o funcionamento estável do sistema e melhorar a eficiência da geração de energia. Estratégias de controle comuns incluem otimização de estratégias de carga e descarga, estimativas de estado, diagnóstico de falhas e proteção. Ao mesmo tempo, a tecnologia de inteligência artificial, análise de dados grandes e outras podem ser combinadas para um controle mais inteligente do sistema de armazenamento de energia.

2.4 Planejamento de energia e estratégia de gerenciamento de energia

As estratégias de planejamento de energia e gerenciamento de energia desempenham um papel fundamental na sinergia entre os sistemas de geração e armazenamento de energia fotovoltaica. As estratégias típicas de agendamento incluem a suavidade do valle do pico, a priorização das necessidades de carga, a otimização da estratégia de carga e descarga e muito mais. A estratégia de planejamento de energia e gerenciamento de energia deve ser ajustada dinâmicamente de acordo com as necessidades reais de carga, a geração de energia fotovoltaica e o estado do sistema de armazenamento de energia, para garantir um funcionamento estável do sistema e geração eficiente de energia.

2.5 Otimização da estrutura do telhado e design de segurança

A otimização da estrutura do telhado e o design de segurança são essenciais para garantir o funcionamento estável das usinas fotovoltaicas distribuídas no telhado e prolongar a vida útil do sistema. No processo de projeto, a capacidade de carga do telhado, a forma estrutural, o modo de instalação, a proteção contra raios, incêndio e vento devem ser levados em consideração. Além disso, é necessário um layout racional de equipamentos como componentes fotovoltaicos, inversores e sistemas de armazenamento de energia para facilitar a instalação, manutenção e resolução de problemas do sistema. No design de segurança, os padrões e especificações nacionais e regionais devem ser seguidos para garantir o funcionamento seguro do sistema em várias condições ambientais.

3. Casos de Realização

De acordo com a filosofia de design acima e as tecnologias-chave foram aplicadas na prática em um grande complexo comercial. O complexo tem uma área de cobertura de cerca de 5.000 m2. Para aumentar a eficiência energética e reduzir os custos de eletricidade, uma central fotovoltaica distribuída com armazenamento óptico foi instalada no telhado. O objetivo do projeto é atender a cerca de 60% das necessidades diárias de eletricidade do complexo comercial.

3.1 Projeto e implementação

Escolha o hardware adequado de acordo com a área do telhado e as necessidades do proprietário. Componente fotovoltaico: selecionar o componente de silício monocristalino LONGiSolarLR6-72HPH450W, com um total de 560 peças e uma capacidade instalada total de 252kWp. Inversor: escolher o inversor trifásico SungrowSG110CX, com um total de 2 unidades, com uma capacidade total de 220 kW. Sistema de armazenamento de energia: escolher a bateria de íons de lítio CATLLFP, com uma capacidade de armazenamento de energia de 300 kW·h. Durante a implementação, os componentes fotovoltaicos são colocados no telhado com uma inclinação de 20° ao sul, maximizando a geração de energia*. Ao mesmo tempo, os inversores e os sistemas de armazenamento de energia são instalados na sala de máquinas perto do telhado para reduzir a perda de linha.

3.2 Avaliação e otimização do desempenho

Após um ano de operação, a geração de energia da central fotovoltaica atingiu cerca de 305 MW·h, atendendo às metas esperadas. O sistema de armazenamento de energia armazena o excesso de energia fotovoltaica durante o dia e libera-a durante a noite, permitindo que o complexo comercial suavize o pico durante o pico de consumo de eletricidade. A seguir estão apresentadas as mudanças na carga variável principal após a operação da central (ver Tabela 2). Através do monitoramento e análise do desempenho do sistema, descobriu-se que a eficiência de geração de energia dos componentes fotovoltaicos precisa ser melhorada ainda mais, aumentando assim a frequência de limpeza para garantir uma operação estável a longo prazo dos componentes fotovoltaicos.

3.3 Análise de benefícios econômicos

O investimento total do projeto é de cerca de 1,5 milhão de yuans. Após um ano de operação, poupou cerca de 180 mil dólares em despesas com eletricidade. Ao mesmo tempo, de acordo com a política de subsídios do governo local, o projeto também obtém cerca de 70 mil yuans por ano. Em conjunto, o período de retorno do investimento do projeto é de cerca de seis anos, com melhores benefícios econômicos.

3.4 Análise do Projeto

No caso, os componentes fotovoltaicos, os inversores e os sistemas de armazenamento de energia foram racionalmente configurados de acordo com as necessidades reais de eletricidade do complexo comercial, permitindo que todo o sistema atendesse a cerca de 60% das necessidades diárias de eletricidade, reduzindo a dependência da rede externa. O componente de silício monocristalino LONGiSolarLR6-72HPH450W selecionado, com uma alta eficiência de conversão (20,6%), garante o alto desempenho e a estabilidade do sistema de geração de energia fotovoltaica. Além disso, o inversor trifásico SungrowSG110CX é usado para melhorar a produção de energia de todo o sistema, com alta * eficiência e capacidade de se adaptar a operações em diferentes condições de iluminação. Ao mesmo tempo, a bateria de íons de lítio CATLLFP é usada como um sistema de armazenamento de energia, com alta densidade de energia, longa vida útil e segurança, que pode alcançar o armazenamento e uso eficazes da geração de energia fotovoltaica. Através do sistema de planejamento de energia e gerenciamento de energia, o armazenamento e a liberação noturna de energia fotovoltaica durante o dia são alcançados, reduzindo a carga elétrica durante os períodos de pico de uso de energia e melhorando a estabilidade de todo o sistema. A fase posterior também foi otimizada para descobrir e resolver o problema da eficiência da geração de energia dos componentes fotovoltaicos, aumentando a frequência de limpeza para garantir a operação estável a longo prazo dos componentes fotovoltaicos.

Sistema de Gestão de Energia Acrel-2000MG

4.1 Resumo

O sistema de gerenciamento de energia de armazenamento Acrel-2000MG é um sistema de gerenciamento de energia localizado desenvolvido exclusivamente pela Angkor para usinas de armazenamento de energia industriais e comerciais, que permite a coleta de dados, processamento de dados, armazenamento de dados, consulta e análise de dados, monitoramento visual, gerenciamento de alarmes, relatórios estatísticos, gerenciamento estratégico e curvas de histórico. O gerenciamento estratégico oferece suporte a várias opções estratégicas de controle, incluindo curvas de planejamento, picos de preenchimento, controle de demanda, anti-refluxo e muito mais. O sistema não só pode implementar o monitoramento e gerenciamento unificados das unidades de armazenamento de energia de nível inferior, mas também pode implementar a comunicação e interação de dados com o sistema de agendamento superior e a plataforma de nuvem, que pode aceitar instruções de agendamento superior, mas também pode satisfazer o monitoramento remoto e a manutenção para garantir a operação segura, estável, confiável e econômica do sistema de armazenamento de energia.

4.2 Aplicações

Aplicável a usinas de armazenamento de energia industriais e comerciais, usinas de distribuição de energia nova.

4.3 Estrutura do sistema

4.4 Funções do sistema

1) Controle em tempo real

Supervisão em tempo real do funcionamento da microrede, incluindo energia municipal, fotovoltaica, eólica, armazenamento de energia, estações de carregamento e cargas elétricas, bem como dados de lucro, condições meteorológicas, poupança de energia e redução de emissões.

2) Monitoramento Inteligente

Monitoramento em tempo real do ambiente do sistema, componentes fotovoltaicos, inversores fotovoltaicos, inversores de controle eólico, baterias de armazenamento de energia, transformadores de armazenamento de energia, equipamentos elétricos, etc., para dominar o estado operacional do sistema de microrede.

3) Previsão de potência

Realize previsões de energia de curto prazo e ultra-curto prazo para sistemas de geração distribuídos e exiba taxas de aprovação e análises de erros.

4) Qualidade da energia elétrica

Monitoramento contínuo da qualidade e da fiabilidade da energia elétrica em todo o sistema da microrede. Dados de estado estável, tais como harmônico de tensão, flash de tensão, desequilíbrio de tensão e dados de tensão de suspensão / suspensão, interrupção de tensão para análise de monitoramento e exibição de gravação e monitoramento de transientes de tensão e corrente.

5) Visualização

Realizar uma microrede sem vigilância, alcançar a digitalização, a inteligência e a gestão facilitada; Monitoramento ininterrupto de cargas e equipamentos importantes.

6) Otimização do controle

Análise de dados históricos de consumo de energia, previsão de energia das cargas em condições meteorológicas e combinação de saída de energia distribuída e estado de armazenamento de energia para otimizar o cronograma econômico para reduzir o consumo de energia em pico ou em momentos de pico e reduzir os custos agregados de energia empresarial.

7) Análise de lucros

Os usuários podem visualizar os dados diários de eletricidade e ganhos das três partes fotovoltaicas, armazenamento de energia e pilhas de carregamento, ao mesmo tempo que podem alternar o relatório anual para ver a eletricidade e os ganhos mensais.

8) Análise energética

Analisar a eficiência de geração de energia e eficiência de conversão de equipamentos fotovoltaicos, eólicos e de armazenamento de energia para avaliar o desempenho e o estado dos equipamentos.

9) Configuração estratégica

A configuração da microrede define principalmente a composição do sistema da microrede, os parâmetros básicos, a estratégia operacional e os valores estatísticos. Essas estratégias incluem curvas de planejamento, corte de picos, controle de demanda, consumo de nova energia, controle de potência inversa, etc.

Hardware e seus produtos de apoio

6. Conclusões

A central fotovoltaica distribuída de telhado com armazenamento fotovoltaico integrado combina sistemas de geração e armazenamento de energia fotovoltaica com otimização energética significativa e benefícios econômicos. A estrutura do sistema inclui matrizes fotovoltaicas, inversores, sistemas de armazenamento de energia e sistemas de planejamento de energia e gerenciamento de energia. As principais tecnologias envolvem seleção e design de componentes fotovoltaicos, tecnologia de inversores, tecnologia de sistemas de armazenamento de energia e estratégias de planejamento de energia e gerenciamento de energia. Através da análise de casos de aplicação prática, pode-se descobrir que a central fotovoltaica distribuída de telhado com armazenamento óptico tem amplas perspectivas de aplicação em edifícios. Com o desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica e de armazenamento de energia e o apoio da política, as vantagens técnicas e os benefícios econômicos das usinas fotovoltaicas distribuídas com armazenamento óptico no telhado serão mais evidentes. No futuro, as centrais fotovoltaicas distribuídas no telhado com armazenamento fotovoltaico integrado fornecerão soluções de energia limpa e sustentável para mais edifícios, contribuindo positivamente para a crise energética e a mudança climática.

Referências

[1] Chen Yumou. Concepção e implementação de estações fotovoltaicas distribuídas no telhado baseadas na integração de armazenamento óptico.

[2] O ideal, Lee. Projeto e implementação de estações fotovoltaicas distribuídas no telhado [J].Aplicações de circuitos integrados, 2023, 40(3): 52-54.

[3] Yehongji, Weidong, Guo Qian, etc. Método de cálculo da geração de energia prevista de estações fotovoltaicas distribuídas com base em informações de projeto [J].Journal of Solar Energy, 2021, 42(4): 253-259.

[4] Manual de Desenho e Aplicação de Microredes Empresariais da Angkor, Edição 05 de 2022