文献标识码：B文章编号：1003-0492（2025）10-102-04中图分类号：TM615

★任宇翔（陕西高盛工程技术有限公司，陕西西安710100）

★何斌（西安明德理工学院，陕西西安710100）

关键词：分布式；光伏发电；智慧光伏

随着节能减排政策的落地，越来越多的分布式光伏发电系统被工矿企业和政府事业单位所接受，利用闲置屋顶、闲置土地作为峰值电价时电能电网的补充是一个很好的解决方案。文献^[1]以国内经济耗电大省江苏省为例，介绍了分布式光伏发电的趋势和可行性，提出了光伏发电智能化、数字化发展趋势；文献^[2]、^[3]介绍了利用闲置屋顶作为光伏组件承载地的可行性及成功案例；文献^[4]介绍了在双碳背景下利用闲置房屋进行分布式光伏系统建设的全套流程；文献^[5]以浙江某山区智慧电网为例，实现光伏、风电和储能的高效结合，给分布式智慧光伏系统提供了思路；文献^[6]、^[7]、^[8]分别从整流、逆变的技术角度分析了光伏发电系统中控制策略的实现。

某企业利用闲置屋顶和场地建设分布式智慧光伏系统，装机容量共为5.2866MWp，即交流侧安装容量5MW，光伏场区直流侧安装容量5.2866MWp，其中共利用屋顶总面积约8400m²，屋顶光伏装机容量为0.9504MWp，地面光伏区域共利用地面总面积约82870m²，地面光伏装机容量为4.24512MWp。考虑彩钢瓦屋顶按照沿彩钢瓦倾斜角度平铺设计，水泥屋面按固定倾角15°设计，地面区域按固定倾角37°设计。系统由站址的选择、太阳能电池组件、电池阵列、逆变器及智慧控制系统等组成。

1　系统整体的组成

分布式智慧光伏发电系统的整体框架如图1所示，在利用闲置屋顶和闲置土地敷设光伏组件，采用直流电缆将光伏组件与逆变器相连，采用逆变器将直流电压转换成380V交流电输送到并网柜，并将电能输送到电网，也可根据需求将发出的交流电输送到企业用电单元，企业也可以根据自己的用电计划将逆变器变换的交流电经过变流器再储存在电池能储能部件中。整体系统通过RS485与光伏并网柜内数据采集器通信，光伏并网柜内智能无线网关通过无线通讯与智慧管理平台通信。

图1分布式光伏并网发电系统整体框图

2　分布式光伏系统的硬件组成

2.1　光伏组件

太阳能的光伏组件已经是一个很成熟的产品，经过多方对比，本项目采用单晶硅组件。

2.2　光伏阵列运行方式选择

光伏阵列是承载光伏组件的主要构件，根据其跟踪太阳光照的模式分为固定和自动跟踪两大类。其中，固定可以分为可调角度和不可调整角度等模式。

根据本项目特点，结合甘肃地区光伏项目阵列运行方式的实际应用情况，对固定式、跟踪式运行方式下的光伏阵列做技术经济比较。

从经济角度对比分析发现，固定式在发电量，投资及支架系统维护方面整体优于跟踪式。因此在综合考虑初始投资、后期运行成本、限电等方面因素的前提下，本阶段支架运行方式推荐选用固定式。

2.3　逆变器组成

分布式光伏系统中并网逆变器是系统中的关键设备之一，它在整个系统有决定性因素。

（1）集中式逆变器

将多片光伏组件串联后再经过并联，将电流汇总后直接通过逆变器将直流电转为交流电的设备称为集中式逆变器。

（2）组串式逆变器

根据模块化产品设计思路，将逆变器按照模块生产，称为组串式逆变器。组串式逆变器通常使用两级三电平三相全桥拓扑结构，选用中小功率IGBT和SVPWM调制算法，满足三相标准电源波形。

（3）集散式逆变器

采用分散跟踪、集中逆变方式，实现多路优化跟踪，将电流汇流之后通过一台集中式逆变器集中逆变。

光伏电站的核心设备之一是光伏并网逆变器，其将直流电转换为交流电。其还有保护功能、通讯功能、最优控制策略功能等。在现有的技术路线下，其主要有集中式、组串式、集散式等类型。

在技术比选阶段，考虑到本项目布置在屋面上，光伏组件存在阴影复杂、朝向不一致、光伏组件失配问题而影响整体发电量，因此从投资角度，推荐组串式逆变器。

3　系统软件设计

3.1　系统架构

分布式智慧光伏能源管理平台通过对光伏、储能、用电设备等实时监控，并结合发电量预测及阶梯电价等政策，可以调节储能、用电设备的策略，并可对光伏系统等硬件进行故障诊断、可调度源荷有序互动和能源全景分析，满足了企业对分布式光伏发电系统的能效管理、动态调度、全景分析的需求，完成了不同策略下源网荷资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低了能源成本，提高了微电网运行效率。

整体系统分为现场设备层、物联通信层、集中控制层、平台层。

现场设备层：负责数据采集和执行控制命令，是系统的最底层，直接连接光伏电站的硬件设备。其主要采集光伏组件、逆变器（并网逆变器、微型逆变器）、汇流箱、直流/交流配电柜、电表、气象站等数据。

网络层：负责将设备层的数据实时传输到上层系统，并将上层指令下发到现场设备，起到“桥梁”作用，实现设备与软件系统的互联互通。其主要的设备有数据采集器（Data Transfer Unit，DTU）、边缘计算网关（IoT网关）、通信模块（4G/5G、以太网、LoRa、NB-IoT等）、协议转换模块（如Modbus转MQTT、IEC104、DL/T645等）。

集中控制层：实现本地光伏电站的集中监控、数据处理和控制策略执行，提供人机交互界面（Human Machine Interface，HMI）及故障预警、统计分析等功能，提供局部自治，即便平台层失联也能维持基本运行，提供数据缓存、报警机制和远程故障诊断，可执行简单的智能策略，如限电、功率预测等功能。

平台层：负责全局监控、集中管理、大数据分析、调度优化和业务管理。其通过云平台进行多站点统一管理、能源管理及智能决策支持，提供通过互联网远程访问，支持多终端、多角色使用，支持通过AI算法进行发电预测、故障诊断、健康评估等、可对接电网系统、用电系统、碳交易平台等功能。

3.2　数据采集

系统统一采集管理各种源数据，支持海量数据的历史归档，提供统一、完善、高效的数据读写接口。根据项目需求，数据采集方式采用人工采集和自动采集，原则上全部采用自动采集。

（1）自动采集：系统根据预设规则和算法过滤数据，排除不符合要求的信息，提供更加精确和可靠的数据，减少人工操作带来的错误，提高工作效率。

通过RS-485接口，使用Modbus-RTU协议经数据融合终端完成终端设备数据的采集；针对非标准规约的仪表或第三方系统支持通讯接口程序开发，确保数据完整采集。数据融合终端采用多级数据存储冗余结构设计，具备本地存储能力。当通讯中断恢复时，数据融合终端存储的数据自动进行断点续传，进一步保证系统数据的完整性，防止主站软件故障恢复过程中数据的丢失。

（2）人工采集方式作为自动实时采集的补充，通过人工输入和记录数据，保证数据的准确性和完整性。

3.3　分布式光伏发电系统智能总图

展示企业下接入所有分布式发电节点的综合数据，含接入站点数、告警信息、总的发电数据、用电数据、充放电数据及能耗排名、收益、运行曲线，如图3所示。

图3分布式光伏发电系统智能总图

3.4　智慧驾驶舱

展示企业分布式光伏发电系统单个节点能源的实时流动情况，展示项目接入情况、用电统计情况、新能源产生的社会效益情况，以及优化前后的负荷曲线、电费对比、各能源功率曲线、各回路功率排名情况，如图4所示。

图4分布式光伏发电系统智慧驾驶舱

3.5　能源综合概况

对单个企业下各能源进行监测统计，实时统计储能充放电、负荷用能、新能源发电和收益情况，并展示光伏发电趋势、储能放电趋势和用能趋势，如图5所示。

图5能源综合报表

3.6　设备监控模块

针对储能等设备的监控分析，展示储能柜环境、消防信息，柜中PCS状态、温度、充放电功率电量曲线，BMS最高最低电压、温度，以及SOC曲线、电压温度曲线，如图6所示。

图6设备监控模块

PCS主要分为系统状态、交流侧、直流侧。系统状态展示PCS的运行情况，包括通讯状态、并离网状态、待机状态、调度状态、AC/DC模块状态，支持运行模式、控制模式、并离网模式下发。交流侧展示电压、电流、功率、充放电实时值和历史曲线。直流侧展示直流电压、电流、功率、直流充放实时值和历史曲线。

BMS监测主要分为系统信息、电池监测。系统信息展示电池簇电压、电流、状态、SOC、温度、循环次数实时数据和历史曲线。电池监测，对电池簇、PACK、电池芯三层结构构成拓扑结构图，实时展示电压和温度信息，并统计最大最小电压、温度，用颜色区分。

3.7　功能模块

针对分布式智慧光伏系统整体控制，软件系统还包括光伏综合看板、电站运行监视、逆变器运行监视、电站发电统计、逆变器发电统计、光伏电站配电监测、逆变器曲线分析、光伏收益报表等模块。

4　节能减排效益分析

4.1　经济、环境效益

太阳能是绿色洁净能源的一种，其具有取之不尽用之不竭的特点，如何利用这种能源对我国能源紧缺的现状缓解尤为重要。光伏电站不消耗煤炭、石油等，不会产生有毒有害气体，更不会产生粉尘雾霾等污染物，可以减少传统能源对环境的污染。

本项目分布式光伏发电项目总装机容量5.2866MW，平均发电量为680.18万kWh。若按照火电煤耗（标准煤）314g/kWh，建设投运每年可节约标煤5339.44t，相应每年可减少多种大气污染物的排放，其中减少二氧化碳（CO₂）约14147.8t，二氧化硫（SO₂）约2.72t，二氧化氮（NO₂）约3.04t，烟尘0.544t，对减轻环境污染有一定的促进作用。

相对于化石能源发电，光伏不仅可以减少污染物的排放，也可以节省大量的水资源，真正做到了发电与保护环境和水资源的平衡发展。

4.2　社会效益

本项目不仅利用了旧闲置的屋顶，而且对企业闲置的土地也进行了二次开发，这样势必带动当地的建材等产业的发展，也增加了对应的岗位。随着项目正常开展，也会拉动当地建设，对当地人们生活水平的提升起到了积极推动作用。

本项目的成功运营，也为当地发展光伏行业起到了示范作用。如果当地以本项目为标杆，大力发展光伏电站建设，相信在不久的将来，分布式光伏系统肯定会成为当地一个支柱产业。

本项目的开发，不仅对当地的电能短缺是一个很好的补充，而且采用绿色能源，缓解了当地的环境保护压力，促进了经济健康发展，也带动了相关产业，提供了就业机会，做到了很好的示范作用，社会效益明显。

5　结论

本项目采用分布式光伏系统，并采用软件平台对整体系统进行监控和策略调整，真正做到了光伏发电的智慧化、智能化。本项目根据企业实际情况，将闲置屋顶和闲置土地进行利用，既做到了减少碳排放，又解决了能源紧张的问题，还减少了企业电费的支出，并在系统上线后取得了预期的收益，得到了甲方的一致好评。

作者简介：

任宇翔（1994-），男，助理工程师，现就职于陕西高盛工程技术有限公司，主要从事电力设计及建筑电气与智能化方面的工作。

参考文献：

[1]苏剑,周进飞.江苏省分布式光伏现状分析及未来趋势展望-以南通市为典型案例研究[J].电器工业,2025,(06):14-18.

[2]童彦豪.大型商场屋顶分布式光伏发电施工技术分析[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(16):153-155.

[3]敬兴东,刘雷,赵文瑞.屋顶分布式光伏发电在城市中的应用[J].大众用电,2023,38(12):25-26.

[4]郭锦平,李超,殷义华.分布式光伏发电项目在城区既有建筑中的建设流程及难点分析[J].太阳能,2023,(09):17-23.

[5]张力,张鹏飞,陶佳融.分布式电源接入技术在山区智慧配电网中的应用研究[J].自动化应用,2025,66(09):78-81.

[6]章沈泉.分布式光伏发电系统并网技术的应用研究[J].科技资讯,2025,23(05):81-83.

[7]童铸,欧仲曦,刘超,等.遗传算法优化粒子群的分布式光伏并网控制方法研究[J].自动化仪表,2023,44(10):39-43.

[8]李则漩.分布式光伏并网发电系统的谐波分析[D].西安:西安石油大学,2023.

摘自《自动化博览》2025年10月刊