隨著全球能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型，光伏發(fā)電已成為重要的可再生能源之一。然而，光伏發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，其輸出功率受天氣、晝夜影響顯著，這給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。將光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，形成“光儲(chǔ)一體化”解決方案，是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)、提升能源利用效率與可靠性的關(guān)鍵路徑。這種結(jié)合不僅能平滑光伏的輸出功率，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還能在光照不足時(shí)釋放儲(chǔ)存的電能，保障連續(xù)供電，從而兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定與高效。

光儲(chǔ)系統(tǒng)的具體應(yīng)用模式多樣，主要可根據(jù)其與公共電網(wǎng)的關(guān)系分為幾類，每種模式都針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求。

第一種是光伏并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。這是最常見的一種模式，系統(tǒng)始終與公共電網(wǎng)連接，無法脫離電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。它的核心目標(biāo)通常在于優(yōu)化光伏發(fā)電的自發(fā)自用，降低用戶的用電成本。例如，在白天光伏發(fā)電高峰時(shí)，將多余的電能儲(chǔ)存起來，而非全部饋入電網(wǎng)；等到傍晚或夜間用電高峰、電價(jià)較高時(shí)，再將儲(chǔ)存的電能釋放出來供自身使用，從而減少?gòu)碾娋W(wǎng)購(gòu)電的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”。此外，并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)也能響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度，參與調(diào)頻等輔助服務(wù)，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。

光伏組件、儲(chǔ)能電池、逆變器、負(fù)載與電網(wǎng)連接的并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

第二種是光伏離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)完全獨(dú)立于公共電網(wǎng)，適用于無電網(wǎng)覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島，或?qū)╇姫?dú)立性要求極高的特定場(chǎng)所。它就像一個(gè)自給自足的“能源孤島”，由光伏板發(fā)電，將電能儲(chǔ)存在蓄電池中，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)載使用。離網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心在于根據(jù)負(fù)載需求和當(dāng)?shù)毓庹諚l件，精確配置光伏與儲(chǔ)能的容量，以確保在任何天氣條件下都能提供連續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

離網(wǎng)系統(tǒng)中光伏、控制器、蓄電池、逆變器及負(fù)載連接關(guān)系的示意圖

第三種是光伏并離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，也稱為混合型系統(tǒng)。它集成了前兩種模式的特點(diǎn)，具備并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行能力。在電網(wǎng)正常時(shí)，它與并網(wǎng)系統(tǒng)一樣工作，可以與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或停電時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)、快速地從并網(wǎng)模式切換到離網(wǎng)模式，利用自身的光伏和儲(chǔ)能繼續(xù)為關(guān)鍵負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了供電可靠性的顯著提升。這種模式對(duì)于醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、重要工業(yè)企業(yè)等不允許斷電的場(chǎng)所具有重要價(jià)值。

并離網(wǎng)混合系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖

更進(jìn)一步，當(dāng)我們將光伏、儲(chǔ)能與其他分布式能源（如小型風(fēng)電、柴油發(fā)電機(jī)）以及本地負(fù)載整合在一起，形成一個(gè)能夠自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)時(shí)，就構(gòu)成了微電網(wǎng)。微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)扮演著“穩(wěn)定器”和“調(diào)節(jié)池”的核心角色。它不僅可以平抑光伏、風(fēng)電等間歇性電源的波動(dòng)，還能在微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)提供電壓和頻率支撐，確保系統(tǒng)穩(wěn)定；在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，如參與需求側(cè)響應(yīng)。

光伏、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能、柴油發(fā)電機(jī)及負(fù)載的微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

無論是簡(jiǎn)單的離網(wǎng)系統(tǒng)，還是復(fù)雜的并離網(wǎng)或微電網(wǎng)系統(tǒng)，要真正實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，都離不開一個(gè)“智慧大腦”——能量管理系統(tǒng)（EMS）。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全天候的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，并基于預(yù)設(shè)的策略或算法進(jìn)行智能調(diào)度與控制。

例如，在微電網(wǎng)場(chǎng)景下，能量管理系統(tǒng)需要綜合考量光伏和風(fēng)電的實(shí)時(shí)發(fā)電預(yù)測(cè)、儲(chǔ)能電池的當(dāng)前狀態(tài)（如電量、健康度）、負(fù)載的用電需求以及電網(wǎng)的電價(jià)信號(hào)或調(diào)度指令，來做出最優(yōu)決策：何時(shí)讓儲(chǔ)能充電，何時(shí)放電；何時(shí)優(yōu)先使用光伏電，何時(shí)從電網(wǎng)購(gòu)電或向電網(wǎng)售電；在離網(wǎng)模式下，如何協(xié)調(diào)柴油發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能共同保障供電等。其目標(biāo)是在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，最大化清潔能源的消納比例，降低整體用能成本。

能量管理系統(tǒng)在并網(wǎng)微電網(wǎng)中連接各子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

能量管理系統(tǒng)在離網(wǎng)微電網(wǎng)中協(xié)調(diào)控制各單元的架構(gòu)圖

這類系統(tǒng)的功能通常十分全面。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列的發(fā)電功率、儲(chǔ)能電池的充放電狀態(tài)、電壓電流、SOC（剩余電量）以及關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行溫度等數(shù)百項(xiàng)參數(shù)，并以直觀的圖形化界面展示。一旦任何參數(shù)出現(xiàn)異常或越限，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聲光、彈窗乃至短信等多重報(bào)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)處理。同時(shí)，它具備完善的能量管理與調(diào)度功能，能夠執(zhí)行諸如“削峰填谷”、“需量控制”、“防逆流”等多種策略，并生成詳細(xì)的用能統(tǒng)計(jì)與收益分析報(bào)告，為運(yùn)營(yíng)決策提供數(shù)據(jù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，系統(tǒng)需要一系列軟硬件產(chǎn)品的支撐。硬件方面包括用于數(shù)據(jù)采集與邊緣控制的智能網(wǎng)關(guān)、測(cè)量各類電參數(shù)的電力監(jiān)控儀表、保護(hù)開關(guān)設(shè)備以及專用的通信管理機(jī)等。軟件則是部署在服務(wù)器或云平臺(tái)上的能量管理平臺(tái)軟件，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的集中處理、分析、可視化與高級(jí)應(yīng)用。

在能源管理領(lǐng)域，一些廠商提供了相應(yīng)的解決方案。像安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（Acrel-2000MG）這類平臺(tái)，便是設(shè)計(jì)用于接入光伏、儲(chǔ)能等多種設(shè)備，進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控與智能化能量管理的工具。它通過集成監(jiān)控與能量管理功能，旨在促進(jìn)可再生能源的高效利用，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的微電網(wǎng)運(yùn)行。

總而言之，光伏與儲(chǔ)能的結(jié)合并非單一模式，而是根據(jù)應(yīng)用需求演化出從并網(wǎng)、離網(wǎng)、并離網(wǎng)到微電網(wǎng)的系列解決方案。其演進(jìn)的核心邏輯始終圍繞著提升能源的自主性、利用效率與供電可靠性。而一個(gè)功能強(qiáng)大的能量管理系統(tǒng)，則是串聯(lián)起這些物理設(shè)備、釋放系統(tǒng)潛能、最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定與高效兼顧目標(biāo)的“神經(jīng)中樞”。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本的持續(xù)下降，靈活、智能的光儲(chǔ)系統(tǒng)必將在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中扮演越來越重要的角色。

審核編輯 黃宇