2022 年住宅电池备份指南 |类型、成本、收益..

即使到 2022 年，光伏存储仍将是最热门的话题，而住宅电池备份是太阳能增长最快的部分，为世界各地大大小小的家庭和企业创造新的市场和太阳能改造扩张机会。住宅备用电池对于任何太阳能房屋都至关重要，尤其是在发生暴风雨或其他紧急情况时。与其将多余的太阳能输出到电网，不如将其存储在电池中以备不时之需？但储存的太阳能如何盈利呢？我们将向您介绍家用电池存储系统的成本和盈利能力，并概述您在购买正确的存储系统时应牢记的要点。 什么是住宅电池存储系统？它是如何工作的？ 住宅电池存储或光伏存储系统是光伏系统的有用补充，可以利用太阳能系统的优势，并将在加速可再生能源替代化石燃料方面发挥越来越重要的作用。太阳能家用电池储存太阳能产生的电力，并在需要的时间释放给操作者。电池备用电源是气体发生器的一种环保且具有成本效益的替代方案。 那些使用光伏系统自己发电的人很快就会达到极限。中午时分，系统提供充足的太阳能，只有那时家里没有人使用。另一方面，到了晚上，需要大量的电力——但那时太阳就不再发光了。为了弥补这种供应缺口，从电网运营商那里购买价格昂贵得多的电力。 在这种情况下，住宅备用电池几乎是不可避免的。这意味着白天未使用的电力可以在晚上使用。因此，无论天气如何，都可以全天候使用自发电。这样，自产太阳能的利用率提高到80%。自给率，即太阳能系统覆盖的电力消耗比例，增加至60%。 住宅备用电池比冰箱小得多，可以安装在杂物间的墙上。现代存储系统包含大量智能，可以使用天气预报和自学习算法来减少家庭的自我消耗。即使家庭仍与电网保持连接，实现能源独立也从未如此简单。 家用电池存储系统值得吗？取决于哪些因素？ 住宅电池存储对于太阳能家庭在电网停电期间保持运行是必要的，并且肯定还会在晚上工作。但同样，太阳能电池通过保留太阳能电能来提高系统商业经济性，否则太阳能电能肯定会以亏损的方式返回电网，有时只是在电力最昂贵时重新部署电力。家用电池存储可以保护太阳能所有者免受电网故障的影响，并保护系统业务经济性和能源价格框架的修改。 是否值得投资取决于以下几个因素： 投资成本水平。 每千瓦时容量的成本越低，存储系统就能越早收回成本。 的寿命太阳能家用电池 制造商的保修期为 10 年是行业惯例。然而，假设使用寿命较长。大多数采用锂离子技术的家用太阳能电池都能可靠运行至少 20 年。 自用电量份额 太阳能存储增加的自我消耗越多，就越有价值。 从电网购买的电力成本 当电价高时，光伏系统的所有者通过消耗自发电来节省费用。未来几年，电价预计将继续上涨，因此许多人认为太阳能电池是明智的投资。 并网电价 太阳能系统所有者每千瓦时获得的电量越少，他们储存电力而不是将其输入电网的费用就越高。过去20年来，并网电价稳步下降，并将继续下降。 有哪些类型的家用电池储能系统可用? 家用电池备用系统具有许多优点，包括弹性、节省成本和分散电力生产（也称为“家庭分布式能源系统”）。那么家用太阳能电池有哪些类别呢？我们应该如何选择呢？ 按备份功能分类： 1、家用UPS电源 这是一种工业级备用电源服务，医院、数据室、政府或军事市场通常需要其重要且敏感的设备持续运行。有了家用 UPS 电源，即使电网出现故障，家里的灯甚至可能不会闪烁。大多数家庭不需要或打算为这种程度的可靠性付费——除非他们在您的家中运行重要的临床设备。 2.“可中断”电源（全屋备用）。 UPS 的下一个步骤就是我们所说的“可中断电源”或 IPS。如果电网出现故障，IPS 肯定能让您的整个房子继续依靠太阳能和电池运行，但作为备用系统，您肯定会经历一小段时间（几秒钟），您的房子里的所有东西都会变黑或变灰进入设备。您可能需要重置闪烁的电子时钟，但除此之外，只要电池电量耗尽，您就可以像平常一样使用每一件家用电器。 3.紧急情况电源（部分备用）。 一些备用电源功能通过在检测到电网实际上已经下降时激活紧急情况电路来工作。这将允许与该电路连接的房屋电力设备（通常是冰箱、灯以及一些专用电源插座）在停电期间继续运行电池和/或光伏板。这种备用电源很可能是世界各地家庭最受欢迎、合理且预算友好的选择之一，因为用电池组运行整个房子会很快耗尽电池电量。 4.部分离网太阳能及存储系统。 最后一个可能引人注目的选择是“部分离网系统”。对于部分离网系统，其概念是在家庭中建立一个专门的“离网”区域，该区域持续运行在足够大的太阳能和电池系统上，无需从电网获取电力即可维持自身运行。通过这种方式，即使电网出现故障，必要的家庭用具（冰箱、灯等）也能保持开启状态，不会造成任何干扰。此外，由于太阳能和电池的尺寸可以在没有电网的情况下自行永远运行，因此不需要分配电力使用，除非将额外的设备插入离网电路。 从电池化学技术分类: 铅酸电池作为住宅备用电池 铅酸电池是市场上最古老的可充电电池和成本最低的可用于储能的电池。它们出现于上世纪初 1900 年代，由于其坚固性和低成本，至今仍是许多应用中的首选电池。 它们的主要缺点是能量密度低（它们笨重且体积大）和寿命短，不接受大量的加载和卸载循环，铅酸电池需要定期维护以平衡电池中的化学成分，因此其特点使其不适合中高频放电或持续10年或更长时间的应用。 它们还具有放电深度低的缺点，在极端情况下放电深度通常限制为 80%，在常规操作中限制为 20%，以延长使用寿命。过度放电会降低电池的电极性能，从而降低其存储能量的能力并限制其寿命。 铅酸电池需要不断维持其充电状态，并且应通过浮充技术始终以最大充电状态存储（用小电流维持充电，足以消除自放电效应）。 这些电池有多种版本。最常见的是使用液体电解质的通风电池、阀控式凝胶电池 (VRLA) 以及将电解质嵌入玻璃纤维垫（称为 AGM - 吸收性玻璃垫）的电池，与凝胶电池相比，它们具有中等性能且成本较低。 阀控电池实际上是密封的，可以防止电解液泄漏和干燥。该阀门在过度充电的情况下起到释放气体的作用。 一些铅酸电池是为固定工业应用而开发的，可以接受更深的放电循环。还有一个更现代的版本，那就是铅碳电池。添加到电极中的碳基材料可提供更高的充电和放电电流、更高的能量密度和更长的寿命。 铅酸电池（无论其任何变体）的一个优点是它们不需要复杂的充电管理系统（就像锂电池的情况一样，我们将在接下来看到）。铅电池在过度充电时起火和爆炸的可能性要小得多，因为它们的电解质不像锂电池那样易燃。 此外，这些类型的电池轻微过度充电并不危险。甚至一些充电控制器还具有均衡功能，可以对电池或电池组进行轻微的过度充电，从而使所有电池达到充满电的状态。 在均衡过程中，最终先于其他电池充满电的电池的电压将略有增加，而没有风险，而电流正常流过串联的元件组合。这样，我们可以说铅电池具有自然均衡的能力，电池组之间或电池组之间的微小不平衡不会带来任何风险。 表现：铅酸电池的效率远低于锂电池。虽然效率取决于充电率，但通常假设往返效率为 85%。 存储容量：铅酸电池有多种电压和尺寸，但每千瓦时的重量比磷酸铁锂重 2-3 倍，具体取决于电池的质量。 电池成本：铅酸电池比磷酸铁锂电池便宜 75%，但不要被低廉的价格所迷惑。这些电池无法快速充电或放电，寿命短得多，没有保护性电池管理系统，并且可能还需要每周维护。这导致每个周期的总体成本高于降低电力成本或支持重型设备的合理成本。 锂电池作为住宅备用电池 目前，商业上最成功的电池是锂离子电池。锂离子技术应用于便携式电子设备后，已进入工业应用、电力系统、光伏储能和电动汽车等领域。 锂离子电池在许多方面都优于许多其他类型的可充电电池，包括储能容量、工作周期数、充电速度和成本效益。目前，唯一的问题是安全性，易燃电解质在高温下会着火，这就需要使用电子控制和监测系统。 锂是所有金属中最轻的，具有最高的电化学势，并且比其他已知的电池技术提供更高的体积和质量能量密度。 锂离子技术使得推动储能系统的使用成为可能，主要与间歇性可再生能源（太阳能和风能）相关，并且还推动了电动汽车的采用。 电力系统和电动汽车中使用的锂离子电池属于液体类型。这些电池采用电化学电池的传统结构，两个电极浸入液体电解质溶液中。 隔膜（多孔绝缘材料）用于机械分离电极，同时允许离子通过液体电解质自由移动。 电解质的主要特征是允许离子电流的传导（由离子形成，离子是具有过量或缺乏电子的原子），同时不允许电子通过（如导电材料中发生的情况）。正极和负极之间的离子交换是电化学电池发挥作用的基础。 锂电池的研究可以追溯到20世纪70年代，90年代左右技术成熟并开始商业化应用。 锂聚合物电池（采用聚合物电解质）现在用于电池电话、电脑和各种移动设备，取代了老式的镍镉电池，其主要问题是“记忆效应”，逐渐降低存储容量。当电池在完全放电之前充电时。 与较旧的镍镉电池，特别是铅酸电池相比，锂离子电池具有更高的能量密度（每体积储存更多的能量），具有更低的自放电系数，并且可以承受更多的充电和放电循环次数，这意味着使用寿命长。 2000年代初左右，锂电池开始应用于汽车行业。2010 年左右，锂离子电池在住宅应用和电力存储领域引起了人们的兴趣大型ESS（能源存储系统）系统，主要是由于全球范围内电源使用的增加。间歇性可再生能源（太阳能和风能）。 锂离子电池可能具有不同的性能、寿命和成本，具体取决于其制造方式。已经提出了几种材料，主要用于电极。 通常，锂电池由形成电池正极的金属锂基电极和形成负极的碳（石墨）电极组成。 根据所使用的技术，锂基电极可以具有不同的结构。制造锂电池最常用的材料以及这些电池的主要特性如下： 锂和钴氧化物 (LCO)：比能量（Wh/kg）高，存储容量好，寿命（循环次数）满意，适用于电子器件，缺点是比功率（W/kg）小，降低了装卸速度； 锂氧化物和锰氧化物 (LMO)：允许高充电和放电电流，但比能量（Wh/kg）较低，这会降低存储容量； 锂、镍、锰和钴 (NMC)：结合了LCO和LMO电池的特性。此外，成分中镍的存在有助于提高比能量，提供更大的存储容量。根据应用类型，镍、锰和钴可以以不同的比例使用（以支持其中一种或另一种）。总体而言，这种组合的结果是电池具有良好的性能、良好的存储容量、较长的寿命和较低的成本。 锂、镍、锰和钴 (NMC)：结合了 LCO 和 LMO 电池的特点。此外，组合物中镍的存在有助于提高比能量，提供更大的存储容量。根据应用类型（以有利于一种或另一种特性），镍、锰和钴可以以不同的比例使用。总的来说，这种组合的结果是性能好、存储容量好、寿命长、成本适中的电池。该类型电池已广泛应用于电动汽车，也适用于固定式储能系统； 磷酸铁锂（LFP）：由于其良好的热稳定性，LFP组合为电池提供了良好的动态性能（充电和放电速度）、延长的使用寿命和更高的安全性。其成分中不含镍和钴，从而降低了成本并提高了这些电池大规模制造的可用性。虽然其存储容量不是最高的，但由于其许多有利的特性，特别是成本低和鲁棒性好，已被电动汽车和储能系统制造商采用； 锂和钛 (LTO)：该名称是指其中一个电极含有钛和锂，取代碳，而第二个电极与其他类型之一（例如 NMC – 锂、锰和钴）中使用的电极相同的电池。尽管比能量较低（转化为存储容量减少），但这种组合具有良好的动态性能、良好的安全性以及大大提高的使用寿命。这种类型的电池在 100% 放电深度下可以接受超过 10,000 次操作循环，而其他类型的锂电池可以接受大约 2,000 次循环。 LiFePO4 电池的性能优于铅酸电池，具有极高的循环稳定性、最大的能量密度和最小的重量。如果电池定期从 50% DOD 放电然后充满电，LiFePO4 电池最多可以执行 6,500 次充电循环。因此，从长远来看，额外的投资是有回报的，而且性价比仍然无与伦比。它们是连续使用太阳能电池的首选。 表现：电池的充电和放电具有 98% 的总循环效率，同时快速充电和放电的时间框架不超过 2 小时，甚至更快，但寿命会缩短。 存储容量：磷酸铁锂电池组容量可达18kWh以上，与同容量的铅酸电池相比，占用空间更小，重量更轻。 电池成本：磷酸铁锂电池的成本往往高于铅酸电池，但由于使用寿命更长，因此通常具有较低的循环成本