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户用储能系统中的电池如何配置
+ 发布时间:2018-12-14

小固之前推送过《史上最全储能电池参数详解》,文中针对电池分类及特性、主要性能参数等内容进行了介绍。没看过的朋友可以先查看这篇。

接下来,本期文章小固将向你详细介绍,在不同应用场景和需求下,储能系统中的电池容量设计。相信看完之后就能回答前文中的3个问题。


一、电池类型的选择

随着电池技术发展和成本的快速下降,目前在户用储能项目中,锂电池已成为主流选择,新增化学电池市场占有率达95%以上。



【小固解读】相比铅酸电池,锂电池具有效率高、循环寿命长、电池数据精确,一致性高等优势。


二、电池容量设计常见四大误区

1、只根据负载功率和用电量选择电池容量

电池容量设计中,负载情况是最重要的参考因素。但电池充放电能力、储能机的最大功率、负载的用电时段等同样不容忽视。

2、电池的理论容量和实际容量

通常,电池手册上面标注的是电池的理论容量,也就是在理想状态下,电池从SOC 100%SOC 0% 时电池能够释放的最大电量。

而在实际的应用中,考虑到电池寿命,不允许放电到SOC 0%,会设置保护电量。



3、电池容量选择越大越好

在实际应用中,要考虑电池使用率。如果光伏系统容量较小,或负载用电量较大,电池无法充满即造成浪费。

4、电池容量设计完美契合

由于过程损耗的原因,电池放电量小于电池存电量,负载耗电量小于电池放电量。忽视效率损耗很可能造成电池供电不足的现象。



三、不同应用场景下的电池容量设计

本文主要介绍三种常见应用场景下的电池容量设计思路: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自发自用

由于电价较高或者光伏并网补贴较低(无补贴),安装光伏储能系统以降低电费支出。

·         假设电网稳定,不考虑离网运行

·         光伏只是为了降低电网用电量

·         一般白天光照比较充足

最理想状态是,光伏+储能系统能够完全覆盖家庭用电。但是这种情况很难实现。所以我们综合考虑投入成本和用电情况,可以选择根据家庭平均日用电量(kWh)来选择电池的容量(默认光伏系统能量充足)。设计逻辑如下 :



如果能够准确搜集用电规律,结合储能机管理设置,可以尽量提高系统利用率。

二、峰谷电价

峰谷电价的结构大致如下图所示,1700 - 2200为用电高峰期:


白天用电量少(光伏系统可基本覆盖),在用电高峰期,则需要保证至少一半以上的电量由电池供电,减少电费支出。

假设高峰期平均日用电量:20kWh

其设计思路如下:


以高峰时期的总用电量为基础计算出电池容量的最大需求值。然后根据光伏系统的容量和投资的效益在该区间内找到一个最佳电池电量。

三、电网不稳定地区——备用电源

主要应用在电网不稳定地区或有重要负载的情境中。2017年初,固德威曾经设计过一个东南亚的项目,具体情况如下:

· 应用场地:养鸡场,考虑光伏可铺设面积,大概可以装5-8KW 组件

· 重要负载:4*换气风扇,单个风扇的功率 550W(如果换气扇不工作,养鸡棚内供氧不足)

· 电网情况:电网不稳定,不定时停电,最长停电时长3~4小时

· 应用要求:电网正常情况下,电池优先充电;电网停电时,电池+光伏保证重要负载(风扇)正常运行

在选择电池容量时,需要考虑的就是电池在离网情况下单独供应所需要的电量(假设晚间停电,无PV)。



其中离网时的用电总功率和离网预计时间是最关键的参数。以停电预计的最长时间4小时来计算,其设计思路可参考:



这个案例中的重要负载很单一,设计过程相对简单。如果系统中有其他重要负载,需要全部列出(如下例)然后根据全天最长连续停电时长内最大的用电负载功率和用电量,最后确定需要的电池容量。



四、电池容量设计中的两个重要因素

1、光伏系统容量

假定

·         电池全部由光伏充电

·         储能机给电池充电的最大功率为5000W

·         每天日照小时数为4h

那么:

①在电池作备用电源的模式下,有效容量800Ah的电池在理想状态下充满平均需要:

800Ah/100A/4h=2

②在自发自用的模式下,假定系统每天在4个小时内平均以3000W给电池充电。有效容量800Ah 的电池充满(不放电的情况下)需要:

800Ah*50V/3000=13

无法满足负载日常用电。而在常规自发自用的系统下,电池无法充满。

2、电池冗余设计

前文提到的三种应用场景中均提到,由于光伏发电存在不稳定性、线损、无效放电、电池老化等造成效率损失,在电池容量设计时,需要保留一定余量。



电池余量的设计比较自由,设计者可以根据自身系统设计的实际情况综合判定。


总结

本文针对几种常见应用场景,介绍了电池容量设计的方案。从中可以看出,其实三种场景下设计的思路相似,核心条件固定,只是不同场景下,需要考虑不同因素。


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