在剛剛結(jié)束的2015德國(guó)IN ERSOLAR展會(huì)上， 眾多大廠商（特斯拉、BMS、奔馳、LG、三星等）均推出了自己的家庭、商用儲(chǔ)能系統(tǒng)， 說明此領(lǐng)域已經(jīng)受到了越來越多的矚目。
相對(duì)于已經(jīng)日趨成熟的家用/商用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)來說， 家用/商用光儲(chǔ)混合系統(tǒng)（本文中提到的儲(chǔ)能系統(tǒng)均假定為基于儲(chǔ)能電池）的設(shè)計(jì)要復(fù)雜很多，而且由于其應(yīng)用領(lǐng)域眾多而容易引起混淆導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。在本文中上海煦達(dá)（GMDE）憑借在此領(lǐng)域耕耘多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行簡(jiǎn)要分析供大家參考討論。
1. 系統(tǒng)安裝目的：
為什么要安裝光儲(chǔ)混合（或純儲(chǔ)能）系統(tǒng)， 安裝此系統(tǒng)的目的是什么？ 這是在設(shè)計(jì)一個(gè)合理的光儲(chǔ)混合系統(tǒng)之前必須要明確的問題。 根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的其系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果無疑差別很大。
在現(xiàn)階段， 不同國(guó)家的用戶對(duì)安裝光儲(chǔ)混合系統(tǒng)會(huì)有不同的需求， 但基本上可以確定為以下幾類：
A. 提高太陽能（也包括風(fēng)能等)自發(fā)自用率： 此類應(yīng)用目前在歐洲、澳洲、英國(guó)有廣泛的需求。 其主要背景是由于在此類區(qū)域， 現(xiàn)在太陽能并網(wǎng)發(fā)電補(bǔ)貼逐漸下降， 而同時(shí)家用、商用電費(fèi)價(jià)格逐年上升，另外因?yàn)樾履茉矗ㄓ绕涫翘柲埽┑娜瞻l(fā)電功率曲線和負(fù)荷的用電曲線不匹配， 對(duì)于家庭用戶來說， 一般情況下只有20%-30%的新能源發(fā)電量能被自己使用， 而其余電量均反饋入電網(wǎng)， 所以在上述背景下， 終端用戶希望將太陽能發(fā)出來的電盡量都由自己消耗掉而不是反饋到電網(wǎng)。在此情況下， 安裝光儲(chǔ)混合系統(tǒng)， 通過系統(tǒng)控制來盡量提高太陽能的自發(fā)自用率、讓太陽能盡量為用戶服務(wù)為系統(tǒng)主要安裝目的。
B. 消峰填谷： 此類應(yīng)用主要集中在峰谷電費(fèi)差價(jià)較大的一些行業(yè)或國(guó)家， 一般只需要安裝純儲(chǔ)能系統(tǒng)就可以。用戶安裝此系統(tǒng)的目的就是希望在負(fù)荷較輕、電價(jià)較低的時(shí)候?qū)?chǔ)能系統(tǒng)充電， 在負(fù)荷較重、電價(jià)較高的時(shí)候由儲(chǔ)能系統(tǒng)放電， 利用峰谷電價(jià)差來達(dá)到減少用戶電費(fèi)的目的。
C. UPS工作模式： 此類應(yīng)用主要集中在電網(wǎng)供電可靠性較差的區(qū)域、國(guó)家， 如非洲、東南亞等。安裝此類系統(tǒng)的目的就是希望在電網(wǎng)工作正常時(shí)， 由電網(wǎng)對(duì)用戶進(jìn)行供電，同時(shí)由太陽能或電網(wǎng)對(duì)電池進(jìn)行充電， 使電池在電網(wǎng)正常時(shí)盡量保持在滿充狀態(tài)。 當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)， 轉(zhuǎn)由光儲(chǔ)混合（或純儲(chǔ)能）儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行供電，以保證用戶供電的持續(xù)性。
上述三種模式中， 模式A和 B均為并網(wǎng)為主、離網(wǎng)為輔的運(yùn)行方式。 模式C為離網(wǎng)為主、并網(wǎng)為輔。 （關(guān)于并離網(wǎng)功能在光儲(chǔ)混合系統(tǒng)中的應(yīng)用問題， 筆者會(huì)在以后的文章進(jìn)行分析)
除上述三種主要模式外， 在電網(wǎng)應(yīng)用級(jí)別的儲(chǔ)能系統(tǒng)還有對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行調(diào)整的要求， 本文主要針對(duì)家用、商用的光儲(chǔ)混合系統(tǒng)進(jìn)行分析， 所以對(duì)于此類應(yīng)用模式不再進(jìn)行討論。
2. 系統(tǒng)配置
在明確了系統(tǒng)安裝目的之后才可以針對(duì)不同的運(yùn)行目的來詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要配置。在整個(gè)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)中，最核心的部分就是針對(duì)電池儲(chǔ)能部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，關(guān)鍵還是要同時(shí)兼顧到功率平衡和能量平衡來優(yōu)化系統(tǒng)成本。 坦率的說， 此方面的設(shè)計(jì)計(jì)算非常復(fù)雜（尤其是在提供太陽能自發(fā)自用率領(lǐng)域）， 需要考慮諸多因素才可以得到一個(gè)合適的結(jié)果。 本文只是針對(duì)不同安裝目的進(jìn)行簡(jiǎn)要分析以供大家參考討論：
A. 提高太陽能自發(fā)自用率:
在此類應(yīng)用中， 其實(shí)也應(yīng)該分為兩種情況來考慮: 已安裝太陽能的用戶和未安裝太陽能的用戶。
(1) 對(duì)于已安裝太陽能的用戶: 由于已有太陽能發(fā)電系統(tǒng)， 所以采用交流耦合方案來組建光儲(chǔ)混合系統(tǒng)比較合適: 即原有的太陽能面板+太陽能逆變器構(gòu)成太陽能發(fā)電系統(tǒng)， 同時(shí)安裝電池雙向充放電逆變器+儲(chǔ)能電池構(gòu)成電池儲(chǔ)能系統(tǒng)， 兩者能量在交流測(cè)進(jìn)行耦合。
由于太陽能的發(fā)電功率、日發(fā)電量和用戶負(fù)荷的峰值功率及日耗電量均可預(yù)測(cè)， 所以設(shè)計(jì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)候主要從功率平衡和能量平衡兩個(gè)角度考慮即可：
功率平衡： 其目的就是通過太陽能的日發(fā)電功率曲線、用戶的日負(fù)荷功率曲線選擇合適功率(KW)的電池逆變器。 電池逆變器的功率不宜選的過大，過大會(huì)導(dǎo)致成本增高而不實(shí)用， 因?yàn)樘柲懿灰欢芴峁┳銐虻某潆姽β剩?nbsp;若電池逆變器功率過小， 會(huì)導(dǎo)致太陽能的自發(fā)自用率下降， 過多的電量被反饋到電網(wǎng)中而未達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的， 同時(shí)儲(chǔ)能電池也不一定能充滿。一般而言， 電池逆變器的功率為光伏功率的60%-80%是一個(gè)比較合適的選擇范圍。
能量平衡：其目的就是要通過太陽能的日發(fā)電量、負(fù)荷的日耗電量及預(yù)期的太陽能自發(fā)自用率來確定儲(chǔ)能電池的容量（KWH）。跟功率平衡類似， 儲(chǔ)能電池容量過大會(huì)導(dǎo)致電池不能被充滿而造成系統(tǒng)成本過高， 容量過小可能會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電池非常容易被充滿， 而太陽能發(fā)出的電量不得不被反饋到電網(wǎng)而使得太陽能自發(fā)自用率過低。 綜合下來， 結(jié)合筆者多年來的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 電池容量(KWH)是電池功率的(KW)的1-1.5倍(數(shù)值上)為宜。
(2) 對(duì)于未安裝太陽能的用戶，采用直流耦合方案比較合適，即太陽能（配MPP  追蹤器）和儲(chǔ)能電池（配一個(gè)雙向DC-DC變換器）能量在直流母線側(cè)進(jìn)行耦合， 同時(shí)兩者共用一個(gè)DC-AC逆變器。 太陽能部分的設(shè)計(jì)可以直接參照純光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行， 電池部分和上面已安裝太陽能的用戶的設(shè)計(jì)思路相同。
B. 消峰填谷：
針對(duì)此類應(yīng)用，因?yàn)椴恍枰紤]太陽能， 所以其系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較清晰。 主要就是根據(jù)客戶要求決定儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率， 再根據(jù)峰谷的不同時(shí)段來決定儲(chǔ)能電池容量即可。不過需要注意的是，由于一天中可能有多個(gè)峰、谷、平時(shí)段，所以會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電池一天中多次進(jìn)行深充深放循環(huán)，這種情況下儲(chǔ)能電池的使用年限是一個(gè)必須考慮的問題。
C. UPS工作模式：
在此模式下的光儲(chǔ)混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接從功率平衡和能量平衡兩個(gè)角度考慮即可：
功率平衡：只要保證光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的最大功率要大于負(fù)荷的最大瞬時(shí)功率。
能量平衡：按照最壞情況沒有太陽能考慮， 根據(jù)客戶要求的備電時(shí)間即可決定儲(chǔ)能電池容量。
3. 系統(tǒng)運(yùn)行年限評(píng)估
整個(gè)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)中所占成本最高、最易損壞的部分就是儲(chǔ)能電池， 所以整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行年限基本上就是由儲(chǔ)能電池的循環(huán)次數(shù)、使用年限來決定。(注： 逆變器一般保修年限都是5年， 基本上可以使用到7年左右。 一般若到了使用壽命后直接進(jìn)行更換)
系統(tǒng)運(yùn)行中， 決定儲(chǔ)能電池運(yùn)行年限的主要因素就是DOD(放電深度)和充放電電流， 同時(shí)一個(gè)具備良好均衡功能的電池管理系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能電池的使用壽命影響巨大（尤其是鋰電池）。如何延長(zhǎng)電池的使用壽命是光儲(chǔ)混合系統(tǒng)領(lǐng)域中另外一個(gè)非常重要的技術(shù)課題， 此處不進(jìn)行過多討論，此處只列出現(xiàn)在市場(chǎng)上的一些專門針對(duì)應(yīng)用在提高太陽能自發(fā)自用率領(lǐng)域的儲(chǔ)能電池保修年限供大家參考：
在一定的DOD和充放電電流的使用環(huán)境下：
一般鉛酸電池： 1年
膠體鉛酸電池：2-3年
鉛碳電池： 5-7年
鋰類儲(chǔ)能電池： 7-10年
此外， 現(xiàn)在市場(chǎng)也出現(xiàn)了一些20年保修的電池， 但價(jià)格較高還未成為市場(chǎng)主流。
在考慮到以上三個(gè)系統(tǒng)要素以后， 一個(gè)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可以大致確定下來。但是除以上三個(gè)設(shè)計(jì)要素之外， 系統(tǒng)各關(guān)鍵部分通訊整合、系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試等因素也必須要考慮進(jìn)來，這些都需要一定的現(xiàn)場(chǎng)安裝經(jīng)驗(yàn)積累，此處本文不再贅述。 希望通過本文對(duì)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)一些設(shè)計(jì)要素的描述分析， 讓更多用戶對(duì)光儲(chǔ)混合系統(tǒng)的理解更深刻， 更有利于推動(dòng)整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展。
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