2.系統配置
在明確了系統安裝目的之后才可以針對不同的運行目的來詳細設計系統的主要配置。在整個光儲混合系統配置的設計中,最核心的部分就是針對電池儲能部分進行設計,關鍵還是要同時兼顧到功率平衡和能量平衡來優化系統成本。坦率的說,此方面的設計計算非常復雜(尤其是在提供太陽能自發自用率領域),需要考慮諸多因素才可以得到一個合適的結果。本文只是針對不同安裝目的進行簡要分析以供大家參考討論:
A.提高太陽能自發自用率:
在此類應用中,其實也應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)對于已安裝太陽能的用戶:由于已有太陽能發電系統,所以采用交流耦合方案來組建光儲混合系統比較合適:即原有的太陽能面板+太陽能逆變器構成太陽能發電系統,同時安裝電池雙向充放電逆變器+儲能電池構成電池儲能系統,兩者能量在交流測進行耦合。
由于太陽能的發電功率、日發電量和用戶負荷的峰值功率及日耗電量均可預測,所以設計電池儲能系統的時候主要從功率平衡和能量平衡兩個角度考慮即可:
功率平衡:其目的就是通過太陽能的日發電功率曲線、用戶的日負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,過大會導致成本增高而不實用,因為太陽能不一定能提供足夠的充電功率;若電池逆變器功率過小,會導致太陽能的自發自用率下降,過多的電量被反饋到電網中而未達到系統設計目的,同時儲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電量、負荷的日耗電量及預期的太陽能自發自用率來確定儲能電池的容量(KWH)。跟功率平衡類似,儲能電池容量過大會導致電池不能被充滿而造成系統成本過高,容量過小可能會導致儲能電池非常容易被充滿,而太陽能發出的電量不得不被反饋到電網而使得太陽能自發自用率過低。綜合下來,結合筆者多年來的設計經驗,電池容量(KWH)是電池功率的(KW)的1-1.5倍(數值上)為宜。
(2)對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MPPT追蹤器)和儲能電池(配一個雙向DC-DC變換器)能量在直流母線側進行耦合,同時兩者共用一個DC-AC逆變器。太陽能部分的設計可以直接參照純光伏并網系統的設計進行,電池部分和上面已安裝太陽能的用戶的設計思路相同。
B.消峰填谷:
針對此類應用,因為不需要考慮太陽能,所以其系統設計比較清晰。主要就是根據客戶要求決定儲能系統的充放電功率,再根據峰谷的不同時段來決定儲能電池容量即可。不過需要注意的是,由于一天中可能有多個峰、谷、平時段,所以會導致儲能電池一天中多次進行深充深放循環,這種情況下儲能電池的使用年限是一個必須考慮的問題。
C.UPS工作模式:
在此模式下的光儲混合系統設計直接從功率平衡和能量平衡兩個角度考慮即可:
功率平衡:只要保證光儲混合系統的最大功率要大于負荷的最大瞬時功率。
能量平衡:按照最壞情況沒有太陽能考慮,根據客戶要求的備電時間即可決定儲能電池容量。
3.系統運行年限評估
整個光儲混合系統中所占成本最高、最易損壞的部分就是儲能電池,所以整個系統的運行年限基本上就是由儲能電池的循環次數、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行更換)
系統運行中,決定儲能電池運行年限的主要因素就是DOD(放電深度)和充放電電流,同時一個具備良好均衡功能的電池管理系統對儲能電池的使用壽命影響巨大(尤其是鋰電池)。如何延長電池的使用壽命是光儲混合系統領域中另外一個非常重要的技術課題,此處不進行過多討論,此處只列出現在市場上的一些專門針對應用在提高太陽能自發自用率領域的儲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
鋰類儲能電池:7-10年
此外,現在市場也出現了一些20年保修的電池,但價格較高還未成為市場主流。
在考慮到以上三個系統要素以后,一個光儲混合系統的設計方案可以大致確定下來。但是除以上三個設計要素之外,系統各關鍵部分通訊整合、系統現場安裝調試等因素也必須要考慮進來,這些都需要一定的現場安裝經驗積累,此處本文不再贅述。希望通過本文對光儲混合系統一些設計要素的描述分析,讓更多用戶對光儲混合系統的理解更深刻,更有利于推動整個儲能行業的發展。

