在“雙碳”目標指引下，未來的電力系統將轉型成為以可再生能源為主體的零碳電力系統。

“光儲直柔”建筑配電系統可有效解決電力系統零碳化轉型的兩個關鍵問題，即增加分布式可再生能源發電的裝機容量和有效消納波動的可再生能源發電量。

“光儲直柔”是在建筑領域應用光伏發電、儲能、直流配電和柔性用能四項技術的簡稱。它并非簡單的將光伏、儲能、直流配電系統、智能電器等組合，上述技術也并非獨立存在，而是有機融合并構成一個整體來實現“柔性用能”，即實現建筑與電網之間的友好互動。

“光儲直柔”建筑配電系統

01—光

“光”指的是建筑中的分布式太陽能光伏發電設施。這些設施可以固定在建筑周圍區域、建筑外表面或直接成為建筑的構件。

隨著光伏組件和系統的成本不斷降低，以及光伏組件色彩、質感、與建筑構件的結合形式越來越豐富，目前它已成為可再生能源在建筑中利用的最主要方式之一，與其它分布式發電設備（如分布式風力發電機等）一起成為推廣低碳建筑的必然選擇。

根據能源局相關統計，我國分布式光伏的裝機容量增長迅速，從2013年到2018年累計裝機容量從不到500萬kW增長到1.2億kW，預計在“雙碳”目標下，其增長速度還將加快。

光伏裝機容量的爆發式增長得益于組件效率的持續提升和成本的持續降低。大規模生產的單多晶電池平均轉換效率分別從2010年的17.5%和16.5%，提升至2018年的21.8%和19.2%，光伏組件效率近10年提升了6%。未來隨著新技術的不斷突破和制作工藝的提升，其效率還將會不斷提高。

在光伏發電的成本方面，較傳統發電系統的經濟性優勢也在不斷體現。我國光伏組件成本從2010年前后的約13元/Wp降低至近年來的1.5元/Wp。地面光伏電站在1200等效利用小時數下的平準化度電成本預計到2025年將會降到0.35元左右，逐漸具備與煤電競爭的能力。

近年我國光伏設備的效率及價格走勢

建筑分布式光伏集綠色、經濟、節能、時尚等優勢于一身，與集中式光伏電站相比更具優勢。

建筑分布式光伏建設時可通過建筑設計、施工同時進行，或安裝在既有建筑屋面上，節省土地租賃等一系列建設維護費用。隨著技術迭代和規?；瘧?，其組件效率和經濟性將會進一步提高。

02—儲

“儲”指的是建筑中的儲能設備，包括電化學儲能、生活熱水蓄能、建筑圍護結構熱惰性蓄能等多種形式。

有效、安全、經濟的儲能方式對于可再生能源的高效利用來說至關重要。為了應對巨大的分布式儲能需求，應從“硬性”的儲能技術和“軟性”的儲能模式兩方面共同著手，提出適用于不同應用場景的儲能解決方案。

近年來，電化學儲能技術發展最為迅速，其具有響應速度快、效率高及安裝維護要求低等諸多優勢?？捎糜诮ㄖδ艿男铍姵刂饕ㄤ囯x子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池等，電池技術呈現出成本減低和收益增加的趨勢。

當然，建筑儲能技術并非儲能電池技術的簡單移植，如何與建筑使用場景特點結合來保證電池安全散熱，如何合理管理電池來匹配建筑負荷特性，都是儲能電池應用于建筑場景所必須解決的關鍵。

除了“硬技術”外，針對現有技術的模式創新（即軟模式）極有可能應對當前迫切的儲能需求提供實用、經濟的解決方案。

比如，隨著電動車的普及，具有雙向充放功能的充電樁可把電動車作為建筑的移動儲能使用；通過空調末端充分利用建筑物自身的熱容實現冷熱量儲存（如熱活化建筑系統TABS）；通過大地的熱慣性實現冷熱量儲存（如地源熱泵）等。

近年來，煦聯得在多個項目中部署的光水氣多源聯供節能熱水系統，正是生活熱水蓄能技術的落地應用，不僅有效解決了大型酒店類公共建筑熱水用能高能耗的問題，同時大幅度降低了建筑運行中的直接碳排放量，向該類公共建筑實現“雙碳”目標，邁出堅實的一步。

煦聯得光水氣多源聯供節能熱水系統界面

03—直

“直”指的是建筑低壓直流配電系統。直流設備連接至建筑的直流母線，直流母線通過AC/DC變換器與外電網連接。

隨著建筑中電源、負載等各類設備的直流化程度越來越高，建筑直流配電系統對于提高建筑的能源利用效率、實現能源系統的智能控制、提高供電可靠性、增加與電力系統的交互、提升用戶使用安全性和便捷性等方面均具有較大優勢。

構建直流電器生態是推廣“光儲直柔”系統的基礎。雖然目前直流電器的產業化能力比較薄弱，但許多設備廠家均在直流電器方面進行的一定布局，直流家電及直流系統專利申請呈總體上升趨勢。此外，各種直流電器的智能控制策略也亟待開發，以實現基于“光儲直柔”系統原理的電器柔性用能調節。

除直流智能電器外，建筑級電網中的各類配電設備也是“光儲直柔”系統發展的瓶頸問題。

隨著直流配電技術的不斷成熟，推出直流建筑相關標準的呼聲越來越高?！睹裼媒ㄖ绷髋潆姽こ碳夹g導則》（建標工[2017]135號）已啟動編制，已于2022年初發布并啟動2.0版編制工作。標準重在從建筑電氣設計工作者的角度出發，解決低壓直流配電當前面臨的主要問題，并與既有的國標《民用建筑電氣設計標準》（GB51348-2019）形成相互補充。

《民用建筑直流配電工程技術導則》與國標《民用建筑電氣設計標準》（GB51348-2019）的關聯

04—柔

“柔”指的是柔性用電，也是“光儲直柔”系統的最終目的。柔性建筑的概念是由國際能源署IEA EBC Annex 67課題（2014-2020）系統提出：在滿足正常使用的條件下，通過各類技術使建筑對外界能源的需求量具有彈性，以應對大量可再生能源供給帶來的不確定性。

隨著建筑光伏、儲能系統、智能電器等融入建筑直流配電系統，建筑將不再是傳統意義上的用電負載，而將兼具發電、儲能、調節、用電等功能。

柔性建筑實現的“用電負荷可控”這一特性對于電網的運行調節具有重大意義。為鼓勵建筑柔性用能技術的發展，多省市已出臺需求側響應補償政策及示范。

從技術角度上看，柔性用電的實現方式更加簡單、經濟、可靠。其直流母線電壓可以在較大范圍的電壓帶內變化，而非傳統直流微網的“恒定直流母線電壓”策略。主要通過AC/DC控制母線電壓，以母線電壓為信號引導各末端設備進行功率調節，有利于適應復雜多樣的建筑終端設備和用戶需求。

為了更直觀的展示“光儲直柔”系統的工作原理，根據其系統的拓撲結構和控制策略，模擬典型建筑在一天內的電力供需情況，如下圖：

該建筑由公寓房和商鋪組成，負載包括家用電器/照明、商鋪電器/照明、商戶中央空調、充電樁、景觀照明噴泉等。若以火力為主的電力供給，負載均不能調節，只能通過電網供給側的調節來滿足電力需求。

若采用“光儲直柔”建筑配電系統，可安裝分布式光伏約500m2（90kWp），負載可拆分為不可調負載（152kW）、可切斷負載（4kW）、可削減負載-電動車充電樁（210kW）和可削減負載-中央空調（150kW），配備1200kWh的儲能系統（約一日總用電量的29%）。

此時，電網可以完全按照風光電1:1的零碳電力結構供給，分布式光伏可按最大功率發電，儲能系統可續存日間電力供給夜間使用，因此可完全實現“零碳運行”。

基于柔性建筑理念自主研發的煦聯得智慧能源管理系統界面

05—總結

“光儲直柔”系統將給電力系統的設計和運行帶來巨大變革，從傳統的“自上而下”（集中電站發電，并通過電網輸配給各終端用戶）轉變為“自下而上”（各終端用戶自身具有發電能力，分布式發電首先自消納，若有剩余再傳輸至上一級電網）。

“光儲直柔”系統將成為電力系統中可調度的柔性用能節點。對于目前以火電為主的電力系統，“光儲直柔”建筑可實現“削峰填谷”（消納夜間谷電，減少日間取電）；對于未來以風光電為主的電力系統，“光儲直柔”建筑則可實現增加可再生能源的利用率。

發展“光儲直柔”系統，對于解決電力負荷峰值突出問題，以及未來與高比例可再生能源發電相匹配的問題均具有重要意義。需要開展更深入的研究來揭示其系統中的各組成部分對建筑用能柔性的影響，從而給出最大化柔性的技術指導方案。

（文章整理自《中國建筑節能年度發展研究報告2022》，僅供學習交流使用，完整內容請購買正版圖書。）