在剛剛結束的2015德國INERSOLAR展會上， 眾多大廠商（特斯拉、BMS、奔馳、LG、三星等）均推出了自己的家庭、商用儲能系統， 說明此領域已經受到了越來越多的矚目。

相對于已經日趨成熟的家用/商用光伏并網系統來說， 家用/商用光儲混合系統（本文中提到的儲能系統均假定為基于儲能電池）的設計要復雜很多，而且由于其應用領域眾多而容易引起混淆導致系統設計不合理。在本文中上海煦達（GMDE）憑借在此領域耕耘多年的實際經驗， 對光儲混合系統在實際應用中需要考慮的系統設計要素進行簡要分析供大家參考討論。 

1.    系統安裝目的： 

為什么要安裝光儲混合（或純儲能）系統， 安裝此系統的目的是什么？ 這是在設計一個合理的光儲混合系統之前必須要明確的問題。 根據不同系統設計目的其系統設計結果無疑差別很大。

在現階段， 不同國家的用戶對安裝光儲混合系統會有不同的需求， 但基本上可以確定為以下幾類： 

A.    提高太陽能（也包括風能等)自發自用率： 此類應用目前在歐洲、澳洲、英國有廣泛的需求。 其主要背景是由于在此類區域， 現在太陽能并網發電補貼逐漸下降， 而同時家用、商用電費價格逐年上升，另外因為新能源（尤其是太陽能）的日發電功率曲線和負荷的用電曲線不匹配， 對于家庭用戶來說， 一般情況下只有20%-30%的新能源發電量能被自己使用， 而其余電量均反饋入電網， 所以在上述背景下， 終端用戶希望將太陽能發出來的電盡量都由自己消耗掉而不是反饋到電網。在此情況下， 安裝光儲混合系統， 通過系統控制來盡量提高太陽能的自發自用率、讓太陽能盡量為用戶服務為系統主要安裝目的。

B.    消峰填谷： 此類應用主要集中在峰谷電費差價較大的一些行業或國家， 一般只需要安裝純儲能系統就可以。用戶安裝此系統的目的就是希望在負荷較輕、電價較低的時候對儲能系統充電， 在負荷較重、電價較高的時候由儲能系統放電， 利用峰谷電價差來達到減少用戶電費的目的。

C.    UPS工作模式： 此類應用主要集中在電網供電可靠性較差的區域、國家， 如非洲、東南亞等。安裝此類系統的目的就是希望在電網工作正常時， 由電網對用戶進行供電，同時由太陽能或電網對電池進行充電， 使電池在電網正常時盡量保持在滿充狀態。 當電網故障時， 轉由光儲混合（或純儲能）儲能系統對用戶進行供電，以保證用戶供電的持續性。

上述三種模式中， 模式A和 B均為并網為主、離網為輔的運行方式。 模式C為離網為主、并網為輔。 （關于并離網功能在光儲混合系統中的應用問題， 筆者會在以后的文章進行分析)

除上述三種主要模式外， 在電網應用級別的儲能系統還有對電網頻率進行調整的要求， 本文主要針對家用、商用的光儲混合系統進行分析， 所以對于此類應用模式不再進行討論。

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MPP 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。