2022 年住宅電池備援指南 |類型、成本、收益..

即使到 2022 年，光伏儲存仍將是最熱門的話題，而住宅電池備援是太陽能成長最快的部分，為世界各地大大小小的家庭和企業創造新的市場和太陽能改造擴張機會。住宅備用電池對於任何太陽能房屋都至關重要，尤其是在發生暴風雨或其他緊急情況時。與其將多餘的太陽能輸出到電網，不如將其儲存在電池中以備不時之需？但儲存的太陽能如何獲利呢？我們將向您介紹家用電池儲存系統的成本和盈利能力，並概述您在購買正確的儲存系統時應牢記的要點。 什麼是住宅電池儲存系統？ 住宅電池儲存或光伏儲存系統是光伏系統的有用補充，可以利用太陽能係統的優勢，並將在加速再生能源取代化石燃料方面發揮越來越重要的作用。太陽能家用電池儲存太陽能產生的電力，並在需要的時間釋放給操作者。電池備用電源是氣體發生器的環保且具有成本效益的替代方案。 那些使用光電系統自己發電的人很快就會達到極限。中午時分，系統提供充足的太陽能，只有那時家裡沒有人使用。另一方面，到了晚上，需要大量的電力——但那時太陽就不再發光了。為了彌補這種供應缺口，從電網營運商購買價格昂貴得多的電力。 在這種情況下，住宅備用電池幾乎是不可避免的。這意味著白天未使用的電力可以在晚上使用。因此，無論天氣如何，都可以全天候使用自發電。這樣，自產太陽能的利用率提高到80%。自給率，即太陽能係統覆蓋的電力消耗比例，增加至60%。 住宅備用電池比冰箱小很多，可以安裝在雜物間的牆上。現代儲存系統包含大量智能，可以使用天氣預報和自學習演算法來減少家庭的自我消耗。即使家庭仍與電網保持連接，實現能源獨立也從未如此簡單。 家用電池儲存系統值得嗎？取決於哪些因素？ 住宅電池儲存對於太陽能家庭在電網停電期間保持運作是必要的，並且肯定還會在晚上工作。但同樣，太陽能電池透過保留太陽能電能來提高系統商業經濟性，否則太陽能電能肯定會以虧損的方式返回電網，有時只是在電力最昂貴時重新部署電力。家用電池儲存可以保護太陽能所有者免受電網故障的影響，並保護系統業務經濟性和能源價格框架的修改。 是否值得投資取決於以下幾個因素： 投資成本水準。 每千瓦時容量的成本越低，儲存系統就能越早回收成本。 的壽命太陽能家用電池 製造商的保固期為 10 年是行業慣例。然而，假設使用壽命較長。大多數採用鋰離子技術的家用太陽能電池都能可靠運作至少 20 年。 自用電量份額 太陽能儲存增加的自我消耗越多，就越有價值。 從電網購買的電力成本 當電價高時，光電系統的所有者會透過消耗自發電來節省費用。未來幾年，電價預計將繼續上漲，因此許多人認為太陽能電池是明智的投資。 併網電價 太陽能係統所有者每千瓦時獲得的電量越少，他們儲存電力而不是將其輸入電網的費用就越高。過去20年來，併網電價穩定下降，並將持續下降。 有哪些類型的家用電池儲能係統可用? 家用電池備用系統具有許多優點，包括彈性、節省成本和分散式電力生產（也稱為「家庭分散式能源系統」）。那麼家用太陽能電池有哪些類別呢？我們該如何選擇呢？ 依備份功能分類： 1.家用UPS電源 這是一種工業級備用電源服務，醫院、資料室、政府或軍事市場通常需要其重要且敏感的設備持續運作。有了家用 UPS 電源，即使電網故障，家裡的燈甚至可能不會閃爍。大多數家庭不需要或打算為這種程度的可靠性付費——除非他們在您的家中運行重要的臨床設備。 2.「可中斷」電源（全屋備用）。 UPS 的下一個步驟就是我們所謂的「可中斷電源」或 IPS。如果電網出現故障，IPS 肯定能讓您的整個房子繼續依靠太陽能和電池運行，但作為備用系統，您肯定會經歷一小段時間（幾秒鐘），您的房子裡的所有東西都會變黑或變灰進入設備。您可能需要重置閃爍的電子時鐘，但除此之外，只要電池電量耗盡，您就可以像平常一樣使用每一件家用電器。 3.緊急狀況電源（部分備用）。 一些備用電源功能透過在偵測到電網實際上已經下降時啟動緊急情況電路來運作。這將允許與該電路連接的房屋電力設備（通常是冰箱、燈以及一些專用電源插座）在停電期間繼續運行電池和/或光伏板。這種備用電源很可能是世界各地家庭最受歡迎、合理且預算友好的選擇之一，因為用電池組運行整個房子會很快耗盡電池電量。 4.部分離網太陽能及儲存系統。 最後一個可能引人注目的選擇是「部分離網系統」。對於部分離網系統，其概念是在家庭中建立一個專門的「離網」區域，該區域持續運行在足夠大的太陽能和電池系統上，無需從電網獲取電力即可維持自身運作。透過這種方式，即使電網故障，必要的家庭用具（冰箱、燈等）也能保持開啟狀態，不會造成任何干擾。此外，由於太陽能和電池的尺寸可以在沒有電網的情況下自行永遠運行，因此不需要分配電力使用，除非將額外的設備插入離網電路。 從電池化學技術分類: 鉛酸電池作為住宅備用電池 鉛酸電池是市場上最古老的可充電電池和成本最低的可用於儲能的電池。它們出現於 1900 年代，由於其堅固性和低成本，至今仍是許多應用中的首選電池。 它們的主要缺點是能量密度低（它們笨重且體積大）和壽命短，不接受大量的加載和卸載循環，鉛酸電池需要定期維護以平衡電池中的化學成分，因此其特點使其不適合中高頻放電或持續10年或更長的應用。 它們還具有放電深度低的缺點，在極端情況下放電深度通常限制為 80%，在常規操作中限制為 20%，以延長使用壽命。過度放電會降低電池的電極性能，從而降低其儲存能量的能力並限制其壽命。 鉛酸電池需要持續維持其充電狀態，並且應透過浮充技術始終以最大充電狀態儲存（以小電流維持充電，足以消除自放電效應）。 這些電池有多種版本。最常見的是使用液體電解質的通風電池、閥控式凝膠電池(VRLA) 以及將電解質嵌入玻璃纖維墊（稱為AGM - 吸收性玻璃墊）的電池，與凝膠電池相比，它們具有中等性能且成本較低。 閥控電池實際上是密封的，可以防止電解液洩漏和乾燥。此閥門在過度充電的情況下起到釋放氣體的作用。 一些鉛酸電池是為固定工業應用而開發的，可以接受更深的放電循環。還有一個更現代的版本，那就是鉛碳電池。添加到電極中的碳基材料可提供更高的充電和放電電流、更高的能量密度和更長的壽命。 鉛酸電池（無論其任何變體）的一個優點是它們不需要複雜的充電管理系統（就像鋰電池的情況一樣，我們將在接下來看到）。鉛電池在過度充電時起火和爆炸的可能性要小得多，因為它們的電解質不像鋰電池那樣易燃。 此外，這些類型的電池輕微過度充電並不危險。甚至有些充電控制器還具有均衡功能，可以對電池或電池組進行輕微的過度充電，使所有電池達到充滿電的狀態。 在均衡過程中，最終先於其他電池充滿電的電池的電壓將略有增加，而沒有風險，而電流正常流過串聯的元件組合。這樣，我們可以說鉛電池具有自然均衡的能力，電池組之間或電池組之間的微小不平衡不會帶來任何風險。 表現：鉛酸電池的效率遠低於鋰電池。雖然效率取決於充電率，但通常假設往返效率為 85%。 儲存容量：鉛酸電池有多種電壓和尺寸，但每千瓦時的重量比磷酸鋰鐵重 2-3 倍，取決於電池的品質。 電池成本：鉛酸電池比磷酸鋰電池便宜 75%，但不要被低廉的價格迷惑。這些電池無法快速充電或放電，壽命短得多，沒有保護性電池管理系統，也可能需要每週維護。這導致每個週期的總體成本高於降低電力成本或支援重型設備的合理成本。 鋰電池作為住宅備用電池 目前，商業上最成功的電池是鋰離子電池。鋰離子技術應用於便攜式電子設備後，已進入工業應用、電力系統、光伏儲能和電動車等領域。 鋰離子電池在許多方面都優於許多其他類型的可充電電池，包括儲能容量、工作週期數、充電速度和成本效益。目前，唯一的問題是安全性，易燃電解質在高溫下會著火，這需要使用電子控制和監測系統。 鋰是所有金屬中最輕的，具有最高的電化學勢，並且比其他已知的電池技術提供更高的體積和質量能量密度。 鋰離子技術使得推動儲能係統的使用成為可能，主要與間歇性再生能源（太陽能和風能）相關，也推動了電動車的採用。 電力系統和電動車中使用的鋰離子電池屬於液體類型。這些電池採用電化學電池的傳統結構，兩個電極浸入液體電解質溶液中。 隔膜（多孔絕緣材料）用於機械分離電極，同時允許離子透過液體電解質自由移動。 電解質的主要特徵是允許離子電流的傳導（由離子形成，離子是具有過量或缺乏電子的原子），同時不允許電子通過（如導電材料中發生的情況）。正極和負極之間的離子交換是電化學電池發揮作用的基礎。 鋰電池的研究可以追溯到1970年代，90年代左右技術成熟並開始商業化應用。 鋰聚合物電池（採用聚合物電解質）現在用於電池電話、電腦和各種行動設備，取代了老式的鎳鎘電池，其主要問題是“記憶效應”，逐漸降低儲存容量。當電池在完全放電之前充電時。 與較舊的鎳鎘電池，特別是鉛酸電池相比，鋰離子電池具有更高的能量密度（每體積儲存更多的能量），具有更低的自放電係數，並且可以承受更多的充電和放電循環次數，這意味著使用壽命長。 2000年代初左右，鋰電池開始應用於汽車產業。2010 年左右，鋰離子電池在住宅應用和電力儲存領域引起了人們的興趣大型ESS（能源儲存系統）系統，主要是由於全球範圍內電源使用的增加。間歇性再生能源（太陽能和風能）。 鋰離子電池可能具有不同的性能、壽命和成本，具體取決於其製造方式。已經提出了幾種材料，主要用於電極。 通常，鋰電池由形成電池正極的金屬鋰基電極和形成負極的碳（石墨）電極組成。 根據所使用的技術，鋰基電極可以具有不同的結構。製造鋰電池最常用的材料以及這些電池的主要特性如下： 鋰和鈷氧化物 (LCO)：比能量（Wh/kg）高，儲存容量好，壽命（循環次數）滿意，適用於電子裝置，缺點是比功率（W/kg）小，降低了裝卸速度； 鋰氧化物和錳氧化物 (LMO)：允許高充電和放電電流，但比能量（Wh/kg）較低，這會降低儲存容量； 鋰、鎳、錳和鈷 (NMC)：結合了LCO和LMO電池的特性。根據應用類型，鎳、錳和鈷可以以不同的比例使用（以支援其中一種或另一種）。總體而言，這種組合的結果是電池具有良好的性能、良好的儲存容量、較長的壽命和較低的成本。 鋰、鎳、錳和鈷 (NMC)：結合了 LCO 和 LMO 電池的特性。此外，組合物中鎳的存在有助於提高比能量，提供更大的儲存容量。根據應用類型（以有利於一種或另一種特性），鎳、錳和鈷可以以不同的比例使用。總的來說，這種組合的結果是性能好、儲存容量好、壽命長、成本適中的電池。此類型電池已廣泛應用於電動車，也適用於固定式儲能係統； 磷酸鐵鋰（LFP）：由於其良好的熱穩定性，LFP組合為電池提供了良好的動態性能（充電和放電速度）、延長的使用壽命和更高的安全性。其成分中不含鎳和鈷，從而降低了成本並提高了這些電池大規模製造的可用性。雖然其儲存容量不是最高的，但由於其許多有利的特性，特別是成本低且穩健性好，已被電動車和儲能係統製造商採用； 鋰和鈦 (LTO)：此名稱是指其中一個電極含有鈦和鋰，取代碳，而第二個電極與其他類型之一（例如 NMC – 鋰、錳和鈷）中使用的電極相同的電池。儘管比能量較低（轉化為儲存容量減少），但這種組合具有良好的動態性能、良好的安全性以及大大提高的使用壽命。這種類型的電池在 100% 放電深度下可以接受超過 10,000 次操作循環，而其他類型的鋰電池可以接受約 2,000 次循環。 LiFePO4 電池的性能優於鉛酸電池，具有極高的循環穩定性、最大的能量密度和最小的重量。如果電池定期從 50% DOD 放電然後充滿電，LiFePO4 電池最多可以執行 6,500 次充電循環。因此，從長遠來看，額外的投資是有回報的，而且性價比仍然無與倫比。它們是連續使用太陽能電池的首選。 表現：電池的充電和放電具有 98% 的總循環效率，同時快速充電和放電的時間框架不超過 2 小時，甚至更快，但壽命會縮短。 儲存容量：磷酸鐵鋰電池組容量可達18kWh以上，與同容量的鉛酸電池相比，佔用空間更小，重量更輕。 電池成本：磷酸鐵鋰電池的成本往往高於鉛酸電池，但由於使用壽命較長，因此通常具有較低的循環成本