太陽光発電エネルギー貯蔵システムの基本的な構成と作業原則
太陽光発電所のエネルギー貯蔵システムは、高度に統合されたエネルギー管理システムであり、そのコア機能は、電気エネルギーの時空間的翻訳を実現し、太陽光発電の断続的で変動する問題を解決することです。このシステムは、主に太陽光発電発電ユニット、エネルギー貯蔵バッテリーパック、双方向コンバーター（PCS）、エネルギー管理システム（EMS）、配電システムなどのコアコンポーネントで構成され、完全な作業ループを形成します。
システムのエネルギー入力エンドとして、太陽光発電モジュールは単結晶シリコンまたは多結晶シリコンテクノロジーを使用し、一般的に18％-22％に変換効率に達します。標準テスト条件（STC）では、地理的位置と設置角度に応じて、太陽光モジュールの各キロワットの年間発電が1200-1600 kWhに到達できます。コンポーネントによって生成されたDC電気がコンビナーボックスを介して収集された後、その一部はインバーターによって直接AC電気に変換され、負荷を供給するか、グリッドに接続され、他の部分はDC\/DCコンバーターを介してエネルギー貯蔵バッテリーに充電されます。
エネルギー貯蔵バッテリーパックは、システムのコアエネルギー貯蔵媒体です。現在、主流の使用は、リチウム鉄リン酸塩バッテリー（LFP）であり、3.2Vの単一の細胞電圧、160-200 wh\/kgのエネルギー密度、6000倍以上のサイクル寿命（容量保持率80％）です。バッテリー管理システム（BMS）は、各バッテリーの電圧、温度、およびSOCステータスをリアルタイムで監視し、システムが安全な範囲内で動作するようにします。高度なBMSは、積極的なバランスをとることができ、±50mV以内のバッテリーパック内の個々のセル間の電圧差を制御し、バッテリー寿命を大幅に延長します。
双方向コンバーター（PCS）は、DCエネルギー貯蔵システムをAC電源グリッドと接続する重要な機器です。最新のPCはIGBTまたはSICパワーデバイスを使用しており、変換効率は98％以上に達する可能性があります。そのコア機能には、ACとDC間の双方向変換の達成、出力力率の調整（通常±{1}}。9）、低電圧の乗り心地を提供する（LVRT）機能を提供するなどが含まれます。電源グリッド障害が発生した場合、PCは2ms以内のモードスイッチングを完了して、安定したシステム操作を確保できます。
エネルギー管理システム（EMS）は、システム全体の脳であり、階層制御アーキテクチャを採用しています。上層層は、人工知能アルゴリズムに基づいてエネルギースケジューリングの決定を下し、下層はPLCを介してデバイスレベルの制御を実現します。典型的な機能には、次のものが含まれます：太陽光発電発電予測（LSTMニューラルネットワーク、24-時間予測エラーを使用<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.
配電システムには、トランス、スイッチギア、保護装置などが含まれ、通常は0。4kVまたは10kVの電圧レベルがあります。システム設計は、GB\/T 36547-2018などの標準的な要件に準拠する必要があります。「流通ネットワークに接続された電気化学エネルギー貯蔵システムの技術規制」は、グリッド接続の安全性を確保します。反逆流保護とアイランド州保護の機能は不可欠であり、保護アクション時間要件は200ms未満です。
主流のエネルギー貯蔵技術の比較と選択
太陽光発電所用の現在の利用可能なエネルギー貯蔵技術には、主に電気化学エネルギー貯蔵、機械的エネルギー貯蔵、電磁エネルギー貯蔵の3つのカテゴリが含まれています。実際のアプリケーションでは、電気化学エネルギー貯蔵は、柔軟性が高く、応答速度が高速であるため、リチウムイオン電池が最も広く使用されています。
リチウム鉄リン酸リン酸リン酸リン酸塩（LFP）バッテリーは現在、太陽光発電所に好ましい選択肢です。コアの利点は、3つの側面に反映されています。サイクル寿命に関しては、80％の深部放電（DOD）条件下で6000サイクル以上に達する可能性があります。コストに関しては、技術の進歩により、システム価格は1。2-1。5yuan\/whに引き下げられました。 100MWHプロジェクトの測定データは、LFPバッテリーシステムの全体的な効率が92％に達し、年間減衰率があることを示しています。<2%.
従来の技術としての鉛酸バッテリーは、特定の範囲内で依然として使用されています。その利点は、その低い初期投資（{{{0}}}しかし、欠点も明らかです。サイクル寿命は500-1200倍（50％DOD）であり、エネルギー密度は30-50 wh\/kgであり、鉛汚染のリスクがあります。鉛酸バッテリーは、大容量のエネルギー貯蔵を必要とする状況で徐々に段階的に廃止されました。
フローバッテリー（すべてのバナジウムフローバッテリーなど）は、長期エネルギー貯蔵（4-8時間）に適しており、サイクル寿命は10000倍以上で、分解の問題はありません。しかし、エネルギー密度は20-30 wh\/kgのみであり、システムの効率は70％-75％であり、初期投資は3-4 yuan\/whと同じくらい高いです。現在、これは主にグリッド側のエネルギー貯蔵に使用されており、太陽光発電所ではあまり一般的ではありません。
新たなナトリウムイオンバッテリーは多くの注目を集めており、その作業原理はリチウムイオン電池のそれに似ていますが、低価格のナトリウム元素を使用しています。実験室のデータは、ナトリウムイオン電池のエネルギー密度が120-160 wh\/kgに達し、サイクル寿命は約3000倍、コストはLFPよりも20％-30％低いことを示しています。ただし、現在の工業化レベルは不十分であり、実際のプロジェクトアプリケーションのケースは限られています。
技術的な選択は、複数の要因を包括的に考慮する必要があります。1MWを超える太陽光発電発電所の場合、LFPバッテリーに優先順位を付けることをお勧めします。リモートエリアの小さなオフグリッドシステムの場合、鉛蓄電池は初期投資を減らすために考慮することができます。延長されたサイクル寿命を必要とするアプリケーションの場合、フローバッテリーは潜在的な選択です。 10MWの太陽光発電所の比較分析は、LFPバッテリーを使用するための完全なライフサイクルコストが鉛蓄電池よりも35％低く、フローバッテリーより50％低いことを示しています。
インテリジェントエネルギー管理システムの主要なテクノロジー
最新のエネルギー管理システムは、単純なデータ収集と監視から、人工知能の意思決定能力を備えたインテリジェントな脳に進化しました。そのコアテクノロジーアーキテクチャには、認識レイヤー、ネットワークレイヤー、プラットフォームレイヤー、アプリケーションレイヤーの4つのレベルが含まれます。
知覚層は、さまざまなセンサーを介してリアルタイムデータを収集します。太陽光発電アレイには、カスケード障害を検出できるIV曲線スキャナーが装備されています。バッテリーシステム用の電圧\/温度センサーの設置（精度±0。5％）; PCSには、電力品質アナライザー（サイクルあたり256ポイントのサンプリングレート）が装備されています。特定のプロジェクトの統計によると、典型的な10MWシステムでは、最大100msのデータリフレッシュレートで、2000を超える監視ポイントの展開が必要です。
ネットワークレイヤーは、産業イーサネットとワイヤレスプライベートネットワークのハイブリッドネットワーキングアプローチを採用しています。主要な制御信号は、光ファイバーを介して送信され、10ms未満の遅延を確保します。非重要なデータは、LORAなどのワイヤレステクノロジーを使用して送信できます。システム通信プロトコルは、IEC 61850やModbusなどの複数の標準をサポートして、デバイスの相互接続と相互運用性を実現する必要があります。
プラットフォームレイヤーのコアはデジタルツインテクノロジーです。これは、物理システムの仮想マッピングを確立することにより3つのコア関数を実現します。太陽光発電発電予測は、10％以内の72時間の予測エラーを制御するために、数値気象予測（NWP）と組み合わせたLSTM+注意ハイブリッドモデルを採用します。負荷予測は、92％の精度で、平日\/休日モードを考慮して、深い補強学習（DRL）に基づいています。電気価格の差、バッテリー減衰、グリッド需要などの7つの最適化目標を考慮しながら、多目的動的プログラミングアルゴリズムを使用してスケジューリングアプリケーションを最適化します。
アプリケーションレイヤーは特定のビジネス機能を実装します。経済発送モジュールは、ピークバレーアービトラージ（ローカル{3-年の電気価格データの分析、充電期間の自動化と排出期間の最適化）、需要管理（毎月の最大需要の予測、基本的な電力コストの節約）をサポートします。補助サービスモジュールは、周波数規制などの市場に参加できます（応答時間<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.
5 0 MW太陽光発電エネルギー貯蔵プロジェクトの実際の運用データは、インテリジェントEMSがシステム収益を28％増加させたことを示しています。その中で、FM補助サービスに参加することにより、0.15元\/kWhの追加収入を得る。正確な負荷予測により、放棄された太陽損失を12％減らす。バッテリーの充電と放電戦略を最適化することにより、バッテリー寿命は17％延長されました。システムの投資回収期間は、7.5年から5。8年に短縮されました。
