基于相變儲能的建筑光伏系統儲能優化配置研究

程偉

摘要：我國城市化步伐加快，增加了建筑的能耗，不僅會帶來能源方面的危機，還會造成對環境的污染，通過建筑微網的構建，對可再生資源進行消納，能夠使電網的壓力得到緩解，而且具有低碳、清潔的特點。由于目前建筑光伏系統存在一些問題，所以，就需要在建筑光伏系統中考慮相變儲能的加入。對于建筑物內溫控負荷使用相變儲能聯合空調來滿足其要求。本文主要介紹了基于相變儲能的建筑光伏系統儲能的優化，需求響應模型及優化調度策略。

關鍵詞：相變儲能? ?建筑光伏系統? 儲能優化配置? ?研究

建筑能耗是各行業中的耗能大戶，在我國已經接近占總能耗的30%，如何有效的降低建筑能耗是目前人們關注的焦點之一。在節能的基礎上如何使用可再生能源，降低建筑物傳統能源消耗量是近幾年人們的努力方向。城市化進程的加快，造成了建筑能耗的增長，也帶來了能源危機，造成了環境的污染，為了解決這一問題，就需要借助建筑光伏系統，但是，建筑光伏系統存在一些問題，比如光伏出力值和用電系統的負荷不夠匹配，棄光等。所以，建筑微網結構的構建有重要的意義和價值。

一、加入PCM的建筑光伏系統種類

建筑光伏微網的建立要以原有的用電系統為中心，該網比傳統的光伏微網有優勢的地方在于，除了有蓄電池，還使用了相變儲能技術，其中，建筑照明和電器的電能由光伏系統提供，生活用水和采暖的熱能由相變儲能系統提供[1]。

1.1分布式光伏微網

建筑中的分布式光伏微網，除了有光伏電池板和蓄電池，還包括配電器等設備，工作方式靈活，不僅可以孤島運行，還可以發電上網，控制和管理自身系統。在本文的研究中，對于建筑內的負荷要求是優先滿足的，對于相變儲能系統和蓄電池的充電是利用剩余電量進行，如果剩余電量仍然用不完，就可以進行發電上網，不僅能創造收益，還可以在系統發電量減少時，進行回購，使建筑內整個時間段的用電需求得到滿足。

1. 1. 1 光伏系統的出力特點

因為光伏的出力容易受到地理位置和天氣情況的影響，所以，它的特點就是不確定、會產生波動。系統可以實時監測到發電量，能夠以此為依據繪制該系統的日處理曲線，該曲線像一條拋物線，主要還是因為該系統具有容易產生波動的特點，云層的遮擋也會對系統造成影響。一般情況下，早上日出后，光伏系統開始工作，出力程度隨著時間的推移，光照強度加大而上升，一般在午后達到出力值的頂峰，之后開始下降，傍晚日落后出力值為零，在沒有光照的夜晚，也是沒有出力值的。如果光伏的出力和負荷曲線不匹配，就會發生棄光，而且是大量的。

1. 1. 2 蓄電池的充放電

光伏發電系統中，必須有蓄電池，主要作用是儲蓄電能，可以對太陽能發電方式的不足進行彌補。但目前由于投資成本和政策等問題，限制了儲能的廣泛應用，為解決這一問題，有研究提出了儲能共享模式。將儲能裝置應用到微電網中，采用下垂控制和功率分配是解決系統功率不平衡的常見策略。在本文的研究中，蓄電池主要是對光伏發電中產生的多余電量進行儲存。蓄電池的荷電狀態直接影響著它的充放電功能。

1.2相變儲能模型

相變儲能模型是通過相變材料的相變來儲存或釋放其中的熱量。該模型的特點是，體積變化小、能量密度高、化學性能穩定、無毒安全、可以循環利用、對環境友好。

建筑光伏系統中加入PCM，可以在用電低谷或者光伏發電出現富余的時候，對電能進行儲存;當光伏發電量不夠、用電高峰時，相變儲能系統可以對建筑的室內溫度進行調節。在本文的研究中，使用的相變材料是月桂酸和癸酸這兩種材料，復合比例是0.5比0.3，相變溫度是18攝氏度，能夠保證冬季室內的溫度在11到17度之間，夏季溫度在17到22度之間。

二、需求響應及優化

電力用戶的電力消費習慣、模式的改變可以通過需求響應來實現，對于用電量供需不平衡能夠很好地進行解決，降低供電系統的成本，電網的運行效率獲得提高，對系統的資源進行優化，還可以對電網的運行和投資收益進行協調。需求響應主要是基于價格和基于激勵這兩種。需求響應如果是基于價格，主要是用戶以電價的價格對自己用電的時間進行調整，降低自己的用電費用。基于激勵則不同，主要是通過激勵政策的制定，對用戶進行激勵，一旦供電系統出現問題，用戶自主自覺地減少系統的用電負荷。

2.1分時電價的需求響應

分時電價主要是在一天的不同用電階段實行不同的電價。需求響應引用的措施之一就是分時電價的使用，分時電價能夠使電能在負荷高峰時的價值得以體現，通過分時電價，可以改變和調整用戶的用電方式和時間，從而達到負荷曲線的改變。電價的合理定制是采用分

時電價需求響應的關鍵環節，用電高峰期，如果電價定得太高，會造成用戶出現過度的響應，從而造成用電高峰時間負荷下降過快，用電低谷期負荷增加速度過快的情況，甚至會使系統出現峰谷倒置的問題。與此同理，如果用電高峰期，電價定得太低，又會出現用戶響應過低的情況，不能實現削峰填谷。所以，用戶的用電量取決于電價的制定和變化。電價彈性系數可以對電價和電量的變化量進行表達，主要分兩種類型，一種是交叉彈性系數，另一種是自彈性系數。在本文的研究中，相變儲能系統、空調可以以光伏系統的出力情況、用電時段對建筑的室內溫度進行調節。

2.2需求響應的兩種情況

2.2.1負荷值小于光伏系統出力值

不管是哪個用電時段，都要對室內溫度使用空調來進行調節，此時的光伏系統供電為負荷，蓄電池需要使用富余的電量進行充電，蓄電池充滿電時，可以給相變儲能系統進行充電，蓄電池和相變儲能系統都充滿電了，就可以將富余的電量發電上網。

2.2.2負荷值大于光伏系統出力值

在用電高峰和用電平穩時段，主要有兩種情況：第一，如果相變儲能系統沒有儲存電量，對室內的溫度就需要使用空調進行調節;如果是使用蓄電池供電，電量不夠的情況下，就可以從系統回購。第二，如果相變儲能系統儲存有電量，對室內溫度就應該使用相變儲能系統進行調節。

結語：相變儲能技術在建筑行業的應用，引起各方的關注，尤其是在建筑光伏系統儲能中的應用，提高了供電的效率。本文主要研究了在建筑光伏系統中加入相變儲能系統，通過需求響應模型的建立，降低了光伏系統的成本，優化了光伏系統的儲能容量。

參考文獻：

[1]李艷，胡志豪，隨權，等.考慮風光熱不確定性和相變儲能系統的城市建筑微網電–熱聯合調度[J]. 電網技術，2019，43（10）：3687-3697.

[2]楊天蒙，韓震燾，史喆，等.能源互聯網系統中復合儲能協調優化配置方法研究[J].電測與儀表，2021，58（5）：8-13.