家用储能设备就是把电能储存起来,待需要时使用——也称为电力储能产品或者“电池储能系统”(BESS),以下简称家储。家储的核心组成是可充电电池,一般为锂离子电池或者铅酸电池。其他组成部分为逆变器,可智能控制充放电的控制系统。

随着储能走进普通家庭,我们可以实现分布式发电理念,缓和电网输电压力,减少使用化石燃料,是实现碳中和或者零中和的必要的去中心化举措。

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如何配置一套家用储能

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

在户用储能系统当中,主要的组成部分就是组件、储能机、电池;上图这种形式就是将储能设置在车库,给我们的电动汽车使用。

推荐系统配置

单相储能系统:5kW+10kWh

三相储能系统:10kW+10~20kWh

储能系统分为单相、三相;下面图片为简单的储能系统图,除了三大件其中还包括电表、家庭负载等,无论是单相还是三相都有相对应的解决方案。

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?
单相系统
如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?
三相系统
储能逆变器介绍

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如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?
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ES/ET储能机均为双向储能、支持离并网一体、UPS功能、手机APP控制、并且可实现防逆流和功率限制等。

但是ES和ET之间也是有区别的,ES是单相双向储能逆变器、ET则针对三相电网的;并且它支持不平衡三相输出,支持单相负载;

另外ES是接的低压电池,ET电压范围更高,是接的高压电池 ;那它们充放电电流也是不同。这个在逆变器的接口上也会反应出来。

由于ES充放电电流可以达到100A,所以对应的电池接口也更大,要用到25方线缆,ET的充放电流只有25A,6方的电缆就够了。

所以这两台机器最大的特点就是它们是离并网一体的,另外还有UPS的功能,电网突然断电逆变器会自动切换到电池供电,并离网切换时间小于10ms,UPS级别响应时间,属于不间断电源;而很多逆变器厂家的储能逆变器为EPS,属于应急电源,切换时间只是小于5s。

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储能电池介绍

电池是建议大家用锂电池,目前已经兼容很多电池品牌,像BYD、沃太、派能;另外目前还有一些电池还在做匹配,在客户购买机器之前一定先确认是否使用的是兼容电池品牌。

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

锂电池由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,能量高、使用寿命长、重量轻等多种优点,广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统。

  • 磷酸铁锂(LFP)电池

  • 三元锂电池(NCM/NCA)电池

  • 钴酸锂(LCO)电池

  • 其他锂电池,例如锰酸锂,钛酸锂电池等

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电池主要性能参数

储能系统各部件成本

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如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

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工作模式一

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

负载消耗优先级:

PV--电池--电网

  1. 光伏发的电优先供负载使用,多余的电储存在电池中,再多余的电卖给电网;PV不足的时候,电池放电给负载使用

2. 电网停电的时候,并网输出端的负载不能工作;但是离网输出端的负载可以正常工作,由PV和电池进行供电

光储存模式

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

1.电动汽车夜间利用电池的电进行充电,不足的部分由电网补充

2. 光伏发的电供给电动车车棚插座、照明、电动汽车充电桩以及储能电池

这个应用模式除了光储充应用比较多的还是会别墅项目,目前这种模式的案例主要还是以别墅以及示范为主。

储能示范项目

工作模式二

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• 经济模式设置

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

说明:通用模式电网不会对电池进行充电,设置成经济模式,可以设置电池充放电的时段。

经济模式的主要作用就是削峰填谷,可以在晚上谷时利用电网的电给电池充电,在白天峰时给负载使用;这种模式可以减少峰谷差,从而节省电费。

离网端UPS功能

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

说明:电网断电时离网负载可以由光伏和电池供电不间断工作;离网端由电网切换到电池供电为UPS供电。

当电网断开时,on grid端就没电了,设备以10毫秒的速度切换模式,确保back-up端重要负载的正常使用。这个负载的位置是要注意的,重要的负债需要接到离网端。

例如5G通信基站,一般建设位置一般比较偏僻,电网的电能质量不高,这时为满足不间断的用电需求,可以将负载接到back up端,储能机设置为back-up备用模式,平时由光伏供电电网补充,紧急断电情况下切换电池供电。

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已经装好的项目如何改造成储能?

接下来我们再看一下另一种形式。储能改造项目需要用改造机 SBP和BT,不用改变原有的光伏系统布局,在有光伏的基础上加装的储能,这个是接在我们的交流侧的。正常情况下用电优先级也是一样从光伏到电池到电网,电网停电后,就只能依靠电池的电给离网负载供电。

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

如何配置电池容量

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电池选型要考虑负载,是每天都用还是备份;电池容量选的过大存在浪费,如果存的电都用掉的话电池会存在充不满的现象。

 

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

储能设备厂家也通过多种形式为客户提供了不同的电池容量选择空间。如堆叠式安装、模块化一体机、一体产品多功率/能量搭配等多种形式自由化的能量选配方案。

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

优能电气产品图

 

那么,在家庭储能场景中,如何最快最直接的选配最佳的电池容量方案呢?
 
目前,大部分家庭都将储能作为调节电网供电利用的一种方式,我们习惯性叫做并网储能。针对并网储能来讲,主要目的一般可分为三类:光伏自发自用(电费较高或没有补贴)、峰谷电价、备用电源(电网不稳定或有重要负载)。
 
1. 提升光伏自用率

这种场景的主要目的是,当电价较高或者光伏并网补贴较低(无补贴)时,安装光伏储能系统以降低电费支出,所以光伏系统电力除日间使用外剩余能够存储并在夜间使用。

 

我们把家庭的用电情况分为日间用电(光伏高功率发电时段)和夜间用电(光伏低功率或无功率时间段)。按照上述目的,最理想的状态应该是光伏发的电满足日间用电外,进行存储后刚好能够满足夜间用电。

 

也就是,电池有效容量应该约等于光伏发电量减掉日间用电。不过这只是理想状态。为避免电池容量的冗余(避免夜间无法消耗完),我们还需要保证电池的有效电量不高出夜间用电量。

 

如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

这需要我们比较准确地把握家庭用电的规律,并能够熟悉储能系统对供电优先等级的设置规则。

  • 一个家庭装了5kW的光伏系统,日发电量约17.5kWh。而家庭每日平均用电量约20kWh,其中日间平均用电量5kWh,夜间15kWh。那么,电池有效电量应该约等于17.5-5=12.5kWh,同时这也符合不高出夜间用电量的条件(12.5kWh≤15kWh)。所以,此家庭适配电池有效电量最佳可选配12.5kWh。

2. 削峰填谷,降低电费支出
这种场景的主要目的是,在白天电价低谷时进行电池充电,夜间电价高峰期时电池放电,以此降低整体电费支出。
 
我们把家庭的用电情况分为日间用电(电价低谷期)和夜间用电(电价高峰期)。此场景下,最理想的状态是“白天利用光伏供给负载后剩余电力和电网对电池充电,而且电池电力刚好满足夜间(电价高峰时)使用”。
 
也就是电池有效容量约等于家庭夜间用电量。不过,以夜间用电量为基础计算出电池容量只是一个最大需求值。
在考虑电池成本的情况下,一般需要在光伏系统容量、电池投资和电价节约三个层面进行综合考虑,确定以一个最佳比例。同时还要满足,电池放电时间不长于夜间用电时长。
 
  • 一个家庭装装了5kW的光伏系统,每日平均用电量约20kWh,夜间(假设电价峰谷期为17:00 - 22:00共5小时)用电量15kWh。假设根据测算,电池有效容量覆盖家庭夜间用电量2/3为最佳投资收益点。
    那么,电池有效电量应该约等于15*2/3=10kWh,此时电池约为10kWh/5kW=2h,小于等于夜间用电5h。所以,此家庭适配电池有效电量最佳可选配10kWh。
3. 在电网不稳定地区作为备用电源
储能系统作为备用电源的情况,主要应用在电网不稳定地区或有重要负载的情境中。比如,家庭的基础照明、冰箱、台式电脑等;商业场所的数据机房、工业场所的重要设备、养殖场所的照明及通风设备等等。
 
以备用电源为主要目的设计电池容量时,主要考虑的是电池在离网最长时间(预计最长停电时间)情况下,单独供应重要负载所需要的电量,包括需要考虑到夜间无PV的情况。
 
这种场景下,电池容量比较好计算,只需要罗列出全部重要负载,并计算出最长停电时间内全部负载用电量,即可初步确定电池容量。
  • 以某个重要商业场所为例,重要负载为数据机房的10台机柜,每个机柜功耗为3kW。预计最长停电时间约4小时。根据测算,该项目电池有效容量应该为10*3kW*4h=120kWh。所以此工商业项目电池有效电量最佳可选配120kWh。
以上三种情况是安装并网储能系统最常见的需求,在选配电池容量时也比较有规律可循。不过在实际应用中可能会出现两种或多种需求叠加的情况,这就需要我们能够根据需求具体分析,并最终理清电池最佳的选配容量。
 
另外,以上分析中我们提到的都是电池的有效电量,而实际选配电池时还需要考虑负载的冲击载荷、电池的DOD(放电深度)、系统效率损耗、储能设备性能、投资收益预期等多种情况。
 
所以在选择电池容量时,需要将整个家庭或用场景下的电力作为整体系统进行统筹考虑,选择最佳的设备和系统集成供应商也显得特别重要。
 

参考资料:古瑞瓦特、优能电气

原文始发于微信公众号(艾邦储能与充电):如何配置一套家用储能?电池容量如何配选?

作者 li, meiyong

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