拥抱“碳中和”，智能电表助力分布式光伏大发展

安科瑞 崔庭宇

摘要：随着近几百年来化石能源的大量使用，全球二氧化碳的排放量迅速增长导致的温室效应越来越严重，人们对环保问题愈发重视，低碳、环保、绿色、节能就成为工作生活的新要求。而太阳能作为利用率很高的新型绿色能源，是石能源理想的替代品，已经成为当前能源产业的主流趋势。

关键字：光伏产业、分布式光伏发电、智能电表、双向计量、碳中和

引言

2020年9月，中国在第七十五届联合国大会上珍重宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”即到2030年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放量将比2005年下降百分之65以上，非化石能源占一次能源消费比重达到百分之25左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。自此，国内光伏产业迎来了巨大的发展机遇。

一、行业介绍

在当前的“碳中和”大背景下，中国光伏产业正迎来此前从未有过的发展大机遇。特别是在“构建以新能源为主体的新型电力系统”提出后，以光伏为代表的新能源正成为能源行业向清洁低碳转型的主力军。

回望过去，在十几年光伏产业发展下，光伏发电行业已经成为了我国具有相当大竞争优势的高新技术产业。无论是在产业规模、技术水平、生产制造，还是在企业实力上均有不同程度优势。而展望未来，目前数据显示，能源燃烧是我国主要的二氧化碳排放源，占总二氧化碳排放的百分之88左右，其中电力行业排放又约占能源行业排放的百分之41。在“碳中和”的大目标下，无疑能源消费结构要由依靠化石能源向依靠以光伏为代表的清洁新能源转变，这就给光伏产业的蓬勃发展插上了新的翅膀。

二、分布式光伏系统介绍

2.1系统拓扑图

直接接入式拓扑图（≤63A）

外置互感器式拓扑图（＞63A）

2.2方案应用

      如拓扑图中所示，家用分布式光伏发电系统一般由太阳能光伏板、光伏逆变器、智能电表、蓄电池等组件组成，在这个系统中，太阳能光伏板等光伏组件主要负责将太阳光转化为电能，但它们发出的是家用电器无法直接使用的直流电，所以就需要光伏逆变器作为关键的转换装置将直流电转换为正弦波交流电以供家电使用或者并入电网。蓄电池则主要用于储存发电高峰时多余的发电量，并在夜晚无法发电时供用户使用，以达到光伏发电系统效益的效果。

而智能电表在整个系统中分为三部分，一部接在逆变器与家用负载之间，主要用于计量光伏系统总发电量，二部则接在家用负载与国网表之间，主要用于计量上、下网电量，当光伏发出的电用户不能全部消耗时，余下的电能输给电网这时记录为负功率或负电能；而当光伏发电不能满足用户需求从电网购电时则记录为正功率或正电能，逆变器将会通过485通讯得到这些数据，而后根据这些数据自主调整发电效率或者对储能蓄电池送电以达到防逆流的功能。三部电表采用直流表，安装在逆变器与蓄电池之间，主要用于计量储能模块充放电数据。综上所述，智能电表对于整个分布式光伏系统的储能判断、用电分析以及防逆流等功能具有重要意义。

2.3发电使用模式介绍

        ●全额上网模式：即光伏系统发电并不提供家庭负载用电，而是全部卖给国家电网；

        ●完全自发自用模式：即光伏系统发电由用户自身完全消纳；

        ●自发自用、余电上网模式：即当光伏发出的电用户不能全部消耗时，余下的电能卖给电网，而当光伏发电不能满足用户需求时，则需要购买电网的电。

三种模式中自发自用、余电上网模式用户不仅可以享受更低廉的电价，还可以使光伏电站的发电量就近使用，减少对电网的影响，因此应用比较广泛。这种模式下电能表需要做到计量实时发电量、上网电量、下网电量，即需要电表支持双向计量以及通讯功能，可以为用户提供售电用电数据。

但也有部分国家并不允许私人光伏发电输入到电网当中或者说不会对私人光伏发电设施对电网供电提供补贴，此时的用户为尽量延长设备寿命往往会采用完全自发自用模式，即多用多发、少用少发。这种模式下智能电能则需要为逆变器提供实时双向功率、电能来支持逆变器的储能判断功能和防止其向电网供电。

三、智能电表介绍

3.1单相电表

3.2三相电表

3.3直流电表

四、智能电表作用

旧式分布式光伏发电中都采用两块单向电表的计量方式，一只表计量用户输给电网的电能，用另一只表计量用户使用电网中的电能。这种方式成本高、施工难度高、维护困难，不利于推广。而功率和电能都是双向计量的智能电表首先就解决了旧式分布式光伏发电中双向计量的痛点，并且由于多功能智能电表的全电参量计量和通讯等附加功能的存在，还可以为分布式光伏产业提供更多价值，包括储能判断、数据上传、分析等。

总结：在国家“碳中和”大目标的推动下，光伏产业迎来巨大的发展机遇，并将在新能源中占据主要位置，前景广阔。而可靠的电力计量设备作为成为光伏系统中必不可缺的一环，承担着储能判断、用电分析、平台统一管理等多种功能，为光伏系统建设降低控制、维护难度提供了重要助力。