全球能源危机和气候变化影响的加剧促使人们迅速从化石燃料转向可再生能源，以实现净零目标并确保可持续发展[1]。根据国际气候承诺，区域目标（如欧盟的2030年可再生能源目标）已提高到32%[2]。然而，这些资源的间歇性以及由此产生的供需不平衡要求实施强大的储能解决方案，以维持可靠和高效的电力供应。
在这种背景下，仓库已成为全球供应链中的关键枢纽，能源消耗现在被认为是基础设施和物料处理系统设计中的一个关键因素。现代内部物流越来越多地整合绿色能源和效率措施，以降低运营成本、满足环境要求并提升企业可持续性[3]，[4]。
大型仓库广阔的屋顶面积为使用绿色能源（特别是光伏（PV）安装提供了理想的平台，这一潜力已在众多建筑和工业设施中得到广泛研究[5]，[6]。研究表明，光伏供电系统在特定应用（如冷藏仓库）中特别有效，即使在天气不稳定或负荷变化的情况下也能保持运营效率[7]。这些系统为偏远和离网地区提供了可行的、高效的能源解决方案，尤其是在太阳能与风能和地热能结合使用时，可以确保稳定的电力供应[7]，[9]。
尽管有这些优势，光伏系统的输出仍高度依赖于现场条件和天气变化，经常导致电网挑战，如电压波动、频率偏差和供需不平衡[10]。一个主要限制是独立的光伏系统无法提供不间断的24小时电力供应，因为发电严格限于白天[11]。尽管如此，仓库的工业电力消耗主要与白天的可用性一致，尽管夜间需求通常会减少[12]。鉴于这些固有的波动，有效的能源存储对于平衡消耗和发电至关重要，使得电池的使用成为不可或缺的解决方案[13]。
为了优化能源存储及其性能，已经探索了多种策略。一些常见的方法包括应用先进材料[14]，[15]，[16]进行能源存储。其他方法包括使用相变材料（PCM）[17]，[18]和热致变色外壳[19]，[20]进行热存储。此外，还应用了各种电池[21]，[22]以及集成混合或多集成能源管理系统[9]。此外，通过压缩空气或氢气[23]，[24]等多种存储解决方案，以及对多集成能源微电网[25]的强化优化，特别是在考虑经济因素的情况下[26]，进一步增强了供需管理。
最近的研究强调了结合被动设计策略与光伏-电池系统的综合方法，以实现更大的能源独立性和电网适应性，尽管与仅使用光伏的配置相比初始成本较高[27]。先进的仿真模型进一步证实，这种综合方法显著优化了整体能源管理[28]。随着锂离子电池成本的下降，这些系统的经济可行性得到了增强，使其成为削峰的可持续选择[29]，并且可以为移动技术（如自主仓库机器人）供电，从而减少对外部充电源的依赖[30]。此外，技术性能受到气候变量和电网电价的影响，这些因素决定了最佳的电池尺寸和投资回收期[31]。为了改进这些系统，越来越多地使用先进的优化算法来最大化能源提取并最小化功率损失，即使在部分遮荫条件下[32]。
除了电气存储解决方案外，热能节省技术也为提高建筑效率提供了重要的替代途径。相变材料（PCMs）[33]通过潜热交换代表了提升热性能的特别有前景的技术[34]。通过在相变过程中吸收和释放热量，这些材料稳定了内部温度，从而减少了冷却和加热需求，同时提高了居住者的舒适度[35]，[36]，[37]，[38]，[39]。为了最大化这些好处，现在设计了具有优化充放电特性的专用热存储单元[40]。当集成到建筑外壳中时，PCM作为主要的负荷平衡策略，捕获多余的热能以减轻峰值冷却负荷并降低总体能源消耗[41]，[42]。除了热性能外，与传统绝缘材料相比，这些材料提供了更环保的替代方案[43]。
PCM研究的进展已经从基本材料评估发展到复杂的建筑外壳集成[39]。对复合PCM墙的研究表明，优化放置、厚度和熔点是提高能源效率和经济性能的关键[20]。同样，耦合的PCM和热致变色屋顶系统在建筑能源特性方面展示了显著改进[19]。对集成到空心砖墙中的PCM胶囊的数值和实验评估显示，与传统结构相比，温度波动减少了24%[44]。这些潜热存储层的战略定位可以在夏季高太阳辐射期间减少高达75%的热负荷[45]。此外，将PCM直接集成到纤维素绝缘材料中可以减少高达38.5%的峰值热流，并延迟传输时间1.5小时[46]。当PCM与常规绝缘材料结合使用时，在温暖和半干旱地区也观察到了类似的改进[47]。先进的配置，如结合PCM与动态绝缘材料（DIMS）[48]或膨胀聚苯乙烯（EPS）[49]的复合墙，始终优于独立解决方案，而微胶囊涂层在热带气候下也被证明是有效的[50]。总的来说，这些发现强调了混合PCM-绝缘配置对于大幅节能的重要性。
工业仓库因其庞大的外壳表面而特别适合这种集成。特别是在阳光充足的地区，选择具有适当熔点的PCM可以稳定室内环境，并将总能源消耗减少超过25%[51]。技术进步还包括为改造和轻型结构设计的热激活天花板面板[52]。在冷藏设施中，基于PCM的潜热冷存储的集成已被证明可以优化系统性能并降低运营成本，特别是在峰谷电价下[53]。
基于这些发展，将太阳能光伏面板集成以将太阳能转化为清洁电力代表了向可持续工业发展迈出的变革性一步。仓库作为能源密集型设施，具有连续的日间电力需求，特别适合利用太阳能。光伏系统、电池存储和增强PCM的建筑外壳的结合应用提供了一种协同解决方案，以解决供需不平衡问题并降低热负荷。然而，由于物流行业存在独特的运营挑战，这些挑战在一般的可持续性文献中常常被忽视[3]，[54]。与住宅和办公领域不同，仓库的特点是巨大的无阴影屋顶面积和特定的内部负荷特性，这由能源密集型的物料处理系统（MHS）和大规模照明驱动[55]。此外，保护敏感存储物品所需的高热惯性要求更定制的PCM集成。
鉴于上述讨论，将太阳能光伏面板集成以将太阳能转化为清洁电力代表了向可持续发展和更多依赖可再生能源迈出的有希望的一步。仓库作为能源密集型设施，通常需要在白天持续供电，因此特别适合利用太阳能。然而，高峰需求期经常会导致供需不平衡。将光伏系统与电池存储结合使用，可以在非高峰时段捕获多余的电力并在高峰需求时段提供电力，从而保持稳定可靠的能源供应。有效地将PCM集成到建筑的墙壁和屋顶中可以大大降低其供暖和制冷需求。这些协同效应使得在仓库中结合使用光伏面板、电池系统和PCM成为一种有吸引力且创新的解决方案。然而，尽管这些技术各有优势，但目前还没有全面研究它们在仓库环境中的综合性能。因此，在这项研究中，将首先使用DesignBuilder软件对一个样本仓库的能源消耗进行建模。接下来，将在仓库屋顶安装光伏面板以减少其对电网的依赖。为了进一步减少仓库电力消耗与光伏面板产生的能量之间的不匹配，将在面板旁边集成电池储能系统，并在建筑屋顶添加PCM层。本研究将提出适用于指定地区（中国南京）的适当设计，以满足一年的能源需求。
