光伏发电在储能领域应用探究

张帅 冯欣 马君功 李潇潇

摘 要：光伏储能与并网发电不一样，需要增加蓄电池，以及蓄电池充放电装置，虽然成本要增加20%～40%，但是应用范围要宽广很多。本文详细介绍了4种类型光伏储能系统的组成，并对其工作过程进行了说明，不同类型的光伏储能系统应用于不同的场合。以并离网储能系统为例进行了系统配置计算；并对储能系统发展的几种商业模式进行剖析，最后对光伏储能技术的现状及发展前景进行了说明，开放电力市场传导出的电价机制和光伏资金政策扶持的减弱刺激着市场关注度的转移，也刺激着光伏与储能协同应用的可能。

关键词：储能系统 应用分析 削峰填谷

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0105-02

储能技术的发展和应用，打破了光伏发电接入和消纳瓶颈问题。在电力系统中具有削峰填谷、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源利用率等重要作用。储能技术已经成为我国综合能源示范项目中不可或缺的重要技术支撑。

1 光伏储能系统分类及应用分析

根据不同的应用场合，光伏储能系统分为离网储能系统、并离网储能系统、并网储能系统和多能源混合微网系统4种。

1.1 离网储能系统

离网储能系统，不依赖电网而独立运行，应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等[1]。系统由光伏方阵、太阳能控制器、逆变器、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。离网储能系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的，是刚性需求，该系统不依赖于电网，靠的是“边储边用”或者“先储后用”的工作模式，干的是“雪中送炭”的事情。对于无电网地区或经常停电地区家庭来说，离网储能系统具有很强的实用性。

1.2 并离网储能系统

并离网储能系统广泛应用于经常停电，或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能并离网一体机、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电，再给交流负载供电。相对于并网发电系统，并离网系统增加了充放电控制器和蓄电池，系统成本增加了30%左右，但是应用范围更宽。

1.3 光伏并网储能系统

并网储能光伏发电系统，能够存储多余的发电量，提高自发自用比例，应用于光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价价格贵很多、波峰电价比波平电价贵很多等应用场所[2]。系统由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器、电池组、并网逆变器、电流检测装置、负载等构成。当太阳能功率小于负载功率时，系统由太阳能和电网一起供电，当太阳能功率大于负载功率时，太阳能一部分给负载供电，一部分通过控制器储存起来。当电流传感器检测到有电流流向电网时，并网储能机开始工作，把多余的电能储存到蓄电池中，如果蓄电池也充满了，还可以打开电热水器。家庭负载增加时，可以控制蓄电池通过逆变器向负载送电。

1.4 微网储能系统

微网储能系统由太阳能电池方阵、并网逆变器、PCS双向变流器、智能切换开关、蓄电池组、发电机、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过逆变器给负载供电，同时通过PCS双向变流器给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过PCS双向变流器给负载供电。微电网可充分有效地发挥分布式清洁能源潜力，解决了发电功率不稳定、独立供电可靠性低等不利因素，确保电网安全运行，是大电网的有益补充。其应用大到厂矿企业、医院学校，小到一座建筑都可以发展微电网。

2 储能发展的几种商业模式

2.1 动态扩容

变压器的额定容量在出厂的那一刻起就是固定的，而当电力用户由于后期某些需求的影响，造成变压器满额运行，就要进行扩容，据了解，一般地区的扩容费用都非常高，这个时候安装储能就可以实现动态扩容，避免花费大量金钱。

2.2 需求响应

需求响应，说简单点，就是用户根据电网发出的信号，改变负荷曲线的行为。我国的电力负荷曲线有个非常明显的高峰，实行需求侧响应能有效的改善这一现象。

2.3 需量电费管理

要想知道储能如何参与需量电费管理，首先一定要了解什么是需量电费，简单点说，就是大工业客户针对变压器收取的电费，而无论是按变压器的容量收取，还是按最大负荷收费，都无法满足用户的峰谷用电负荷特性，而储能可以进行削峰填谷，改善这一状况，减少需量电费。

2.4 配套工商业光伏

随着光伏补贴的退坡，光伏企业必须寻找新的模式提高收益。工商业光伏+储能，可以提高自发自用率，从而减轻用户的电费压力，同时也可以白天对储能电池充电，晚上放电，从而赚取价差。

2.5 峰谷价差

相信很多人对这个盈利模式一点也不陌生，目前大部分企业的盈利来源就是峰谷价差。峰谷价差是指根据电网的负荷变化情况，将每天24h划分为高峰、平段、低谷等多个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，以鼓励用电客户合理安排用电时间，削峰填谷，提高电力资源的利用效率[3]。

3 储能系统设计和配置

3.1 如何去设计一个并离网储能系统

可以看到，并离网储能系统最主要的设备是并离网储能一体机，其作用是对光伏组件所发的电能进行调节和控制，对蓄电池进行充电，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。同时把组件和蓄电池的直流电逆变成交流电，给交流负载使用，在适当的时候，电网也可以向蓄电池充电。

3.2 如何为储能系统选配蓄电池

由于设计的是并离网一体储能系统，负载用电可以由电网作为后备。那么蓄电池的选择可以根据计划储存的能量来确定[4]。例如，计划配置可以储存10度电的蓄电池，该如何选择呢？10度电，即10kWh，也就是10000Vah。电池额定电压48V，电池放电效率取94%，考虑到电池寿命和性能，计算时采用锂电池的放电深度（80%），铅酸电池的放电深度一般在50%～70%。

3.2.1 选用锂电池

锂电电池常规规格48V、50Ah，可以选用6并联，总容量300Ah。

3.2.2 选用铅酸电池

放电深度取50%，需要12V，100Ah铅酸电池20节，进行4串5并连接，总容量500Ah。

为什么铅酸电池放电深度只有50%？从循环次数与放电深度的关系曲线中可见，放电深度越大，电池使用寿命越短。适当增大电池容量，减小放电深度，可以延长电池的使用寿命。

3.2.3 储能技术应用前景

中关村储能产业技术联盟（CNESA）今年4月提供的行业研究白皮书显示，中国的储能市场未来3年主要场景分布中，商用节能占到27.8%，调峰调频占到24.1%，户用光伏占到18.5%[5]。在政策上，峰谷电价差未来是否能够扩大，在较长的投资回收周期中，电力价格的变化将对储能项目的收益产生重大的影响。

参考文献

[1] 汤秀芬.独立光伏系统的储能技术研究[J].通信电源技术，2014（1），31（1）：12-14.

[2] 刘建涛，张建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁能源，2011（7）：1-3.

[3] 陳刚，袁越，傅质馨.储能电池平抑光伏发电波动的应用[J].电力系统及其自动化学报，2014（2）：200-202.

[4] 马玲.光伏发电储能系统容量配置优化及运行研究[D].沈阳工业大学，2018.

[5] 叶季蕾，薛金花，王伟，等.储能技术在电力系统中的应用现状与前景[J].中国电力，2014（3）：89-92.