關于戶用儲能系統(tǒng)中的電池配置的分析和應用介紹

關于儲能系統(tǒng)問題，出現(xiàn)最頻繁的是：

電池怎么選？

電池容量怎么配？

負載如何考慮？

一、電池類型的選擇

隨著電池技術發(fā)展和成本的快速下降，目前在戶用儲能項目中，鋰電池已成為主流選擇，新增化學電池市場占有率達95%以上。

2000-2017年全球化學儲能技術分布

2017年全球新增化學儲能技術分布

【小固解讀】相比鉛酸電池，鋰電池具有效率高、循環(huán)壽命長、電池數(shù)據(jù)精確，一致性高等優(yōu)勢。

二、電池容量設計常見四大誤區(qū)

1、只根據(jù)負載功率和用電量選擇電池容量

電池容量設計中，負載情況是最重要的參考因素。但電池充放電能力、儲能機的最大功率、負載的用電時段等同樣不容忽視。

2、電池的理論容量和實際容量

通常，電池手冊上面標注的是電池的理論容量，也就是在理想狀態(tài)下，電池從SOC 100%到SOC 0% 時電池能夠釋放的最大電量。

而在實際的應用中，考慮到電池壽命，不允許放電到SOC 0%，會設置保護電量。

3、電池容量選擇越大越好

在實際應用中，要考慮電池使用率。如果光伏系統(tǒng)容量較小，或負載用電量較大，電池無法充滿即造成浪費。

4、電池容量設計完美契合

由于過程損耗的原因，電池放電量小于電池存電量，負載耗電量小于電池放電量。忽視效率損耗很可能造成電池供電不足的現(xiàn)象。

三、不同應用場景下的電池容量設計

本文主要介紹三種常見應用場景下的電池容量設計思路：自發(fā)自用（電費較高或沒有補貼）、峰谷電價、備用電源（電網(wǎng)不穩(wěn)定或有重要負載）。

1、“自發(fā)自用”

由于電價較高或者光伏并網(wǎng)補貼較低（無補貼），安裝光伏儲能系統(tǒng)以降低電費支出。

假設電網(wǎng)穩(wěn)定，不考慮離網(wǎng)運行

光伏只是為了降低電網(wǎng)用電量

一般白天光照比較充足

最理想狀態(tài)是，光伏+儲能系統(tǒng)能夠完全覆蓋家庭用電。但是這種情況很難實現(xiàn)。所以我們綜合考慮投入成本和用電情況，可以選擇根據(jù)家庭平均日用電量（kWh）來選擇電池的容量（默認光伏系統(tǒng)能量充足）。設計邏輯如下 ：

如果能夠準確搜集用電規(guī)律，結合儲能機管理設置，可以盡量提高系統(tǒng)利用率。

二、峰谷電價

峰谷電價的結構大致如下圖所示，17：00 - 22：00為用電高峰期：

白天用電量少（光伏系統(tǒng)可基本覆蓋），在用電高峰期，則需要保證至少一半以上的電量由電池供電，減少電費支出。

假設高峰期平均日用電量：20kWh

其設計思路如下：

以高峰時期的總用電量為基礎計算出電池容量的最大需求值。然后根據(jù)光伏系統(tǒng)的容量和投資的效益在該區(qū)間內找到一個最佳電池電量。

三、電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)——備用電源

主要應用在電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)或有重要負載的情境中。2017年初，固德威曾經(jīng)設計過一個東南亞的項目，具體情況如下：

應用場地：養(yǎng)雞場，考慮光伏可鋪設面積，大概可以裝5-8KW 組件

重要負載：4*換氣風扇，單個風扇的功率 550W（如果換氣扇不工作，養(yǎng)雞棚內供氧不足）

電網(wǎng)情況：電網(wǎng)不穩(wěn)定，不定時停電，最長停電時長3~4小時

應用要求：電網(wǎng)正常情況下，電池優(yōu)先充電；電網(wǎng)停電時，電池+光伏保證重要負載（風扇）正常運行

在選擇電池容量時，需要考慮的就是電池在離網(wǎng)情況下單獨供應所需要的電量（假設晚間停電，無PV）。

其中離網(wǎng)時的用電總功率和離網(wǎng)預計時間是最關鍵的參數(shù)。以停電預計的最長時間4小時來計算，其設計思路可參考：

這個案例中的重要負載很單一，設計過程相對簡單。如果系統(tǒng)中有其他重要負載，需要全部列出（如下例）然后根據(jù)全天最長連續(xù)停電時長內最大的用電負載功率和用電量，最后確定需要的電池容量。

四、電池容量設計中的兩個重要因素

1、光伏系統(tǒng)容量

假定

電池全部由光伏充電

儲能機給電池充電的最大功率為5000W

每天日照小時數(shù)為4h

那么：

①在電池作備用電源的模式下，有效容量800Ah的電池在理想狀態(tài)下充滿平均需要：

800Ah/100A/4h=2天

②在自發(fā)自用的模式下，假定系統(tǒng)每天在4個小時內平均以3000W給電池充電。有效容量800Ah 的電池充滿（不放電的情況下）需要：

800Ah*50V/3000=13天

無法滿足負載日常用電。而在常規(guī)自發(fā)自用的系統(tǒng)下，電池無法充滿。

2、電池冗余設計

前文提到的三種應用場景中均提到，由于光伏發(fā)電存在不穩(wěn)定性、線損、無效放電、電池老化等造成效率損失，在電池容量設計時，需要保留一定余量。

電池余量的設計比較自由，設計者可以根據(jù)自身系統(tǒng)設計的實際情況綜合判定。