户用储能白皮书

1 1 目 录 第一章 光储系统的类型 1 1.1 光伏离网发电系统 1 1.2 并离网储能系统 2 1.3 光伏并网储能系统 2 1.4 微网储能系统 3 第二章 光伏、光储和用户侧储能经济性对比 5 2.1 光伏并网发电 5 2. 2 光伏储能系统 6 2.3 用户侧储能系统 6 第三章 光伏离网系统选型 8 3.1 离网逆变器的类型 8 3.2 不同功率离网系统选型 9 第四章 储能系统的两种技术路线 13 4.1 直流耦合原路 13 4.2 交流耦合原理 14 第五章 户用光伏储能投资收入计算 16 5.1 什么是峰谷电价 . 16 5.2 峰谷电价对居民电费的影响 17 5.3 户用光伏储能方案 17 第六章 铅酸蓄电池技术参数 19 6.1 铅酸蓄电池关键技术参数 19 6.2 蓄电池系统设计案例 22 第七章 锂电池的应用技术 23 第八章 离网系统常见故障及解决方案 25 8.1 离网系统常见的设计问题 25 8.2 离网系统调试时常见问题 25 2 8.4 蓄电池常见问题 27 第九章 户用光伏离网系统典型设计 29 9.1 根据用户的负载类型和功率确认离网逆变器的功率 29 9.2 根据用户每天的用电量确认组件功率 30 9.3 根据用户晚上用电量或者期望待机时间确定蓄电池容量 31 9. 4 户用系统设计方案 31 1 第一章 光储系统的类型 根据不同的应用场合， 太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、 离网发 电系统、 并离网储能系统、 并网储能系统和多种能源微网系统等五种， 后四种因 为要配置储能蓄电池，又称为储能系统。 光伏并网系统由组件， 并网逆变器， 光伏电表， 负载， 双向电表， 并 网柜和 电网组成， 组件发出的直流电， 经逆变器转换成交流电送入电网。 目前主要有大 型地面电站、中型工商业电站，小型家用电站三种形式。并网光伏系统有补贴， 适合于投资。 光伏储能， 和并网发电不一样， 要增加蓄电池， 以及蓄电池充放电装置， 前 期成本要增加 20-40 ，应用范围很 宽，适合 于没电、缺电 、经常停 电或者光伏 不能上网等刚性需求的应用场合， 光伏储能发电系统分为离网发电系统、 并离网 储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等四种。 1.1 光 伏离 网发电 系统 光伏离网发电系统， 不依赖电网而独立运行， 应用于偏僻山区、 无电区、 海 岛、 通讯基站和路灯等应用场所。 系统由光伏方阵、 太阳能控制器， 逆变器、蓄 电池组、 负载等构成。 光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能， 通过太 阳能控制逆变一体机给负载供电， 同时给蓄电池组充电； 在无光照时， 由蓄电池 通过逆变器给交流负载供电。 图 1 、离网发电系统示意图 2 光伏离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的，是 刚 性需求， 离网系统不依 赖于电网， 靠的是 “边 储边用” 或者 “先储后 用” 的工作 模式，干的是“雪中送炭”的事情。对于无电网地区或经常停电地区家庭来说， 离网系统 具有 很强的 实 用性，目 前光 伏离网 度 电成本约1.0-1.5元 ， 相比并网系 统要高很多，但相比燃油发电机的度电成本1.5-2.0元，还是更经济环保。 1.2 并 离网 储能 系统 并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电， 或者光伏自发自用不能余量上 网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。 图 2 、并离网发电系统示意图 系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、 太阳能并离网一体机、 蓄电池组、 负 载等构成。 光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能， 通过太阳能控制逆 变一体机给负载供电， 同时给蓄电池组充电； 在无光照时， 由蓄电池给太阳能控 制逆变一体机供电，再给交流负载供电。 相对于并网发电系统， 并离网系统增加了充放电控制器和蓄电池， 系统成本 增加了30 左右， 但是 应用范围 更宽。 一是可 以设定在 电价峰 值时以 额定功率输 出， 减少电费开支； 二是可以电价谷段充电， 峰段放电， 利用峰谷差价赚钱； 三 是当电网停电时， 光伏系统做为备用电源继续工作， 逆变器可以切换为离网工作 模式，光伏和蓄电池可以通过逆变器给负载供电。 1.3 光 伏 并网储 能系统 并网储能光伏发电系统， 能够存储能多余的发电量， 提高自发自用比例， 应 3 用于光伏自发自用不能余量上网、 自用电价比上网电价价格贵很多、 波峰电价比 波平电价贵很多等应用场所。 系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、 太阳能控制 器、 电池组、 并网逆变器、 电流检测装置、 负载等构成。 当太阳能功率小于负载 功率时， 系统由太阳能和电网一起供电， 当太阳能功率大于负载功率时， 太阳能 一部分给负载供电，一部分通过控制器储存起来。 图 3 、 并网储能系统示意图 在一些国家和地区， 以前装了一套光伏系统， 后来取消了光伏补贴， 就可以 安装一套并网储能系统， 让光伏发电完全自发自用。 并网储能机可以兼容各个厂 家的逆变器， 原来的系统可以不做任何改动。 当电流传感器检测到有电流流向电 网时， 并网储能机开始工作， 把多余的电能储存到蓄电池中， 如果蓄电池也充满 了， 还可以打开电热水器。 晚上家庭负载增加时， 可以控制蓄电池通过逆变器向 负载送电。 1.4 微网 储能 系统 微网系统由太阳能电池方阵、 并网逆变器、PCS 双向变流器， 智能切换开关， 蓄电池组、 发电机， 负载等构成。 光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电 能， 通过逆变器给负载供电， 同时通过PCS 双向变流器给蓄电池组充电； 在无光 照时，由蓄电池通过PCS 双向变流器给负载供电。 微电网可充分有效地发挥分布式清洁能源潜力， 减少容量小、 发电功 率不稳 定、独立供电可靠性低等不利因素，确保电网安全运行，是大电网的有益补充。 微电网可以促进传统产业的升级换代， 从经济环保的角度可以发挥巨大作用。 专 家表示， 微电网应用灵活， 规模可以从数千瓦直至几十兆瓦， 大到厂矿企业、 医 4 院学校，小到一座建筑都可以发展微电网。 图 4 、光伏微网储能系统示意图 微网系统和纯离网系统相比的主要优势 1 、应用范 围更宽 ，离 网系统只 能脱离 大电网 而使用， 而微网 系统则 包括离 网系统和并网系统所有的应用，有多种工作模式 2 、系统配 置灵活 ，并 网逆变器 可以根 据客户 的实际情 况选择 单台或 者多台 自由组合， 可以选择组串式逆变器或者集中式逆变器， 甚至可以选择不同厂家的 逆变器。并网逆变器和 PCS 变流器功率可以相等，也可以不一样。 3 、系统效 率高， 微网 系统光伏 发电经 过并网 逆变器， 可以就 近直接 给负荷 使用，实际效率高达 96 ，双向变流器主要起稳压作用。 4 、带载能 力强， 微网 系统并网 逆变器 和双向 变流器可 以同时 给负载 供电， 当光照条件好时，带载能大可以增加很多。 5 第二章 光 伏、 光储和 用户侧 储能 经济 性 对比 在一些用电比较大的工商业， 电价较高， 峰谷价差较大， 每个月的电费是一 笔不少的开支， 而且电费不能拖欠， 每个月必须现金支付。 目前省电的办法较多， 一是节流， 就是采用节能设备， 如采用变频器， 节能灯， 节能的门窗等等。 二是 开源， 就是除了电网提供电源外， 再找别的能源方式， 随着光伏组件等材料和设 备价格下调， 在屋顶安装光伏发电， 是一个不错的选择。 能源局 823 政策下达之 后，分布式光伏 2018 年下半年没有补贴指标，而国家发改委和能源局又下发文 件， 支持储能的发展， 随着蓄电池大批量应用， 以前高高在上的蓄电池价格， 也 要迅速下调， 因此在光伏的基础上安装储能， 或者不装光伏仅是电网侧储能， 都 有不错的收益。 下面分析一下， 光伏， 光储以及用户侧储能三个项目的特点， 投资经济性对 比。 以广州某工业厂房为例,该地区峰段电价1.0348 元/度， 时段是14 到17 点， 19 点到 22 点，平段电价 0.6393 元/度，时段是 8 到 14 点，17 点到 19 点，22 点到24 点， 低谷电价是0.3351 元/度， 时段是00 点到8 点， 该工厂峰值负载功 率为 500kVA,工厂是早上 8 点开工，下午 18 点收工。一年工作时间为 280 天左 右。 目前无论是光伏，还是储能都没有补贴，依靠货款去做这3 个项目，都没有 投资价值， 所以以下模式设定为厂房业主有闲余资金自投， 光伏发电或者储能用 于抵消电费开支，没有计算资金的货款成本，以及税金和租金等各种开支。 2.1 光伏 并网 发电 特点 光伏并网系统， 负载优先使用太阳能， 当负载用不完后， 多余的电送 入电网， 当光伏电量不足时， 电网和光伏可以同时给负载供电， 光伏发电依赖于 电网和阳光，当电网断电时，逆变器就会启动孤岛保护功能，太阳能不能发电， 负载也不能工作；系统输出功率和光照同步，和电网峰平谷电价没有关系。 根据该公司的用电负载功率和用电情况，安装一个400kW 的光伏电站，开工 期间光伏用电可以全部自用，正常工作日8 点之前和18 点之后和休息日余量上 6 网，以脱硫电价0.4153 元卖给电网公司，综合计算自发自用比例为80，余电 上网比例为20。 整个系统初装费用为180 万元。400kW 在广州地区， 平均每年发电40 万度， 自用比例为80，约32 万度，峰段约为12 万度，按1.0348 元每度价格算，每 年收益为12.4 万元，平段约为20 万度，按0.6393 元每度价格算，每年收益为 12.8 万元,余量上网比例为20，以脱硫电价0.453 元卖给电网公司，总费用为 3.6 万元，加起来为29.2 万元。 2. 2 光伏 储能 系统 相对于并网发电系统， 光储系统增加了充放电控制器和蓄电池， 系统成本增 加了30左右， 但是应用范围更宽。 一是可以设定在电价峰值时以额定功率输出， 减少电费开支； 二是可以电价谷段充电， 峰段放电， 利用峰谷差价赚钱； 三是当 电网停电时， 光伏系统做为备用电源继续工作， 逆变器可以切换为离网工作模式， 光伏和蓄电池可以通过逆变器给负载供电。 还是上述的项目， 在光伏电站增加一个储能系统， 光伏设为250kW， 储能系 统配备一台250kW 的PCS 双向储能变流器，1000kMH 铅炭蓄电池， 整个系统初装 费用为200 万元， 光伏平均每年发电25 万度，80开工期间系统设计在电价峰值 时功率输出， 20*1.034820.7 万， 20节假日以脱硫电价0.453 元卖给电网公司， 5*0.4532.27 万，利用峰谷 0.7 元每度的价差，每天充 500 度，充放电效率算 0.85，在高峰期放 425 度，每天可以节省电费 272 元，一年算 280 天约 7.63 万 元；电网停电会给工厂带来较大的损失，停电一小时，可能损失几千到几万元， 加装了储能系统， 还可以做为备用电源使用， 估计一年算2.1 万左右， 这样全部 加起来约32.7 万元。 2.3 用 户侧 储能 系统 该系统主要设备是双向储能逆变器和蓄电池， 电价谷时充电， 电价峰时充电， 电网停电时， 作为后备电源使用。 还是上述的项目， 我们设计一台500kW 的PCS 双向储能变流器，2200kWH 铅炭蓄电池，整个系统初装费用为180 万元。 利用峰谷价差充放电， 效率算0.85， 设计高峰期放1500 度， 总的价差约980 元， 一年算280 天约27.44 万元； 电网停电会给工厂带来较大的损失， 停电一小 7 时， 可能损失几千到几万元， 加装了储能系统， 还可以做为备用电源使用， 估计 一年算4 万左右，这样全部加起来约31.44 万元。 综合对比 对比项目 主要设备 总投资 年收益 成本回收期 光伏并网发电 400kW 组件，逆变器 180 万 29.2 万元 6.16 年 光伏储能系统 250kW 组件， 逆变器， 250kW 双向储能变流 器，1000kWH 蓄电池 200 万 32.7 万元 6.1 年 电网侧储能系 统 500kW 双向储能变流 器，2200kWH 蓄电池 180 万 31.44 万元 5.7 年 从上表可以看出， 三个方案投资收益差不多， 光伏并网系统回收期稍长， 但 光伏系统能用 20 年以 上，电网侧储能系统回收期虽短，目前投资性不是很好， 主要原因是蓄电池寿命短， 广州地区白天工作期间电价峰值时间不长， 峰谷价差 不是很大。 而随着国家对储能的重视， 当锂电池价格下调到 1.6 元/WH 以下， 深 度充放电次数超过 6000 次，峰谷价差拉大到 0.8 元以上时，储能将会有很好的 投资价值。 8 第三章 光 伏离 网系统 选型 光伏离网发电系统， 从几十瓦到几兆瓦都有， 用户群很不一样， 贫困无电地 区，主要是解决照明的需求，用户对价格很敏感，比较富裕的牧民、海岛居民， 中型渔船等缺电地区， 比较偏远的风景区， 以及一些通信基站， 监控基站， 对用 电的可靠性要求高， 针对不要的需求， 要采用不同的方案去设计， 才能满足客户 的需求。 3.1 离 网逆 变器 的类型 逆变器和控制器有很多种技术路线， 成本也不一样， 没有好坏之分， 以满足 客户的实际需求为目标， 在满足客户需求的前提下， 尽量减少成本， 以提高市场 竞争力。 （1 ）控制器 PWM 和 MPPT 按充电方式来说，太阳能控制器有 PWM 和 MPPT 两种。采 用 PWM 方式的 控制器， 组件和蓄电池之间只有一个开关， 通过控制开关的占空比， 来给蓄电池 的充电，PWM 方式技 术成熟， 电路简单可靠， 价格便宜， 但组件的利用率较低， 目前的组件利用效率约为 70 。组件的电压是蓄电池的电压 1.2-2.0 倍之间，如 果是 24V 的蓄电池， 组 件输入电压在 30-50V 之间； MPPT 太阳能控 制器， 指具备 最大功率点跟踪功能的太阳能控制器， 组件和蓄电池之间有一个 BUCK 降压电路， MPPT 太阳能控制器能 够实时检测太阳能板电压和电流，并不断追踪最大功率， 使系统始终以最大功率对蓄电池进行充电， 组 件的利用率约为 90 以上。 组件的 电压是蓄 电池的 电压 1.2-3.5 倍之间 ，如果 是 24V 的蓄 电池， 组 件输入电 压在 30-90V 之间。 （2 ）逆变器 修正波与正弦波 逆变器的波形主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是修正波逆变器。 修正弦波逆变器， 采用 PWM 脉宽调制方式生 成修正波输出， 由于存在 20 左右 的谐波失真， 不能带空调等感性负载， 但可以带电灯等阻性负载。 修正弦波逆变 器采用非隔离耦合电路， 器件简单， 效率高。 纯正弦波逆变器采用隔离耦合电路 9 设计， 电路较复杂， 成本较高， 可以连接任何常见的电器设备 （包括电视机、 液 晶显示器等，特别是冰箱等感性负载）而没有干扰。 （3 ）分体式与一体式 离网系统由于多了一个蓄电池， 因此必须要配置控制器， 用于组件给蓄电池 充电， 控制器和逆变器分开， 做成两个设备， 就是分体式。 把控制器和逆变器集 成在一起， 就是一体式， 也称为控制逆变一体式。 分体式系统， 控制器和逆变器 可以分别选型，但接线比较复杂，适应于组件和逆变器功率相差比较大的系统， 以及系统功率很大的系统。 控制逆变一体式系统结构简单， 用户接线方便， 适应 于组件和逆变器功率相差比较小的系统。 3.2 不 同功 率离 网系统选 型 光伏离网系统， 应用场合差异非常大， 但有一点是共同的， 就是用户对电的 需求依赖性很大， 因此首先要提高系统的可靠性， 再就根据客户的不同需求， 提 供不同的方案，在满足客户的需求的前提下，尽量增加发电量和减少系统成本。 （1 ）1kW 以 下的小 型离 网系 统 小型离网系统， 主要用户是贫困无电地区， 如偏远山区， 非洲某些贫困国家， 主要是解决照明的需求， 用户对价格很敏感， 因此建议采用 PWM 的 控制器， 修 正波的逆变器， 把控制器、 逆变器和蓄电池做成一体。 这种方式结构简单， 效率 高，用户接线方便，价格也很便宜，带动灯泡、小电视、小风扇也没有问题。 （2 ）1kW-10kW 的中小 型离 网系统 中小型离网系统， 主要用户是比较富裕的缺电地区， 如一些牧民、 海 岛居民， 中型渔船， 比较偏远的风景区， 以及一些通信基站， 监控基站等， 由于负载用电 时间和功率不一致，组件、逆变器和负载要根据用户的具体要求去配置。 （1 ） 如果用户的负载 功率比较大， 但用电时间不是很长， 如一个 3kW 的用 户， 每天用电量约 10 度， 当地平均日照时间 4 小时， 建议选择逆变控制一体机， 纯正弦波输出，如古瑞瓦特离网逆变器 SPF5000 ，组件配 3.5kW ，可以带冰箱， 空调等负载。 （2 ）如果用户的负载功率比较小，但用电时间很长，如一个 2kW 的用户， 每天用电量 20 度以上，当地平均日照时间 4 小时，建议选择控制器和逆变器分 10 体式，组件配 6kW ，控制器配两台 48V80A ， 逆变器配 3kVA 。 （3 ）10-200kW 中大型系 统 在经常停电， 或者峰谷价差很大， 光伏不能上网的工商业项目， 功率在 10kW 以上，200KW 以下 的 系统，建 议选择 光伏并 离网储能 系统， 设备选 择古瑞瓦特 HPS 系列一体机，结构简单方便。 在无电网地区， 柴油发电机组与光伏系统构成混合供电系统， 与柴油机组单 独作相比， 维护成本低， 无噪声， 发电成本也低。 和纯离网光伏对比， 可节省大 量昂贵的蓄电池，综合发电成本也就低下来了。 （4 ）250kW 以 上的系统 用 微 网储能 系统 在一些没有电网人口较多的偏远山区，海岛等地方，功率在 250kW 以上， 或者中大型工商业项目，功率在 250kW 以上，建议选择光伏微网储能系统，设 备选择古瑞瓦特并网逆变器和 PCS 双向变流器， 交流配电柜， 系统灵活， 效率高， 11 方便扩容。 微网系统由太阳能电池方阵、 并网逆变器、 PCS 双向变流器， 智能切换开关， 蓄电池组、 发电机， 负载等构成。 光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电 能， 通过逆变器给负载供电， 同时通过 PCS 双向变流器给蓄电池组充电； 在无光 照时，由蓄电池通过 PCS 双向变流器给负载供电。 微电网可充分有效地发挥分布式清洁能源潜力， 减少容量小、 发电功 率不稳 定、独立供电可靠性低等不利因素，确保电网安全运行，是大电网的有益补充。 微电网可以促进传统产业的升级换代， 从经济环保的角度可以发挥巨大作用。 专 家表示， 微电网应用灵活， 规模可以从数千瓦直至几十兆瓦， 大到厂矿企业、 医 院学校，小到一座建筑都可以发展微电网。 光伏微网储能系统示意图 微网系统和纯离网系统相比的主要优势 （1 ）应用 范围更 宽， 离网系统 只能脱 离大电 网而使用 ，而微 网系统 则包括 离网系统和并网系统所有的应用，有多种工作模式 （2 ）系统 配置灵 活， 并网逆变 器可以 根据客 户的实际 情况选 择单台 或者多 台自由组合， 可以选择组串式逆变器或者集中式逆变器， 甚至可以选择不同厂家 的逆变器。并网逆变器和 PCS 变流器功率可以相等，也可以不一样。 （3 ）系统 效率高 ，微 网系统光 伏发电 经过并 网逆变器 ，可以 就近直 接给负 荷使用，实际效率高达 96 ，双向变流器主要起稳压作用。 12 （4 ） 带载能力强， 微网系统并网逆变器和双向变流器可以同时给负载供电， 当光照条件好时，带载能大可以增加很多。 13 第四章 储能系统的两种技术路线 近些年来,光伏 发电技 术飞猛进,装机 容量迅 速提高, 但是光 伏发电 存在间歇 性 和不可控等缺点, 在没有处理之前, 大规模直接接入电网, 会带来很大冲击, 影 响 电网的稳定运行。加入储能环节后,可以让光伏发电平滑、稳定输出到电网, 大规模接入电网也不会影响电网的稳定。而且光伏储能，系统应用范围更宽。 光储系统， 包括太阳能 组件， 控制器， 逆变器 ， 蓄电池， 负载等设备 ， 目前 技术路线很多， 但能量都需要在某一点汇集， 目前主要有直流耦合 “DC Coupling ” 和交流耦合“AC Coupling ”两种拓扑结构。 4.1 直流 耦合 原路 如下图所示，光伏组件发出来的直流电，通过控制器，存储到蓄电池组中， 电网也可以通过双向 DC-AC 变流器向蓄电池充电。 能量的汇集点是在直流蓄电池 端。 直流耦合的工作原理 当光伏系统运行时， 通过 MPPT 控制器来给蓄 电池充 电； 当用电器负载有需求时， 蓄电池将释放电量， 电流的大小由负载来定。 储能 系统连接在电网上，如果负载较小而蓄电池已充满，光伏系统可以向电网供电。 当负载功率大于光伏发电功率时， 电网和光伏可以同时向负载供电。 因为光伏发 电和负载用电都不是稳定的，要依赖蓄电池平衡系统能量。 14 4.2 交流 耦合 原理 如下图所示， 光伏组件发出来的直流电， 通过逆变器变为交流电， 直接给负 载或者送入电网上， 电网也可以通过双向 DC-AC 双向变流器向蓄电池充电。 能量 的汇集点是在交流端。 交流耦合的工作原理 包含光伏供电系统和蓄电池供电系统。 光伏系统由 光伏阵列和并网逆变器组成； 蓄电池系统由蓄电池组和双向逆变器组成。 这两个 系统既可以独立运行，互不干扰，也可以脱离大电网组成一个微网系统。 直流耦合 和交 流耦合 都 是目前成 熟的 方案， 各 有其优缺 点，根 据不 同 的应 用场合，选择最合适的方案，以下是两种方案的对比。 （1 ） 成本对比 直流耦合包括控制器， 双向逆变器和切换开关， 交流耦合 包括并网逆变器， 双向逆变器和配电柜， 从成本上看， 控制器比并网逆变器要便 宜一些， 切换开关比配电柜也要便宜一些， 直流耦合方案还可以做成控制逆变一 体机， 设备成本和安装成本都可以节省， 因此直流耦合方案比交流耦合方案的成 本要低一点。 （2 ） 适用性对比 直流耦合系统， 控制器， 蓄电池和逆变器是串行的， 联 接比较紧密， 但灵活性较差。 交流耦合系统， 并网逆变器， 蓄电池和双向变流器 是并行的， 联接不紧密， 灵活性较好。 如在一个已经安装好的光伏系统中， 需要 加装储能系统，用交流耦合就比较好，只要加装蓄电池和双向变流器就可以了， 不影响原来的光伏系统，而且储能系统的设计原则上和光伏系统没有直接关系， 15 可以根据需求来定。 如果是一个新装的离网系统， 光伏， 蓄电池， 逆 变器都要根 据用户的负载功率和用电量来设计， 用直流耦合系统就比较适合。 但直流耦合系 统功率都比较少，一般在 500kW 以下，再大 的系统用交流耦合比较好控制。 （3 ） 效率对比 从光伏的利用效率上看， 两种方案各有特点， 如果用户白 天负载比较多， 晚上比较少， 用交流耦合就比较好， 光伏组件通过并网逆变器直 接给负载供电， 效率可以达到 96 以上。 如果用户白天负载比较少， 晚上比较多， 白天光伏发电需要储存起来晚上再用， 用直流耦合就比较好， 光伏组件通过控制 器把电储存到蓄电池， 效率可以达到 95 以上， 如果是交流耦合， 光 伏先要通过 逆变器变成交流电，再通过双向变流器变成直流电，效率会降到 90 左右。 16 第五章 户用光伏储能投资收入计算 近日， 国家发展改革委下发关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意 见。意见指出加大峰谷电价实施力度，运用价格信号引导电力削峰填谷。 省级价格主管部门可在销售电价总水平不变的前提下， 建立峰谷电价动态调 整机制，进一步扩大销售侧峰谷电价执行范围，合理确定并动态调整峰谷时 段，扩大高峰、低谷电价价差和浮动幅度，引导用户错峰用电。鼓励市场主 体签订包含峰、谷、平时段价格和电量的交易合同。利用峰谷电价差、辅助 服务补偿等市场化机制，促进储能发展。利用现代信息、车联网等技术，鼓 励电动汽车提供储能服务，并通过峰谷价差获得收益。完善居民阶梯电价制 度，推行居民峰谷电价。 5.1 什么是峰谷电价 目前在工商业，早就开始实行峰 平 谷 三级电价了，但居民用电，由于牵 涉到千家万户，尽管喊了很久，但目前大部分地区还是实行固定电价。那什 么是固定电价，什么是峰谷电价，为什么要推行峰谷电价 什么是固定电价 你白天用电，或者晚上用电 电价就在哪里 不增不减 什么是峰谷电价 大家都用电的时候，电价奇高 大家都不用电的时候，电价奇低 为 什么 要设立 峰谷 电 价 这是由于变压器的容量， 必须要满足一天中供电区域内的最大功率。比 如 一 个居民小区一天中用电的最高峰是 600kW ，那么变压器的容量要 600kW 以上。 但是用电最低谷，如果只有 100kW ，那么在这一段时间内，多余的 500kW 就浪 费了。 发电厂不能根据负载变化而加减功率， 以最常见的燃煤发电厂为例， 发电 17 厂内燃煤系统、 传输系统、 冷却系统等， 如果关停一部分， 则需要等待冷却、 停 转发电机组等， 消耗大量时间和资源， 启动时则需要消耗更多资源。 水力发电机 组， 风力发电， 太阳能发电， 都是根据天气条件， 按最大出力来发电的， 也不能 根据负载来变化。 为了防止造成这种浪费， 削减用电高峰时的用电量， 增加用电 低谷时的用电量，才设立了峰谷电价。 5.2 峰谷 电价 对 居民电费 的影 响 发改委推行居民峰谷电价和阶梯电价，将对居民用电产生较大的影响， 特别是用电量较大的用户。下面是沿海某城市居民生活电价价目表 如 某一个用户每月用电量是 750 度， 峰段用电 360 度， 平段用电 300 度， 谷段用电 90 度 。 还没 有实行峰谷电价和阶梯电价前， 那么他应该交的电费是 750*0.68510 元。如果实行新的电价政策，他的基础电费是 360*1.1300*0.6890*0.35631.5, 第二档加价电费＝（750-260 ）0.0524.5 （元） ，第三档加价电费＝（750-600 ）0.345 （元） ，总的电费是 701 元，每个 月多了 191 元。 5.3 户 用光 伏储 能方案 根据用户的电量， 每天约 25 度， 我们设计一 个 6kW 的光储系统， 组件采用 20 块单晶 300W ， 储能 逆变器采用古瑞瓦特 SPH6000 光储一体机， 蓄电池 12 度， 6kW 的光伏系统，平均每月能发 600 度电，光储一体机设计峰段放电 350 度， 18 平段放电 250 度 ，这样用户每个月只需平段用电 50 度 ， 谷段用电 100 度 ， 他需要交的电费是 50*0.68100*0.3569 元。 每个月少交电费 632 元， 一年 总共 7584 元。 6kW 的光伏系统目前初始成本约 2.7 万元， 前 期采用铅碳电池， 约要 1.2 万 元 ，前 5 年刚好收回投资， 后面改为锂电池， 因为铅碳电池还可以回收， 而锂电 池成本下降， 电费则每年都会上涨， 再投 1.5 万可以用 10 年 ，这 10 年可节省电 费 7.5 万左右，相当于 每年都有 6000 元收益 。从投资收益上看，户用光储系统 大有前景。而且安装光储系统，用电有保障，不用担心停电了。 19 第六章 铅酸 蓄电 池 技术 参数 蓄电池是储能电站最重要的设备之一， 成本占 了系统 80 左右， 蓄电池的技 术参数对系统设计非常重要， 下面以铅炭铅酸蓄电池为例， 解释蓄电池的关键参 数如容量， 放电深度， 循环次数等等。 在蓄电池和逆变器选型设计时， 要注意蓄 电池的最大充放电电流， 锂电池和铅酸蓄电池的参数有所不同， 下篇文章再讨论。 6.1 铅酸 蓄 电池 关键技术 参数 （1 ） 电池 容量 电池的容量由电池内活性物质的数量决定， 通常用安时 Ah 或者毫安 时 mAh 来表示。例如标称容量 250Ah （10hr ，1.80V/ 单体，25℃ ）， 指在 25℃时，10 小 时以 25A 的电流放电， 使单个电池电压降到 1.80V 所放出容量。 （2 ） 额定 电压 电池正负极之间的电势差称为电池的额定电压。 常见的铅酸蓄电池额定电压 是 2V、6V 、12V 三种 ，单体的铅酸蓄电池是 2V，12V 的蓄电池是 由 6 个单体的 电池串联而成的。 蓄电池的实际电压并不是一个恒定的值， 空载时电压高， 有负载时电压会降 低， 当突然有大电流放电时， 电压也会突然下降， 蓄电池电压和剩余电量之间存 在近似线性关系，只有在空载的情况下，才存在这种简单关联。当施加负载时， 电池电压就会因为电池内部阻抗所引起的压降而产生失真。 下面是蓄电池的蓄电池电压和剩余电量的参考值， 假定蓄电池满荷电时的电 压就 12.8V， 可以看到， 额定功率为 12V 的蓄电池， 当电压为 12V 时， 剩余电量 在 50 左右，当电压低于 12V 时，剩余电量会 急速下降。 电压 10.5V 11.3V 11.6V 11.8V 12.0V 12.2V 12.4V 12.8V 20 剩余电量 2 10 20 30 50 60 80 100 （3 ） 最大 充放电 电流 蓄电池是双向的， 有两个状态， 充电和放电， 这个电流都是有限制的， 不同 的蓄电池， 最大充放电电流不一样， 电池充电电流一般以电池容量C 的倍数来表 示， 举例来讲， 如果电池容量C100Ah， 充电电流为0.15C 则为0.1510015A。 胶体铅酸电池的最大充电电流为0.15C 左右， 充电电流过大会影响电池的使用寿 命，铅炭电池在负极中加入了活性炭，使充电性能大大增加，如 0.25C10 这个参 数， 表示在10 小时内， 最大充电电流是0.25*25062.5A。 表中铅炭电池最大放 电电流 30I10, 其中10I10C10 ，表示在10 小时内，最大放电电流是30*25750A。 胶体铅酸电池放电电流一般为3I10 左右。 蓄电池充放电电流和系统有很大关系， 如果设计得不好， 会影响系统的性能， 充电电流和组件功率有关，如一个系统，组件是 5kW，蓄电池组电压是 48V，那 么蓄电池最大充电电流约为100A， 如果是最大电流为0.1C 普通铅酸蓄电池， 则 蓄电池容量至少为 1000AH, 如果是最大电流为 0.25C 铅炭蓄电池，则蓄电池容 量至少为400AH。 放电电流和负载功率有关， 如一个系统， 负载 是10kW， 蓄电池组电压是48V， 那么蓄电池组最大放电电流要达到200A，30I10 铅炭电池超就80AH 就可以了， 胶 体铅酸电池要800AH。 （4） 放电深 度 与 循环寿 命 在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度。 放电深度的高低电池寿命有很深的关系，放电深度越深，其充电寿命就越短。 21 蓄电池经 历一次 充电和 放电，称 为一次 循环（ 一个周期 ） 。在 一定放 电条件 下， 电池工作至某一容量规定值之前， 电池所能承受的循环次数， 称为循环寿命。 各种蓄电池使用循环次数都有差异， 传统固定 型铅酸电池约为 500600 次， 起动 型铅酸电池约为 300500 次。阀控式密封铅 酸电池循环寿命为 10001200 次。 蓄电池放电深度在 10～30上下为浅循环放电；放电深度在 40～70上下 为中等循 环放电 ；放电 深度在 80 ～90上 下 的为深循 环放电 。蓄电 池长期运行 的每日放电深度越深，蓄电池寿命越短，放电深度越浅，蓄电池寿命越长。 图中为铅炭电池， 当放电深度为 50 时， 循环寿命是 4880 次， 寿命 超过 12 年，当放电深度是 70 时，循环寿命是 3760 次，寿命超过 10 年， 放电深度是 100 时，循环寿命是 998 次，寿命不到 3 年 ，浅循环放电有利于延长蓄电池寿 命。 蓄电池浅循环运行， 有两个明显的优点 第一， 蓄电池一般有较长的循环寿 命； 第二， 蓄电池经常 保有较多的备用安时容量， 使光伏系统的供电保证率更高。 根据实际运行经验，较为适中的放电深度是60到70。 （5 ） 蓄电池 的能 量 电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时 （Wh ）表示。电池的能量分为理论能量和实际能量。如一个 12V250Ah 的蓄电 池，理论能量就是 12*2503000Wh ，也就 是 3 度电，表示蓄电池可以保存的电 量， 如果放电深度是 70 ， 实际能量就是 3000*702100 Wh，也 就 是 2.1 度电， 这是可以利用的电量。 22 电池的能量还和温度有关， 温度越低， 电池的活性越低， 容量就越低， 如在 零下 20 度时， 容量是 60 ， 在零度时， 容量是 82，在 40 度时， 容量是 106 。 6.2 蓄 电池 系统 设计案例 某一个光伏离网项目， 组件为 3.6kW ， 系统电 压为 48V， 负载为 4kW，负 载 峰值功率为 5kW ，要求最大电量是 8 度，平均 电量是 6 度，寿命要 求 6 年以上。 先计算最大充电电流，3600/ 4875A ，再计算 最大放电电流 5000/ 48104A ，采用 铅炭电池，充电电流最大0.25C10 ，最低容量为 300Ah ，放电电流最大30I10 ，最 低容量为 35Ah ， 寿命 要求 6 年以上， 放电深 度按 70 算，6000/48*0.7178Ah ， 按照规格书选用 12V200Ah 的蓄电池 4 节。总 的容量是 9.6 度，偶尔可以放电 8 度，平均放电深度为 62.5 。 23 第七章 锂电池 的应用 技术 锂电池应用场景可分为消费、 动力和储能三种。 最早应用是在手机、 笔记本 电脑、 数码相机等消费类产品， 目前约占全球各类锂电池出货量一半， 随着全球 对新能源汽车需求量的增加， 动力锂电池占比逐年上升， 目前约占 40 以上， 动 力电池以后将成为锂电池的主要应用场景。 储能锂电池作为新兴应用场景也逐渐 受到重视， 储能是解决新能源风电、 光伏间歇波动性， 实现 “削峰平谷” 功能的 重要手段之一。 动力电池其实也是储能电池的一种， 主要应用于电动汽车， 由于受到汽车的 体积和重量限制以及启动加速等要求， 动力电池比普通的储能电池有更高的性能 要求，如能量密度要尽量高，电池的充电速度要快，放电电流要大，根据标准， 动力电池的 容量低 于 80％就不能再 用在新 能 源汽车了， 普通储 能电 池的要求没 有这么高，动力电池退役后稍加改造，还可以用在储能系统中。 目前主流储能锂电池有三元锂和磷酸铁锂两种， 功率密度都比铅炭电池高很 多，相当来说，三元锂又比磷酸铁锂更高一些。 对比项目 磷酸铁锂电池 三元锂电池 铅炭电池 1 功率密度（mAh/g） 120-150 160-240 30-45 2 放电平台V 3.2-3.3 3.6-3.7 2.0 3 循环性能DOD80 4000-5000 4000-6000 1000-2000 在储能系统中， 锂电池和铅酸电池都是储存电能， 没有本质的区别， 电池容 量， 充放电电流的设计选型是一样的， 和铅酸电池对比， 锂电池储能是新生事物， 目前没有标准产品， 不像铅酸电池那样有很多种规格型号， 一般厂家是按电量来 定规格的。锂电池和铅酸电池最大的区别是锂电池必须配备电池管理系统。 BMS 电池管理系统 铅酸蓄电 池拥有 众多的 优点,如 大电流 特性好 、自放电 小、性 能稳定 、安全 干净， 目前铅酸蓄电池的日常维护,主要是通过人工完成,主要对蓄电池的连接状 况,端电 压等进 行故障 排查，但 铅酸电 池寿命 短，不适 合储能 系统的 发展。锂电