2024零碳智慧家庭白皮书

零碳智慧家庭白皮书 目录 前言 03 02.场景及解决方案06 2.1低碳节能2.2健康舒适2.3安全可靠2.4平台在线看护06131619 03.案例研究22 3.1基本情况3.1.1负载分析3.1.2用电量222325 3.2零碳智慧家庭系统26 3.2.1光伏发电3.2.2智慧能源负载调节2630 3.3收益31 04.零碳智慧家庭系统的未来趋势33 附录引用3637 随着全球能源需求不断增长，对环境友好和可持续发展的呼声也日益高涨。在这个背景下，智能能源系统的崭新时代正加速到来，为我们提供了构建更加智慧、高效和可持续的家庭生活方式的机会。 关于智慧家庭能源系统，行业中已经出现了部分案例，如全屋智能解决方案系统，光储充用一体化家庭智慧能源解决方案，以及结合太阳光伏、储能产品、新能源车充放电系统、强弱电一体化（能源集控）系统的家庭能源智慧管理系统等。 本着合作共赢，协同创新的理念，固德威联合良信电器，集合光储充系统与智慧人居、智能配电的经验，针对家庭应用场景联合推出了零碳智慧家庭解决方案。本份白皮书涵盖了零碳智慧家庭系统的定义、解决方案介绍、实例研究、未来趋势及用户建议。这不仅是对当前不同领域技术的融合联动，也是对未来发展方向的前瞻性思考。 我们对所有为此次合作付出辛勤努力的团队成员表示衷心感谢，同时感激一直以来支持固德威与良信公司发展的合作伙伴和客户。在未来，我们将继续以务实的态度、专业的服务，继续深入拓展家庭、商业、工业等更多应用场景综合解决方案。助力智慧能源领域的创新和发展。 01.零碳智慧家庭系统概要 零碳智慧家庭，在住宅太阳能光伏（PV）系统的背景下，是指集成先进技术和数据驱动的解决方案，以优化家庭层面的太阳能发电、分配和消耗。零碳智慧家庭系统包括多个必要成分，它们协同工作，以优化能源在家庭内的产生、分配和消耗。 数字家庭综合箱[1]，由配电单元、信息单元和智慧家居集控屏等功能模块组成，可分体或合并设置的模块化住宅户内箱设备。 零碳智慧家庭系统的优势涉及能源效率、成本节约和电网支撑三个方面。 能源效率 零碳智慧家庭系统整合了设备控制和信息通信技术。系统通过智能监测与控制实现对家庭能源消耗的实时监测和远程设备控制，使居民能够清晰了解并调整家庭能源的使用情况。此外，结合智能算法进行智能调度与能源整合，系统根据不同时间段的用能需求优化家庭设备运行，通过分析天气、时间、人员活动等因素预测并优化可再生能源的利用，降低对传统能源的依赖。智能设备管理方面，系统通过对设备运行状态的优化，减少能源浪费，并与智能家居设备结合，结合居民的行为与偏好提供个性化的能源使用方案。 成本节约 零碳智慧家庭解决方案提供了可量化的潜在成本节约。系统通过实时监测和分析能源使用情况，预测并降低峰值需求，帮助用户在能源成本较低时购买能源，减少相关费用。智能负荷管理系统能够自动调整设备的运行时间，使得能源需求更加均匀分布。预测性维护通过监测设备健康状况，提前发现潜在问题，降低维修和更换设备的紧急性，减少额外的修复成本。 电网支撑 零碳智慧家庭系统支持可再生能源整合，提高了电网的稳定性、灵活性、可靠性和可持续性。系统通过实时监测和预测，调整发电和能源储存的运营，适应可再生能源的波动性和不确定性。电能存储和调度使得更精细的负荷管理成为可能，降低供需不平衡带来的风险，提高电网稳定性。同时零碳家庭系统支持微电网和分布式能源的部署，降低对集中式发电站的依赖，提高电网系统的弹性和韧性。 02.场景及解决方案 日常生活中，人们的使用情境可分为低碳节能、安全可靠、健康舒适及平台在线看护等具体应用场景。本章将深入探讨每个场景，分析各场景的需求，探讨解决方案所能提供的功能，并详细介绍系统的优势，旨在更全面地了解零碳智慧家庭系统在实际应用中的场景和优越性。 2.1 低碳节能 场景需求 居民用电负荷通常呈现出一天内的周期性变化。白天和傍晚一般为波峰，而波谷出现在夜间。集中的用电高峰对电网压力较大，可能超过电网的基础负荷能力。电网需要有足够的传输和分布容量来满足需求，以避免过载。同时，电网还需保持稳定性，确保在负荷变化剧烈时不会出现电压不稳定或频率偏移等问题。需要投资更多的发电和传输设施。 同时，电网需要在短时间内实现供需的平衡。由于居民用电负荷存在明显的日常周期性变化，电网管理者需要调整发电和配电策略，以确保在高峰时段有足够的电力供应，而在低谷时段避免浪费。 对于用户来说，当前电器的负载调整通常依赖于用户手动干预，这使得电器系统难以实时、灵活的参与电网调控。手动操作不仅限制了调整的及时性，还在大多数情况下表现为机械性的变化，无法有效应对电网负荷的动态性和复杂性。 产品功能 固德威与良信合作，提供产能与用能两侧的能源管理产品。产能侧由光伏、逆变器、储能、双向充电桩组成，实现削峰填谷、荷载均衡等功能，进行需求响应。在用能侧，由搭载强弱电一体化（能源集控系统）的全屋智能家居系统进行负载控制，优化用电习惯，减少总体的电力消费。以家庭为单位与电网进行互动，减少电网的供电压力。 产能侧： 产能侧解决方案由光电建材、逆变器、储能系统、双向充电桩组成，实现电力由生产、存储到分发的全流程调控。逆变储能方案作为核心为系统提供可控且安全的坚实基础。光电建材生产的清洁可持续能源通过储能逆变器和双向充电桩供给家庭负载和电动汽车，实现绿色用电和零碳出行。多余的电力通过电池存储，实现绿色电力的最大化利用，助力零碳生活。 环境贡献 每5平米光伏，每年平均可发出约1200kWh电，可减少标准煤使用量约370千克，减少二氧化碳排放约1 吨 *世界自然基金会(WWF)研究结果 光电建材 固德威光电建材PVBM（Photovoltaic Building Material）通过将光伏产品与建筑元素相结合，使得建筑与光伏同步设计，同步运输，同步施工。产品设计兼顾建材的属性，与建筑同寿命，同时兼顾光伏发电属性，高效稳定发电。这免去了建材产品与光伏产品的二次制造、运输、及施工中的重复的碳排放。通过光伏与建材的深度融合，在满足建筑对减碳需求的同时，注重建筑对建材的功能性需求。 储能逆变器 固德威户用储能逆变器关注安全技术，支持直流拉弧保护，交直流端标配浪涌二级保护，10ms无缝并离网切换为安全用电保驾护航。产品功率范围3-30kw, 可适用于单相及三相电网，可以满足不同场景的户用储能需求，适用于室内和室外安装，IP66的防护等级使其环境耐受性能更优。并且其具备灵活扩展性，支持多机并联，可拓展储能机装机容量及电池容量。最后，储能机里内置能量管理系统，包含多种能量管理模式，可灵活实现能量的智能调度和调配。 储能电池 固德威户用储能系列产品采用的锂离子电池，具有能量密度高，电压平台高，循环性能好，环保无污染等优点。家电化的外观设计，美观大方，IP55的防护等级使其可安装在不同的场景中。该系列产品与固德威户用储能逆变器搭配使用，组成“光伏+储能”系统，电力自发自用，不仅可以节省电费，还可以在停电时对大多数负载可实现不间断供电，让家庭永不断电。 削峰填谷 利用电池，将电网电力或是光伏发电进行存储，并在用电需求达到峰值时提供额外电力。当光伏发电超过用电需求，或是电价较低时，能量可以储存在电池中。在电力需求高峰期，电池能够释放储存的电能，部分或完全覆盖高负载和峰值负载，从而减轻电网的负荷，平衡供需，防止电力系统超负荷运行。 应用场景 削峰填谷功能对于平衡电网负荷、提高电网稳定性和避免能源浪费非常重要。电池系统在需要时可以迅速投入运行，满足高峰时段的电力需求。并在低谷时存储多余电能，增加电网利用率。 荷载均衡 荷载均衡是指智慧家庭能源系统通过在电网中吸收多余电力或释放储存的电能，以平衡电力系统的供需，保持电网的稳定性和可靠性。与削峰原理相类似，但削峰仅在峰值功率需求期间平衡负载，而荷载均衡则在整个负载过程中进行平衡任务。 应用场景 智慧家庭能源系统可以在电网中扮演调度者的角色，吸收低谷期间的多余电力，然后在高峰期释放电能，以确保电力系统保持平衡。 可再生能源整合 光伏发电具有一定波动性，逆变器能够对其产生的电能进行调节和优化，以确保系统的稳定运行。储能系统可以弥补可再生能源的间歇性和波动性，提高系统的韧性。充电桩可以直接利用可再生能源来为电动车充电，提高利用率，降低碳排放，促进能源转型。同时对于并网光伏系统来说，智慧家庭能源系统则有助于整合更多的分布式发电。 应用场景 在可再生能源波动性较大的情况下，电池系统可以平滑能源输出，提高可再生能源的可预测性和可控性。 用能侧： 国家高度重视电力需求侧管理工作，国务院、工业和信息化部等部门均出台了相关的计划和管理方法，如《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》、《工业领域电力需求侧管理专项行动计划（2016-2020年）》、《电力需求侧管理办法（2023年版）》等，鼓励和推动需求侧管理工作的开展。现有的政策大多是关于工业领域用电的，但由于居民用电的容量之大，其重要性与潜力也不可小觑。 搭载强弱电一体化的全屋智能家居系统可以实现负载控制，包括使用时间优化、需求响应等。负载控制策略也称为需求侧管理（DSM），是通过调整或控制负载（即连接到电源的设备和装置），而非电站输出，来平衡网络上的电力供应与电力负荷的过程。是一种管理电力系统或能源系统中设备和电器负载的方法，旨在优化能源使用、提高效率、降低成本以及实现可持续能源目标。 负载控制的范围包括： 为设备分配不同的优先级，确保关键负载在需要时获得足够的电力支持进行电力调度，将电力分配给不同的负载调节设备的运行模式，例如空调温度、照明系统亮度，以降低能效或配合电网要求调整设备的开关时间、运行状态 零碳智慧家庭系统对可平移负荷进行使用时间的转移，利用电力需求较低的非尖峰时段（例如夜间或清晨）或是可再生能源生成高峰（例如白天和正午）执行电力密集型任务。一方面，分布式时间优化策略有助于减缓电网的尖峰负载，降低对电力系统的压力，提高整体电网效率。用户也能避免尖峰时段的高电价，从而最大程度地受益于低成本电力。另一方面，时间优化可以用于适应可再生能源的波动性，有助于能源利用最大化。 解决方案系统优势 通过分析电费结构和不同时段的电价，系统可以优化负载使用与购电策略，在满足用户日常需求的前提下对荷载进行智能调节。用户得以在电费较低的时段使用、购买和存储电力，在电费较高时放电使用，从而降低总体的电力消耗和能源成本。系统能够更准确地预测用电峰值和负荷变化，帮助用户更好地规划能源使用。同时，解决方案系统能够结合功率与电力的限制进行调配，以智能设计最有效的发电和储能计划，以确保系统在各种条件下稳定运行。 A: 电池以较低电费的电力充电，为峰值需求时间做准备。充电功率根据分时电价进行智能调整。 B: 在日间峰值需求时间段，由电池而不是电网来供给负载。 C: 白天日照充足时，光伏发电优先供给负载，多余的给电池充电，最后余电上网。 D: 晚间峰时段，由电池优先放电给负载使用，减少电网购电量。 2.2 健康舒适 场景需求 室内环境主要指空气环境与光环境，空气环境包括温湿度、PM2.5、二氧化碳含量等，光环境包括照度、色温等，关联着生活的舒适性与健康性。在常规家庭生活场景中，室内环境调节往往显得缺乏效率。 首先，温度调节通常是繁琐的手动操作，难以根据不同时间、季节或家庭成员的需求进行个性化调整，导致室内温度的不适和能源的浪费。使用者只能根据自身体验进行调节，对于环境的变化有一定响应时间与加热制冷时间。这不仅影响了生活的舒适性，还增加了家庭的能源开支。 其次，遮阳与照明系统一般是独立调节的，例如手动开关窗帘或是照明灯具。一些区域可能会过度明亮或昏暗，影响了家庭成员在不同区域的视觉体验，同时也浪费了电能。这种不协调可能会降低居住环境的质量，使得家庭生活的质量受到一定的影响。 此外，室内空气质量通常难以实时监测，缺乏智能调节手段，