家用儲(chǔ)能設(shè)備就是把電能儲(chǔ)存起來,待需要時(shí)使用——也稱為電力儲(chǔ)能產(chǎn)品或者“電池儲(chǔ)能系統(tǒng)”(BESS),以下簡稱家儲(chǔ)。家儲(chǔ)的核心組成是可充電電池,一般為鋰離子電池或者鉛酸電池。其他組成部分為逆變器,可智能控制充放電的控制系統(tǒng)。

隨著儲(chǔ)能走進(jìn)普通家庭,我們可以實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電理念,緩和電網(wǎng)輸電壓力,減少使用化石燃料,是實(shí)現(xiàn)碳中和或者零中和的必要的去中心化舉措。

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如何配置一套家用儲(chǔ)能

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

在戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中,主要的組成部分就是組件、儲(chǔ)能機(jī)、電池;上圖這種形式就是將儲(chǔ)能設(shè)置在車庫,給我們的電動(dòng)汽車使用。

推薦系統(tǒng)配置

單相儲(chǔ)能系統(tǒng):5kW+10kWh

三相儲(chǔ)能系統(tǒng):10kW+10~20kWh

儲(chǔ)能系統(tǒng)分為單相、三相;下面圖片為簡單的儲(chǔ)能系統(tǒng)圖,除了三大件其中還包括電表、家庭負(fù)載等,無論是單相還是三相都有相對應(yīng)的解決方案。

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?
單相系統(tǒng)
如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?
三相系統(tǒng)
儲(chǔ)能逆變器介紹

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如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?
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ES/ET儲(chǔ)能機(jī)均為雙向儲(chǔ)能、支持離并網(wǎng)一體、UPS功能、手機(jī)APP控制、并且可實(shí)現(xiàn)防逆流和功率限制等。

但是ES和ET之間也是有區(qū)別的,ES是單相雙向儲(chǔ)能逆變器、ET則針對三相電網(wǎng)的;并且它支持不平衡三相輸出,支持單相負(fù)載;

另外ES是接的低壓電池,ET電壓范圍更高,是接的高壓電池 ;那它們充放電電流也是不同。這個(gè)在逆變器的接口上也會(huì)反應(yīng)出來。

由于ES充放電電流可以達(dá)到100A,所以對應(yīng)的電池接口也更大,要用到25方線纜,ET的充放電流只有25A,6方的電纜就夠了。

所以這兩臺(tái)機(jī)器最大的特點(diǎn)就是它們是離并網(wǎng)一體的,另外還有UPS的功能,電網(wǎng)突然斷電逆變器會(huì)自動(dòng)切換到電池供電,并離網(wǎng)切換時(shí)間小于10ms,UPS級(jí)別響應(yīng)時(shí)間,屬于不間斷電源;而很多逆變器廠家的儲(chǔ)能逆變器為EPS,屬于應(yīng)急電源,切換時(shí)間只是小于5s。

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儲(chǔ)能電池介紹

電池是建議大家用鋰電池,目前已經(jīng)兼容很多電池品牌,像BYD、沃太、派能;另外目前還有一些電池還在做匹配,在客戶購買機(jī)器之前一定先確認(rèn)是否使用的是兼容電池品牌。

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

鋰電池由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池,能量高、使用壽命長、重量輕等多種優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)。

  • 磷酸鐵鋰(LFP)電池

  • 三元鋰電池(NCM/NCA)電池

  • 鈷酸鋰(LCO)電池

  • 其他鋰電池,例如錳酸鋰,鈦酸鋰電池等

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

電池主要性能參數(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)各部件成本

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如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

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工作模式一

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

負(fù)載消耗優(yōu)先級(jí):

PV--電池--電網(wǎng)

  1. 光伏發(fā)的電優(yōu)先供負(fù)載使用,多余的電儲(chǔ)存在電池中,再多余的電賣給電網(wǎng);PV不足的時(shí)候,電池放電給負(fù)載使用

2. 電網(wǎng)停電的時(shí)候,并網(wǎng)輸出端的負(fù)載不能工作;但是離網(wǎng)輸出端的負(fù)載可以正常工作,由PV和電池進(jìn)行供電

光儲(chǔ)存模式

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

1.電動(dòng)汽車夜間利用電池的電進(jìn)行充電,不足的部分由電網(wǎng)補(bǔ)充

2. 光伏發(fā)的電供給電動(dòng)車車棚插座、照明、電動(dòng)汽車充電樁以及儲(chǔ)能電池

這個(gè)應(yīng)用模式除了光儲(chǔ)充應(yīng)用比較多的還是會(huì)別墅項(xiàng)目,目前這種模式的案例主要還是以別墅以及示范為主。

儲(chǔ)能示范項(xiàng)目

工作模式二

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? 經(jīng)濟(jì)模式設(shè)置

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

說明:通用模式電網(wǎng)不會(huì)對電池進(jìn)行充電,設(shè)置成經(jīng)濟(jì)模式,可以設(shè)置電池充放電的時(shí)段。

經(jīng)濟(jì)模式的主要作用就是削峰填谷,可以在晚上谷時(shí)利用電網(wǎng)的電給電池充電,在白天峰時(shí)給負(fù)載使用;這種模式可以減少峰谷差,從而節(jié)省電費(fèi)。

離網(wǎng)端UPS功能

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

說明:電網(wǎng)斷電時(shí)離網(wǎng)負(fù)載可以由光伏和電池供電不間斷工作;離網(wǎng)端由電網(wǎng)切換到電池供電為UPS供電。

當(dāng)電網(wǎng)斷開時(shí),on grid端就沒電了,設(shè)備以10毫秒的速度切換模式,確保back-up端重要負(fù)載的正常使用。這個(gè)負(fù)載的位置是要注意的,重要的負(fù)債需要接到離網(wǎng)端。

例如5G通信基站,一般建設(shè)位置一般比較偏僻,電網(wǎng)的電能質(zhì)量不高,這時(shí)為滿足不間斷的用電需求,可以將負(fù)載接到back up端,儲(chǔ)能機(jī)設(shè)置為back-up備用模式,平時(shí)由光伏供電電網(wǎng)補(bǔ)充,緊急斷電情況下切換電池供電。

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已經(jīng)裝好的項(xiàng)目如何改造成儲(chǔ)能?

接下來我們再看一下另一種形式。儲(chǔ)能改造項(xiàng)目需要用改造機(jī) SBP和BT,不用改變原有的光伏系統(tǒng)布局,在有光伏的基礎(chǔ)上加裝的儲(chǔ)能,這個(gè)是接在我們的交流側(cè)的。正常情況下用電優(yōu)先級(jí)也是一樣從光伏到電池到電網(wǎng),電網(wǎng)停電后,就只能依靠電池的電給離網(wǎng)負(fù)載供電。

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

如何配置電池容量

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電池選型要考慮負(fù)載,是每天都用還是備份;電池容量選的過大存在浪費(fèi),如果存的電都用掉的話電池會(huì)存在充不滿的現(xiàn)象。

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如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

儲(chǔ)能設(shè)備廠家也通過多種形式為客戶提供了不同的電池容量選擇空間。如堆疊式安裝、模塊化一體機(jī)、一體產(chǎn)品多功率/能量搭配等多種形式自由化的能量選配方案。

如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

優(yōu)能電氣產(chǎn)品圖

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那么,在家庭儲(chǔ)能場景中,如何最快最直接的選配最佳的電池容量方案呢?
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目前,大部分家庭都將儲(chǔ)能作為調(diào)節(jié)電網(wǎng)供電利用的一種方式,我們習(xí)慣性叫做并網(wǎng)儲(chǔ)能。針對并網(wǎng)儲(chǔ)能來講,主要目的一般可分為三類:光伏自發(fā)自用(電費(fèi)較高或沒有補(bǔ)貼)、峰谷電價(jià)、備用電源(電網(wǎng)不穩(wěn)定或有重要負(fù)載)。
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1.?提升光伏自用率

這種場景的主要目的是,當(dāng)電價(jià)較高或者光伏并網(wǎng)補(bǔ)貼較低(無補(bǔ)貼)時(shí),安裝光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)以降低電費(fèi)支出,所以光伏系統(tǒng)電力除日間使用外剩余能夠存儲(chǔ)并在夜間使用。

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我們把家庭的用電情況分為日間用電(光伏高功率發(fā)電時(shí)段)和夜間用電(光伏低功率或無功率時(shí)間段)。按照上述目的,最理想的狀態(tài)應(yīng)該是光伏發(fā)的電滿足日間用電外,進(jìn)行存儲(chǔ)后剛好能夠滿足夜間用電。

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也就是,電池有效容量應(yīng)該約等于光伏發(fā)電量減掉日間用電。不過這只是理想狀態(tài)。為避免電池容量的冗余(避免夜間無法消耗完),我們還需要保證電池的有效電量不高出夜間用電量。

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如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

這需要我們比較準(zhǔn)確地把握家庭用電的規(guī)律,并能夠熟悉儲(chǔ)能系統(tǒng)對供電優(yōu)先等級(jí)的設(shè)置規(guī)則。

  • 一個(gè)家庭裝了5kW的光伏系統(tǒng),日發(fā)電量約17.5kWh。而家庭每日平均用電量約20kWh,其中日間平均用電量5kWh,夜間15kWh。那么,電池有效電量應(yīng)該約等于17.5-5=12.5kWh,同時(shí)這也符合不高出夜間用電量的條件(12.5kWh≤15kWh)。所以,此家庭適配電池有效電量最佳可選配12.5kWh。

2.?削峰填谷,降低電費(fèi)支出
這種場景的主要目的是,在白天電價(jià)低谷時(shí)進(jìn)行電池充電,夜間電價(jià)高峰期時(shí)電池放電,以此降低整體電費(fèi)支出。
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我們把家庭的用電情況分為日間用電(電價(jià)低谷期)和夜間用電(電價(jià)高峰期)。此場景下,最理想的狀態(tài)是“白天利用光伏供給負(fù)載后剩余電力和電網(wǎng)對電池充電,而且電池電力剛好滿足夜間(電價(jià)高峰時(shí))使用”。
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也就是電池有效容量約等于家庭夜間用電量。不過,以夜間用電量為基礎(chǔ)計(jì)算出電池容量只是一個(gè)最大需求值。
在考慮電池成本的情況下,一般需要在光伏系統(tǒng)容量、電池投資和電價(jià)節(jié)約三個(gè)層面進(jìn)行綜合考慮,確定以一個(gè)最佳比例。同時(shí)還要滿足,電池放電時(shí)間不長于夜間用電時(shí)長。
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  • 一個(gè)家庭裝裝了5kW的光伏系統(tǒng),每日平均用電量約20kWh,夜間(假設(shè)電價(jià)峰谷期為17:00 - 22:00共5小時(shí))用電量15kWh。假設(shè)根據(jù)測算,電池有效容量覆蓋家庭夜間用電量2/3為最佳投資收益點(diǎn)。
    那么,電池有效電量應(yīng)該約等于15*2/3=10kWh,此時(shí)電池約為10kWh/5kW=2h,小于等于夜間用電5h。所以,此家庭適配電池有效電量最佳可選配10kWh。
3.?在電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)作為備用電源
儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備用電源的情況,主要應(yīng)用在電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)或有重要負(fù)載的情境中。比如,家庭的基礎(chǔ)照明、冰箱、臺(tái)式電腦等;商業(yè)場所的數(shù)據(jù)機(jī)房、工業(yè)場所的重要設(shè)備、養(yǎng)殖場所的照明及通風(fēng)設(shè)備等等。
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以備用電源為主要目的設(shè)計(jì)電池容量時(shí),主要考慮的是電池在離網(wǎng)最長時(shí)間(預(yù)計(jì)最長停電時(shí)間)情況下,單獨(dú)供應(yīng)重要負(fù)載所需要的電量,包括需要考慮到夜間無PV的情況。
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這種場景下,電池容量比較好計(jì)算,只需要羅列出全部重要負(fù)載,并計(jì)算出最長停電時(shí)間內(nèi)全部負(fù)載用電量,即可初步確定電池容量。
  • 以某個(gè)重要商業(yè)場所為例,重要負(fù)載為數(shù)據(jù)機(jī)房的10臺(tái)機(jī)柜,每個(gè)機(jī)柜功耗為3kW。預(yù)計(jì)最長停電時(shí)間約4小時(shí)。根據(jù)測算,該項(xiàng)目電池有效容量應(yīng)該為10*3kW*4h=120kWh。所以此工商業(yè)項(xiàng)目電池有效電量最佳可選配120kWh。
以上三種情況是安裝并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)最常見的需求,在選配電池容量時(shí)也比較有規(guī)律可循。不過在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)兩種或多種需求疊加的情況,這就需要我們能夠根據(jù)需求具體分析,并最終理清電池最佳的選配容量。
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另外,以上分析中我們提到的都是電池的有效電量,而實(shí)際選配電池時(shí)還需要考慮負(fù)載的沖擊載荷、電池的DOD(放電深度)、系統(tǒng)效率損耗、儲(chǔ)能設(shè)備性能、投資收益預(yù)期等多種情況。
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所以在選擇電池容量時(shí),需要將整個(gè)家庭或用場景下的電力作為整體系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,選擇最佳的設(shè)備和系統(tǒng)集成供應(yīng)商也顯得特別重要。
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參考資料:古瑞瓦特、優(yōu)能電氣

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)(艾邦儲(chǔ)能與充電):如何配置一套家用儲(chǔ)能?電池容量如何配選?

作者 li, meiyong

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