アンコリー劉秋霞

要旨：システム構造の構成及びプロジェクトが解決する必要がある重要な技術から出発して、光貯蔵一体化に基づく屋根分散式光発電所方案を設計し、実際の組立運転実例を通じてこの方案の実行可能性を検証し、光貯蔵一体化に基づく屋根光発電のために確実で実行可能な解決方案を見つけた。

キーワード：屋根、分散型光発電所、光貯蔵一体化、実行効果

0.はじめに

近年、光発電技術は顕著な発展を遂げ、コストは徐々に低下し、応用分野は絶えず拡大している。屋上分布式光発電所は、その独特な利点により、光発電の重要な応用形態となっている。しかし、光発電には光強度や天候条件の影響などの不安定性があり、光発電量の変動が大きい。この問題を解決するために、光貯蔵一体化技術が誕生した。光貯蔵一体化技術は光発電とエネルギー貯蔵システムを結合することにより、光発電量の平滑な出力を実現し、システムの安定性と信頼性を高め、光発電の応用分野を広げた。

光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光発電所システム構造

1.1システム全体のフレームワーク

光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光発電所のシステム全体の枠組みは、光発電アレイとインバータ、エネルギー貯蔵システム、電力スケジューリングとエネルギー管理システムを含む。太陽光アレイは太陽エネルギーを直流電力に変換する、インバータは直流電力を交流電力に変換し、電力供給網または負荷を使用する。エネルギー貯蔵システムは、太陽光発電が負荷需要を満たすには十分でない場合に負荷に電力を供給し、太陽光発電が過剰である場合に電力を貯蔵する。電力スケジューリングとエネルギー管理システムは負荷需要と光発電状況に基づいて、光発電とエネルギー貯蔵システムに対する協調制御を実現する。以上の各部の緊密な協力により、光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光発電所システムは太陽エネルギーの*効果利用を実現し、システムの安定性と信頼性を高めることができる。

1.2光起電力アレイとインバータ

光起電力アレイは光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光起電力発電所システムの核心部分であり、主に太陽エネルギーを直流電力に変換する責任を負う。光起電力アレイの選択と設計は、光起電力コンポーネントの性能、コスト、信頼性などを考慮し、異なる応用ニーズに応じて適切な光起電力アレイを選択しなければならない。同時に、*大電力追跡を実現し、システム効率を高めるためには、インバータの選択と制御戦略も重要である。

1.3エネルギー貯蔵システム

エネルギー貯蔵システムは、リチウムイオン電池、バナジウム液流電池などの異なるタイプのエネルギー貯蔵技術を異なる応用シーンと需要に応じて選択することができる。エネルギー貯蔵システムの容量設計には、光発電量の変動性、負荷需要及びシステムコストなどの要素を十分に考慮する必要がある。また、エネルギー貯蔵システムの制御戦略もシステムの安定した運行を保証する重要な一環である。さまざまな応用シーンに応じて適切なエネルギー貯蔵システムを選択するには、以下は一般的なエネルギー貯蔵タイプの比較である（表1参照）。

1.4電力スケジューリングとエネルギー管理システム

電力スケジューリングとエネルギー管理システムは光発電とエネルギー貯蔵システムに対して協調制御を行い、光発電量の平滑な出力を実現し、システムの安定性と信頼性を高める。電力スケジューリングとエネルギー管理システムはリアルタイムで光発電量、エネルギー貯蔵システムの状態と負荷需要を監視し、合理的なスケジューリング戦略を制定する必要がある。典型的なスケジューリング戦略としては、ピークバレー平滑化、優先的に負荷ニーズを満たすこと、充放電戦略最適化などが挙げられる。システムの知能化の程度を高めるために、人工知能、ビッグデータ分析などの技術を結合して電力スケジューリングとエネルギー管理を行うことができる。

2.キーテクノロジー

光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光発電所システムにおける重要な技術としては、*効率光発電コンポーネントの選択と設計、インバータ技術、エネルギー貯蔵システム技術と電力スケジューリングとエネルギー管理戦略、屋根構造の最適化と安全性設計が挙げられる。

2.1光起電力コンポーネントの選択と設計

光起電力モジュールの性能はシステム全体の発電効率に直接影響する。光起電力コンポーネントを選択する際には、コンポーネントの性能パラメータ、コスト、信頼性、寿命などの要素を十分に考慮する必要があります。現在市場で一般的な光起電力モジュールのタイプには、結晶シリコン太陽電池モジュール、薄膜太陽電池モジュールなどが含まれる。また、屋根の具体的な条件と需要に応じて、合理的な光起電力アレイの配置を設計することができ、システムが異なる光照射条件の下で*大発電量を実現することができる。

2.2インバータ技術

インバータは光発電システムにおける重要な設備であり、光発電アレイで発生した直流電力を交流電力に変換する責任を負う。インバータの性能と制御戦略はシステム全体の効率と安定性に重要な影響を与える。現在、市場には主に集中型インバータ、組列型インバータ、マイクロインバータなどの異なるタイプがある。インバータを選択する際には、システム規模、コンポーネント特性、設置条件などの要素に基づいて総合的に考慮しなければならない。同時に、インバータの＊大電力点追跡（MPPT）アルゴリズムと保護機能もシステム性能に重要な影響を与える。

2.3エネルギー貯蔵システム技術

エネルギー貯蔵システムは光貯蔵一体化屋根分散型光発電所の重要な部分であり、その性能と設計はシステムの安定性と信頼性に直接影響する。

2.3.1エネルギー貯蔵タイプの選択

リチウムイオン電池、バナジウム液流電池、*級キャパシタなど、さまざまな用途やニーズに応じて、さまざまなタイプのエネルギー貯蔵技術を選択することができます。エネルギー貯蔵タイプを選択する際には、エネルギー貯蔵設備の性能、コスト、寿命、安全性などの要素を考慮しなければならない。

2.3.2エネルギー貯蔵容量設計

エネルギー貯蔵容量の設計には、光発電量の変動性、負荷需要及びシステムコストなどの要素を十分に考慮する必要がある。合理的なエネルギー貯蔵容量設計により、異なる光照射条件と負荷条件でのシステムの安定した運用を確保することができ、同時に過度な投資を回避することができる。通常、エネルギー平衡分析、確率統計分析などの方法を用いてエネルギー貯蔵容量の計算と最適化を行う。

2.3.3エネルギー貯蔵システム制御戦略

エネルギー貯蔵システムの制御戦略はシステムの安定運転を保証し、発電効率を高めるために重要な役割を果たす。一般的な制御戦略には、充放電戦略の最適化、状態推定、故障診断、保護などが含まれる。同時に、人工知能、ビッグデータ分析などの*技術を結合し、よりインテリジェントなエネルギー貯蔵システム制御を実現することができる。

2.4電力スケジューリングとエネルギー管理戦略

電力スケジューリングとエネルギー管理戦略は、光発電とエネルギー貯蔵システムの共同運転を実現するために重要な役割を果たす。典型的なスケジューリング戦略としては、ピークバレー平滑化、優先的に負荷ニーズを満たすこと、充放電戦略最適化などが挙げられる。電力スケジューリングとエネルギー管理戦略は実際の負荷需要、光発電状況とエネルギー貯蔵システムの状態に基づいて動的に調整し、システムの安定運転と*効率発電を実現しなければならない。

2.5屋根構造の最適化と安全性の設計

屋根構造の最適化と安全性設計は、屋根分散型光発電所の安定した運転とシステム寿命の延長に重要である。設計過程において、屋根の荷重能力、構造形式、設置方式、防雷、防火、防風などの要素を十分に考慮しなければならない。また、光起電力モジュール、インバータ、エネルギー貯蔵システムなどの設備に対して合理的な配置を行い、システムの設置、メンテナンス、故障排除を容易にする必要がある。安全性設計の面では、国と地域の基準と規範に従い、さまざまな環境条件下でシステムの安全運行を確保しなければならない。

3.実現事例

以上の設計理念及び重要技術に基づいて、ある大型商業総合体で実際に応用された。この複合体の屋根面積は約5000 m 2である。エネルギー利用効率を高め、電力コストを低減するため、屋根に光貯蔵一体化分布式光発電所を設置する。このプロジェクトの設計目標は商業総合体の約60%の日常用電気需要を満たすことである。

3.1設計案と実施

屋根面積と所有者のニーズに応じて、対応するハードウェアを選択します。光起電力モジュール：LONGiSolarLR 6-72 HPH 450 W単結晶シリコンモジュールを選択し、合計560枚、総組立機容量は252 kWpである。インバータ：SungrowSG 110 CX三相組合直列インバータを選択し、合計2台、総容量は220 kWである。エネルギー貯蔵システム：CATLLFPリチウムイオン電池を選択し、エネルギー貯蔵容量は300 kW・hである。実施の過程で、光起電力モジュールは南傾角20°に従って屋根に配置され、発電量*を大きくする。同時に、インバータとエネルギー貯蔵システムは屋根付近の機械室に設置され、線路損失を低減する。

3.2パフォーマンス評価と最適化

年間の運転を経て、この光発電所の発電量は約305 MW・hに達し、予想される目標を満たした。エネルギー貯蔵システムは太陽光発電の余剰電力量を昼間に貯蔵し、夜間に放出し、商業総合体が電力使用ピーク時にピーク谷の平滑化を実現できるようにする。以下は発電所運転後の主変負荷変化である（表2参照）。システム性能の監視と分析を通じて、光起電力モジュールの発電効率がさらに向上する必要があることを発見し、そのため洗浄周波数を増加し、光起電力モジュールの長期安定運転を確保した。

3.3経済効果の分析

このプロジェクトの総投資額は約150万元である。1年間の運行を経て、約18万元の電気料金の支出を節約した。同時に、地元政府の補助金政策によって、プロジェクトは毎年約7万元の補助金収入を得ることができる。総合的に考えて、このプロジェクトの投資回収期間は約6年で、比較的に良い経済効果がある。

3.4プロジェクト分析

このケースは商業総合体の実際の電力需要に基づき、光起電力モジュール、インバータとエネルギー貯蔵システムを合理的に配置し、システム全体が約60%の日常電力需要を満たすことができ、外部電力網への依存を低減した。選択されたLONGiSolarLR 6-72 HPH 450 W単結晶シリコンコンポーネントは、高い変換効率（20.6%）を有し、光発電システムの高性能と安定性を確保した。また、SungrowSG 110 CX三相グループ直列インバータを採用し、高い*大効率を持ち、異なる光照射条件での運転に適応でき、システム全体のエネルギー出力を高めた。同時に、CATLLFPリチウムイオン電池をエネルギー貯蔵システムとして採用し、比較的に高いエネルギー密度、長寿命と安全性を有し、光発電量の有効な貯蔵と利用を実現することができる。電力スケジューリングとエネルギー管理システムにより、日中光発電量の貯蔵と夜間放出を実現し、電力使用ピーク時の電力負荷を低減し、システム全体の安定性を高めた。後期には最適化も行い、太陽光発電モジュールの発電効率の問題を発見し、解決し、洗浄周波数を増加し、太陽光発電モジュールの長期安定運転を確保した。

4.アンコールAcrel-2000 MGマイクログリッドエネルギー管理システム

4.1概要

Acrel-2000 MG貯蔵エネルギー管理システムは安科瑞が工業商業貯蔵エネルギー発電所に対して開発した現地化エネルギー管理システムであり、貯蔵エネルギー発電所のデータ収集、データ処理、データ記憶、データ検索と分析、可視化監視、警報管理、統計報告書、策略管理、歴史曲線などの機能を実現することができる。その中に策略管理、多種の制御策略選択を支持し、計画曲線、峰を削って谷を埋め、必要量制御、逆流防止などを含む。このシステムは下級各エネルギー貯蔵ユニットの統一的な監視と管理を実現するだけでなく、上級スケジューリングシステムとクラウドプラットフォームとのデータ通信と相互作用を実現することができ、上級スケジューリング命令を受け入れることができるだけでなく、遠隔監視と運行メンテナンスを満たすことができ、エネルギー貯蔵システムの安全、安定、信頼性、経済運行を確保することができる。

4.2アプリケーションシーン

商業用エネルギー貯蔵発電所、新エネルギー分配貯蔵発電所に適用する。

4.3システム構造

4.4システム機能

（1）リアルタイム監督管理

マイクログリッドの運行に対してリアルタイムの監督管理を行い、市電、太陽光発電、風力発電、エネルギー貯蔵、充電杭及び電力使用負荷を含み、同時に収益データ、天気状況、省エネ・排出削減などの情報も含む。

（2）インテリジェント監視

システム環境、光起電力モジュール、光起電力インバータ、風力電力制御インバータ一体機、エネルギー貯蔵電池、エネルギー貯蔵インバータ、電力使用設備などに対してリアルタイムモニタリングを行い、マイクロ電力網システムの運行状況を把握する。

（3）電力予測

分布式発電システムに対して短期、超短期の発電電力予測を行い、合格率と誤差分析を示した。

（4）電気エネルギー品質

マイクログリッドシステム全体の範囲内の電気エネルギー品質と電気エネルギー信頼性状況の持続的なモニタリングを実現する。例えば、電圧高調波、電圧フリッカ、電圧アンバランスなどの定常状態データと電圧一時上昇/一時降下、電圧中断一時状態データに対してモニタリング分析と録画展示を行い、そして電圧、電流瞬間変化に対してモニタリングを行う。

（5）可視化運転

マイクログリッドの無人化を実現し、デジタル化、インテリジェント化、便利化管理を実現する、重要な負荷と設備を無停止に監視する。

（6）最適化制御

過去の電力使用データ、天気条件を分析することによって負荷に対して電力予測を行い、そして分布式電源出力力と貯蔵エネルギー状態を結合して、経済最適化スケジューリングを実現して、ピーク時あるいはピーク時の電力使用量を下げて、企業の総合電力使用コストを下げる。

（7）収益分析

ユーザーは太陽光発電、エネルギー貯蔵、充電杭の3つの部分の毎日の電力量と収益データを見ることができ、同時に年報を切り替えて毎月の電力量と収益を見ることができる。

（8）エネルギー分析

太陽光発電、風力発電、エネルギー貯蔵設備の発電効率、変換効率を分析することにより、設備の性能と状態を評価する。

（9）ポリシー構成

マイクログリッドの配置は主にマイクログリッドシステムの構成、基礎パラメータ、運転戦略及び統計値を設定する。その中の策略は計画曲線、峰を削って谷を埋め、必要量の制御、新エネルギーの消去、逆電力の制御などを含む。

5.ハードウェアとその関連製品

6.結論

光貯蔵一体化屋根分散型光発電所は光発電とエネルギー貯蔵システムを結合し、顕著なエネルギー最適化と経済効果を有する。システム構造は光起電力アレイ、インバータ、エネルギー貯蔵システム、電力スケジューリングとエネルギー管理システムを含む。重要な技術は光起電力コンポーネントの選択と設計、インバータ技術、エネルギー貯蔵システム技術及び電力スケジューリングとエネルギー管理戦略に関する。実際の応用例の分析を通じて、光貯蔵一体化屋根分布式光発電所は建築物に広範な応用の将来性があることを発見することができる。光発電とエネルギー貯蔵技術のさらなる発展と政策支援に伴い、光貯蔵一体化屋根分散型光発電所の技術的優位性と経済的効果はさらに明らかになるだろう。将来的には、光貯蔵一体化屋根分散型光発電所はより多くの建物にクリーンで持続可能なエネルギーソリューションを提供し、エネルギー危機への対応と気候変動への対応に積極的に貢献する。

参考文献

[1]陳禹萌.光貯蔵一体化に基づく屋根分散型光発電所の設計と実現。

[2]理想を支える、李蓓.屋上分散型光発電所の設計と実現[J].集積回路応用、2023、40（3）：52-54.

(3)葉洪吉、衛東、郭倩、など。設計情報に基づく分散型光発電所予測発電量算出方法[J].太陽エネルギー学報、2021、42（4）：253-259。

［4］アンコールエンタープライズマイクログリッド設計と応用マニュアル.2022年05版