光伏储能项目中的18MW+4MW/10MWh什么意思

19MW光伏发电储能配置，可以根据光伏板一天的发电量来配置，也可以根据家庭一天电力的使用量来配置。

新型电力系统的构建过程中，发电侧体现为风电，光伏等可再生能源占比持续提升，这将造成两大挑战，一是发电侧间歇性，波动性加大，发用电失衡概率大幅提升。二是电力系统可调容量，惯量下降，系统应对失衡的能力弱化。

随着电力工业发展，新能源大规模接入，输配电系统面临提高系统可靠性，稳定性，改善电能质量，预防停电的要求，而储能是最佳解决方案。该项目拟通过对储能系统的最新技术研究，提出适合微网系统安全稳定运行的储能系统配置及能量管理系统，实现电网安全稳定运行。

保证系统稳定。光伏电站系统中，光伏输出功率曲线与负荷曲线存在较大差异，而且均有不可预料的波动特性，通过储能系统的能量存储和缓冲，使得系统即使在负荷迅速波动的情况下，仍然能够运行在一个稳定的输出水平。

离网型光伏发电系统组成：

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图所示。

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统必须使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

控制系统对光伏阵列的输出电压和电流进行实时采样，判断光伏发电系统是否工作在最大功率点上，然后根据跟踪算法，改变PWM信号的占空比，进而控制光伏阵列的输出电压使其工作点向最大功率点逼近。在蓄电池过充过放控制模块中，当蓄电池电压充电或放电到一定的设定值后，就会自动关闭或打开。

光伏阵列组件

光伏发电系统利用以光电效应原理制成的光伏阵列组件将太阳能直接转换为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为20~25mA/cm2，将光伏电池单体进行串、并联封装后，就成了光伏电池阵列组件。

当受到光线照射的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建立起端电压，这时太阳能电池的工作情况可以用下图所示的太阳能电池负载特性曲线来表示。它表明在确定的日照强度和温度下，光伏电池的输出电压和输出电流以及输出功率之间的关系，简称I-V特性和P-V特性。从图中可以看出，光伏发电系统的特性曲线具有强烈的非线性，既非恒压源也非恒流源。从其P-V特性曲线可以看出，在日照强度一定的前提下，其输出功率近似于一个开口向下的抛物线。该抛物线顶点对应的功率即为该日照强度下的P-V曲线的最大功率点，对应的电压称为最大功率点电压。为了提高光伏发电系统的转化效率，就必须使系统保持运行在P-V曲线最大功率点附近。

光伏电池阵列的几个重要技术参数：

1）短路电流（Isc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电流。

2）开路电压（Voc）：在给定日照强度和温度下的最大输出电压。

3）最大功率点电流（Im）：在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流。

4）最大功率点电压（Um）：在给定日照和温度下相应于最大功率点的电压。

5）最大功率点功率（Pm）：在给定日照和温度下太阳能电池阵列可能输出的最大功率。

DC-DC转换器

光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。需要使用电力电子器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。

DC-DC转换器输出电压和输入电压的关系通过控制开关的通断时间来实现的，这个控制信号可以由PWM信号来完成。主要工作原理是保持通断周期（T）不变，调节开关的导通持续时间来控制电压。D为PWM信号的占空比。

根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。

DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。

降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。

蓄电池

在独立运行的光伏发电系统中，储能装置是必不可少的。现在可选的储能方法有很多，如电容器储能、飞轮储能、超导储能等，但是从方便、可靠、价格等综合因素来考虑，大多数大中型的光伏发电系统都使用了免维护式的铅酸蓄电池作为系统的储能装置。

但选用铅酸蓄电池也有不足之处，它比较昂贵，初期投资能够占到整个发电系统的1/4到1/2，而蓄电池又是整个系统中较薄弱的环节，因此如果管理不当，会使蓄电池提前失效，增加整个系统的运营成本。

光伏控制模块

光伏控制模块以单片机为控制中心，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效地为蓄电池充电。并在它充电过程中减少蓄电池的损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时保护蓄电池免受过充电和过放电的危害。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于受天气等外界因素的影响，太阳电池阵列发出的直流电的电压和电流不是很稳定），同时也通过控制传感器电路（光控、声控等）来实现全自动开关灯功能。

单片机的主要工作是将电流采集电路和电压采集电路采集到的电流、电压进行运算比较，然后通过MPPT算法来调节PWM的占空比D，使光伏阵列组件工作在最大功率点处。

离网型逆变器

住宅用的离网型光伏发电系统因为部分负载是交流负载，因此还需要离网型逆变器，把光伏组件发出的直流电变成交流电给交流负载使用。光伏离网型逆变器与光伏并网型逆变器在主电路结构上没有较大区别，主要区别在光伏并网型逆变器需要考虑并网后与电网的运行安全。也就是同频同相抗孤岛等控制特殊情况的能力。而光伏离网型逆变器就不需要考虑这些因数。

为了提高离网型光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。

离网型光伏发电系统的应用：

离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。

首先要确定光伏板安装地方的日照时间和充电效率。

假如充电效率为80%，一天的日照时间是早上10点到下午4点， 那么充电量为100KW*6h*80%=600KWh*80%=480度电。

如果选择48V的储能锂电池组pack，那么一共需要100个堆叠式的48V100Ah（4.8度电）这种容量的Rack模块。

成本方面，光伏板的成本按照2元/W来计算，100KW*2元/W=20万。一个堆叠式的磷酸铁锂储能电池系统的成本大概是5500元，那100个的成本就是55万元。光伏板+储能电池（内置BMS）合计成本要70万打底，不包含逆变器和人工安装费用。

所以，这个预算整体下来需要100万（加上逆变器和人工安装费用），这样的储能系统，一般是小型工商业的运用场景，不是家庭户用所能承担起的，至少是大型别墅才行。

接下来，本期文章小固将向你详细介绍，在不同应用场景和需求下，储能系统中的电池容量设计。相信看完之后就能回答前文中的3个问题。

一、电池类型的选择

随着电池技术发展和成本的快速下降，目前在户用储能项目中，锂电池已成为主流选择，新增化学电池市场占有率达95%以上。

【小固解读】相比铅酸电池，锂电池具有效率高、循环寿命长、电池数据精确，一致性高等优势。

二、电池容量设计常见四大误区

1、只根据负载功率和用电量选择电池容量

电池容量设计中，负载情况是最重要的参考因素。但电池充放电能力、储能机的最大功率、负载的用电时段等同样不容忽视。

2、电池的理论容量和实际容量

通常，电池手册上面标注的是电池的理论容量，也就是在理想状态下，电池从SOC 100%到SOC 0%时电池能够释放的最大电量。

而在实际的应用中，考虑到电池寿命，不允许放电到SOC 0%，会设置保护电量。

3、电池容量选择越大越好

在实际应用中，要考虑电池使用率。如果光伏系统容量较小，或负载用电量较大，电池无法充满即造成浪费。

4、电池容量设计完美契合

由于过程损耗的原因，电池放电量小于电池存电量，负载耗电量小于电池放电量。忽视效率损耗很可能造成电池供电不足的现象。

三、不同应用场景下的电池容量设计

本文主要介绍三种常见应用场景下的电池容量设计思路：自发自用（电费较高或没有补贴）、峰谷电价、备用电源（电网不稳定或有重要负载）。

1、“自发自用”

由于电价较高或者光伏并网补贴较低（无补贴），安装光伏储能系统以降低电费支出。

· 假设电网稳定，不考虑离网运行

· 光伏只是为了降低电网用电量

· 一般白天光照比较充足

最理想状态是，光伏+储能系统能够完全覆盖家庭用电。但是这种情况很难实现。所以我们综合考虑投入成本和用电情况，可以选择根据家庭平均日用电量（kWh）来选择电池的容量（默认光伏系统能量充足）。设计逻辑如下 ：

如果能够准确搜集用电规律，结合储能机管理设置，可以尽量提高系统利用率。

二、峰谷电价

峰谷电价的结构大致如下图所示，17：00 - 22：00为用电高峰期：

白天用电量少（光伏系统可基本覆盖），在用电高峰期，则需要保证至少一半以上的电量由电池供电，减少电费支出。

假设高峰期平均日用电量：20kWh

其设计思路如下：

以高峰时期的总用电量为基础计算出电池容量的最大需求值。然后根据光伏系统的容量和投资的效益在该区间内找到一个最佳电池电量。

三、电网不稳定地区——备用电源

主要应用在电网不稳定地区或有重要负载的情境中。2017年初，固德威曾经设计过一个东南亚的项目，具体情况如下：

·应用场地：养鸡场，考虑光伏可铺设面积，大概可以装5-8KW组件

·重要负载：4*换气风扇，单个风扇的功率550W（如果换气扇不工作，养鸡棚内供氧不足）

·电网情况：电网不稳定，不定时停电，最长停电时长3~4小时

·应用要求：电网正常情况下，电池优先充电；电网停电时，电池+光伏保证重要负载（风扇）正常运行

在选择电池容量时，需要考虑的就是电池在离网情况下单独供应所需要的电量（假设晚间停电，无PV）。

其中离网时的用电总功率和离网预计时间是最关键的参数。以停电预计的最长时间4小时来计算，其设计思路可参考：

这个案例中的重要负载很单一，设计过程相对简单。如果系统中有其他重要负载，需要全部列出（如下例）然后根据全天最长连续停电时长内最大的用电负载功率和用电量，最后确定需要的电池容量。

四、电池容量设计中的两个重要因素

1、光伏系统容量

假定

· 电池全部由光伏充电

· 储能机给电池充电的最大功率为5000W

· 每天日照小时数为4h

那么：

①在电池作备用电源的模式下，有效容量800Ah的电池在理想状态下充满平均需要：

800Ah/100A/4h=2天

②在自发自用的模式下，假定系统每天在4个小时内平均以3000W给电池充电。有效容量800Ah的电池充满（不放电的情况下）需要：

800Ah*50V/3000=13天

无法满足负载日常用电。而在常规自发自用的系统下，电池无法充满。

2、电池冗余设计

前文提到的三种应用场景中均提到，由于光伏发电存在不稳定性、线损、无效放电、电池老化等造成效率损失，在电池容量设计时，需要保留一定余量。

电池余量的设计比较自由，设计者可以根据自身系统设计的实际情况综合判定。

总结

本文针对几种常见应用场景，介绍了电池容量设计的方案。从中可以看出，其实三种场景下设计的思路相似，核心条件固定，只是不同场景下，需要考虑不同因素。

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