光储直柔”建筑配电系统可有效解决电力系统零碳化转型的两个关键问题，即增加分布式可再生能源发电的装机容量和有效消纳波动的可再生能源发电量。
“光储直柔”是在建筑领域应用光伏发电、储能、直流配电和柔性用能四项技术的简称。它并非简单的将光伏、储能、直流配电系统、智能电器等组合，上述技术也并非独立存在，而是有机融合并构成一个整体来实现“柔性用能”，即实现建筑与电网之间的友好互动。
“光储直柔”建筑配电系统
01—光
“光”指的是建筑中的分布式太阳能光伏发电设施。这些设施可以固定在建筑周围区域、建筑外表面或直接成为建筑的构件。
随着光伏组件和系统的成本不断降低，以及光伏组件色彩、质感、与建筑构件的结合形式越来越丰富，目前它已成为可再生能源在建筑中利用的最主要方式之一，与其它分布式发电设备（如分布式风力发电机等）一起成为推广低碳建筑的必然选择。
根据能源局相关统计，我国分布式光伏的装机容量增长迅速，从2013年到2018年累计装机容量从不到500万kW增长到1.2亿kW，预计在“双碳”目标下，其增长速度还将加快。
光伏装机容量的爆发式增长得益于组件效率的持续提升和成本的持续降低。大规模生产的单多晶电池平均转换效率分别从2010年的17.5%和16.5%，提升至2018年的21.8%和19.2%，光伏组件效率近10年提升了6%。未来随着新技术的不断突破和制作工艺的提升，其效率还将会不断提高。
在光伏发电的成本方面，较传统发电系统的经济性优势也在不断体现。我国光伏组件成本从2010年前后的约13元/Wp降低至近年来的1.5元/Wp。地面光伏电站在1200等效利用小时数下的平准化度电成本预计到2025年将会降到0.35元左右，逐渐具备与煤电竞争的能力。
近年我国光伏设备的效率及价格走势
建筑分布式光伏集绿色、经济、节能、时尚等优势于一身，与集中式光伏电站相比更具优势。
建筑分布式光伏建设时可通过建筑设计、施工同时进行，或安装在既有建筑屋面上，节省土地租赁等一系列建设维护费用。随着技术迭代和规模化应用，其组件效率和经济性将会进一步提高。
02—储
“储”指的是建筑中的储能设备，包括电化学储能、生活热水蓄能、建筑围护结构热惰性蓄能等多种形式。
有效、安全、经济的储能方式对于可再生能源的高效利用来说至关重要。为了应对巨大的分布式储能需求，应从“硬性”的储能技术和“软性”的储能模式两方面共同着手，提出适用于不同应用场景的储能解决方案。
近年来，电化学储能技术发展最为迅速，其具有响应速度快、效率高及安装维护要求低等诸多优势。可用于建筑储能的蓄电池主要包括锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池等，电池技术呈现出成本减低和收益增加的趋势。
当然，建筑储能技术并非储能电池技术的简单移植，如何与建筑使用场景特点结合来保证电池安全散热，如何合理管理电池来匹配建筑负荷特性，都是储能电池应用于建筑场景所必须解决的关键。
除了“硬技术”外，针对现有技术的模式创新（即软模式）极有可能应对当前迫切的储能需求提供实用、经济的解决方案。
比如，随着电动车的普及，具有双向充放功能的充电桩可把电动车作为建筑的移动储能使用；通过空调末端充分利用建筑物自身的热容实现冷热量储存（如热活化建筑系统TABS）；通过大地的热惯性实现冷热量储存（如地源热泵）等。
“直”指的是建筑低压直流配电系统。直流设备连接至建筑的直流母线，直流母线通过AC/DC变换器与外电网连接。
随着建筑中电源、负载等各类设备的直流化程度越来越高，建筑直流配电系统对于提高建筑的能源利用效率、实现能源系统的智能控制、提高供电可靠性、增加与电力系统的交互、提升用户使用安全性和便捷性等方面均具有较大优势。
构建直流电器生态是推广“光储直柔”系统的基础。虽然目前直流电器的产业化能力比较薄弱，但许多设备厂家均在直流电器方面进行的一定布局，直流家电及直流系统专利申请呈总体上升趋势。此外，各种直流电器的智能控制策略也亟待开发，以实现基于“光储直柔”系统原理的电器柔性用能调节。
除直流智能电器外，建筑级电网中的各类配电设备也是“光储直柔”系统发展的瓶颈问题。
随着直流配电技术的不断成熟，推出直流建筑相关标准的呼声越来越高。《民用建筑直流配电工程技术导则》（建标工[2017]135号）已启动编制，已于2022年初发布并启动2.0版编制工作。标准重在从建筑电气设计工作者的角度出发，解决低压直流配电当前面临的主要问题，并与既有的国标《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）形成相互补充。
《民用建筑直流配电工程技术导则》与国标《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）的关联
04—柔
“柔”指的是柔性用电，也是“光储直柔”系统的最终目的。柔性建筑的概念是由国际能源署IEA EBC Annex 67课题（2014-2020）系统提出：在满足正常使用的条件下，通过各类技术使建筑对外界能源的需求量具有弹性，以应对大量可再生能源供给带来的不确定性。
随着建筑光伏、储能系统、智能电器等融入建筑直流配电系统，建筑将不再是传统意义上的用电负载，而将兼具发电、储能、调节、用电等功能。
柔性建筑实现的“用电负荷可控”这一特性对于电网的运行调节具有重大意义。为鼓励建筑柔性用能技术的发展，多省市已出台需求侧响应补偿政策及示范。
从技术角度上看，柔性用电的实现方式更加简单、经济、可靠。其直流母线电压可以在较大范围的电压带内变化，而非传统直流微网的“恒定直流母线电压”策略。主要通过AC/DC控制母线电压，以母线电压为信号引导各末端设备进行功率调节，有利于适应复杂多样的建筑终端设备和用户需求。
为了更直观的展示“光储直柔”系统的工作原理，根据其系统的拓扑结构和控制策略，模拟典型建筑在一天内的电力供需情况，如下图：
该建筑由公寓房和商铺组成，负载包括家用电器/照明、商铺电器/照明、商户中央空调、充电桩、景观照明喷泉等。若以火力为主的电力供给，负载均不能调节，只能通过电网供给侧的调节来满足电力需求。
若采用“光储直柔”建筑配电系统，可安装分布式光伏约500m2（90kWp），负载可拆分为不可调负载（152kW）、可切断负载（4kW）、可削减负载-电动车充电桩（210kW）和可削减负载-中央空调（150kW），配备1200kWh的储能系统（约一日总用电量的29%）。
此时，电网可以完全按照风光电1:1的零碳电力结构供给，分布式光伏可按最大功率发电，储能系统可续存日间电力供给夜间使用，因此可完全实现“零碳运行”。
“光储直柔”系统将给电力系统的设计和运行带来巨大变革，从传统的“自上而下”（集中电站发电，并通过电网输配给各终端用户）转变为“自下而上”（各终端用户自身具有发电能力，分布式发电首先自消纳，若有剩余再传输至上一级电网）。
“光储直柔”系统将成为电力系统中可调度的柔性用能节点。对于目前以火电为主的电力系统，“光储直柔”建筑可实现“削峰填谷”（消纳夜间谷电，减少日间取电）；对于未来以风光电为主的电力系统，“光储直柔”建筑则可实现增加可再生能源的利用率。
发展“光储直柔”系统，对于解决电力负荷峰值突出问题，以及未来与高比例可再生能源发电相匹配的问题均具有重要意义。需要开展更深入的研究来揭示其系统中的各组成部分对建筑用能柔性的影响，从而给出最大化柔性的技术指导方案。
（文章整理自《中国建筑节能年度发展研究报告2022》，仅供学习交流使用
