光伏發電在儲能領域應用探究

張帥 馮欣 馬君功 李瀟瀟

摘 要：光伏儲能與并網發電不一樣，需要增加蓄電池，以及蓄電池充放電裝置，雖然成本要增加20%～40%，但是應用范圍要寬廣很多。本文詳細介紹了4種類型光伏儲能系統的組成，并對其工作過程進行了說明，不同類型的光伏儲能系統應用于不同的場合。以并離網儲能系統為例進行了系統配置計算；并對儲能系統發展的幾種商業模式進行剖析，最后對光伏儲能技術的現狀及發展前景進行了說明，開放電力市場傳導出的電價機制和光伏資金政策扶持的減弱刺激著市場關注度的轉移，也刺激著光伏與儲能協同應用的可能。

關鍵詞：儲能系統 應用分析 削峰填谷

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0105-02

儲能技術的發展和應用，打破了光伏發電接入和消納瓶頸問題。在電力系統中具有削峰填谷、提高電網穩定性、改善電能質量、提高電網利用率、提高可再生能源利用率等重要作用。儲能技術已經成為我國綜合能源示范項目中不可或缺的重要技術支撐。

1 光伏儲能系統分類及應用分析

根據不同的應用場合，光伏儲能系統分為離網儲能系統、并離網儲能系統、并網儲能系統和多能源混合微網系統4種。

1.1 離網儲能系統

離網儲能系統，不依賴電網而獨立運行，應用于偏僻山區、無電區、海島、通訊基站和路燈等[1]。系統由光伏方陣、太陽能控制器、逆變器、蓄電池組、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能，通過太陽能控制逆變一體機給負載供電，同時給蓄電池組充電；在無光照時，由蓄電池通過逆變器給交流負載供電。離網儲能系統是專門針對無電網地區或經常停電地區場所使用的，是剛性需求，該系統不依賴于電網，靠的是“邊儲邊用”或者“先儲后用”的工作模式，干的是“雪中送炭”的事情。對于無電網地區或經常停電地區家庭來說，離網儲能系統具有很強的實用性。

1.2 并離網儲能系統

并離網儲能系統廣泛應用于經常停電，或者光伏自發自用不能余量上網、自用電價比上網電價貴很多、波峰電價比波谷電價貴很多等應用場所。系統由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能并離網一體機、蓄電池組、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能，通過太陽能控制逆變一體機給負載供電，同時給蓄電池組充電；在無光照時，由蓄電池給太陽能控制逆變一體機供電，再給交流負載供電。相對于并網發電系統，并離網系統增加了充放電控制器和蓄電池，系統成本增加了30%左右，但是應用范圍更寬。

1.3 光伏并網儲能系統

并網儲能光伏發電系統，能夠存儲多余的發電量，提高自發自用比例，應用于光伏自發自用不能余量上網、自用電價比上網電價價格貴很多、波峰電價比波平電價貴很多等應用場所[2]。系統由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能控制器、電池組、并網逆變器、電流檢測裝置、負載等構成。當太陽能功率小于負載功率時，系統由太陽能和電網一起供電，當太陽能功率大于負載功率時，太陽能一部分給負載供電，一部分通過控制器儲存起來。當電流傳感器檢測到有電流流向電網時，并網儲能機開始工作，把多余的電能儲存到蓄電池中，如果蓄電池也充滿了，還可以打開電熱水器。家庭負載增加時，可以控制蓄電池通過逆變器向負載送電。

1.4 微網儲能系統

微網儲能系統由太陽能電池方陣、并網逆變器、PCS雙向變流器、智能切換開關、蓄電池組、發電機、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能，通過逆變器給負載供電，同時通過PCS雙向變流器給蓄電池組充電；在無光照時，由蓄電池通過PCS雙向變流器給負載供電。微電網可充分有效地發揮分布式清潔能源潛力，解決了發電功率不穩定、獨立供電可靠性低等不利因素，確保電網安全運行，是大電網的有益補充。其應用大到廠礦企業、醫院學校，小到一座建筑都可以發展微電網。

2 儲能發展的幾種商業模式

2.1 動態擴容

變壓器的額定容量在出廠的那一刻起就是固定的，而當電力用戶由于后期某些需求的影響，造成變壓器滿額運行，就要進行擴容，據了解，一般地區的擴容費用都非常高，這個時候安裝儲能就可以實現動態擴容，避免花費大量金錢。

2.2 需求響應

需求響應，說簡單點，就是用戶根據電網發出的信號，改變負荷曲線的行為。我國的電力負荷曲線有個非常明顯的高峰，實行需求側響應能有效的改善這一現象。

2.3 需量電費管理

要想知道儲能如何參與需量電費管理，首先一定要了解什么是需量電費，簡單點說，就是大工業客戶針對變壓器收取的電費，而無論是按變壓器的容量收取，還是按最大負荷收費，都無法滿足用戶的峰谷用電負荷特性，而儲能可以進行削峰填谷，改善這一狀況，減少需量電費。

2.4 配套工商業光伏

隨著光伏補貼的退坡，光伏企業必須尋找新的模式提高收益。工商業光伏+儲能，可以提高自發自用率，從而減輕用戶的電費壓力，同時也可以白天對儲能電池充電，晚上放電，從而賺取價差。

2.5 峰谷價差

相信很多人對這個盈利模式一點也不陌生，目前大部分企業的盈利來源就是峰谷價差。峰谷價差是指根據電網的負荷變化情況，將每天24h劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，以鼓勵用電客戶合理安排用電時間，削峰填谷，提高電力資源的利用效率[3]。

3 儲能系統設計和配置

3.1 如何去設計一個并離網儲能系統

可以看到，并離網儲能系統最主要的設備是并離網儲能一體機，其作用是對光伏組件所發的電能進行調節和控制，對蓄電池進行充電，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。同時把組件和蓄電池的直流電逆變成交流電，給交流負載使用，在適當的時候，電網也可以向蓄電池充電。

3.2 如何為儲能系統選配蓄電池

由于設計的是并離網一體儲能系統，負載用電可以由電網作為后備。那么蓄電池的選擇可以根據計劃儲存的能量來確定[4]。例如，計劃配置可以儲存10度電的蓄電池，該如何選擇呢？10度電，即10kWh，也就是10000Vah。電池額定電壓48V，電池放電效率取94%，考慮到電池壽命和性能，計算時采用鋰電池的放電深度（80%），鉛酸電池的放電深度一般在50%～70%。

3.2.1 選用鋰電池

鋰電電池常規規格48V、50Ah，可以選用6并聯，總容量300Ah。

3.2.2 選用鉛酸電池

放電深度取50%，需要12V，100Ah鉛酸電池20節，進行4串5并連接，總容量500Ah。

為什么鉛酸電池放電深度只有50%？從循環次數與放電深度的關系曲線中可見，放電深度越大，電池使用壽命越短。適當增大電池容量，減小放電深度，可以延長電池的使用壽命。

3.2.3 儲能技術應用前景

中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）今年4月提供的行業研究白皮書顯示，中國的儲能市場未來3年主要場景分布中，商用節能占到27.8%，調峰調頻占到24.1%，戶用光伏占到18.5%[5]。在政策上，峰谷電價差未來是否能夠擴大，在較長的投資回收周期中，電力價格的變化將對儲能項目的收益產生重大的影響。

參考文獻

[1] 湯秀芬.獨立光伏系統的儲能技術研究[J].通信電源技術，2014（1），31（1）：12-14.

[2] 劉建濤，張建成，馬杰，等.儲能技術在光伏并網發電系統中的應用分析[J].電網與清潔能源，2011（7）：1-3.

[3] 陳剛，袁越，傅質馨.儲能電池平抑光伏發電波動的應用[J].電力系統及其自動化學報，2014（2）：200-202.

[4] 馬玲.光伏發電儲能系統容量配置優化及運行研究[D].沈陽工業大學，2018.

[5] 葉季蕾，薛金花，王偉，等.儲能技術在電力系統中的應用現狀與前景[J].中國電力，2014（3）：89-92.