日落之后的电力：太阳能电池入门指南

蓄电池如何工作，哪些化学物质和系统架构重要，以及如何确定电池大小和选择电池，以获得可靠、经济高效的家庭能源

随着屋顶太阳能应用的增长，蓄电池已从一个小众的附加装置转变为主流的考虑因素。正确指定的蓄电池可将屋顶间歇性发电转化为可靠、可用的能源，将消费从价格高峰时段转移到其他时段，防止停电，并增加自我消费。本文介绍了业主或安装人员在选择安全、经济的储能系统时需要考虑的技术要点和实际决策点。

太阳能电池的实际作用

A 太阳能电池蓄电池系统可存储光伏（PV）阵列产生的剩余电力，并在夜间、阴天或电网停电时根据需要释放电力。实现这一功能的系统由光伏电池板、逆变器（或混合逆变器）、电池模块、电池管理系统（BMS）和监控装置组成。这些组件的相互作用决定了往返效率、可用容量、可靠性和安全性。

两种常见结构：直流耦合和交流耦合

将储能与太阳能电池阵列结合起来有两种实用方法：

直流耦合系统 将电池置于直流侧，在电池板和逆变器之间。这样可以减少电力转换的次数，提高往返效率。直流耦合通常是新的地面安装最有效的选择。
交流耦合系统 在逆变器之后的交流侧添加储能装置。这种方法对现有光伏系统的改造更为简单，通常可将安装中断降至最低。代价是充放电周期中的转换损耗略高。

如果您要更换电池板和逆变器，或设计一个新系统，直流耦合通常会产生更好的性能。如果您要在现有的逆变器上加装储能装置，交流耦合通常能提供更快、更低成本的途径。

电池化学成分与实际权衡

您选择的化学物质会影响性能、使用寿命、安全性和成本。

磷酸铁锂（LiFePO4）:日益成为住宅存储的标准。磷酸铁锂具有高循环寿命、出色的热稳定性和低衰减性。典型的往返效率超过 90%，根据放电深度（DoD）和运行条件的不同，设计良好的系统通常可达到 3,000-6,000 次有效循环。磷酸铁锂的安全性能和较长的使用寿命使其对大多数业主来说都具有很高的价值。
其他锂离子变体:某些锂化学物质具有更高的能量密度，但需要牺牲循环寿命或热稳定性。对于住宅用固定式储能设备，人们通常更倾向于使用兼顾安全性和使用寿命的磷酸铁锂。
铅酸电池（AGM、凝胶、浸没式）:这些传统化学物质的前期成本较低，但可用容量明显较低，使用寿命较短，维护要求较高。它们仍可用于预算或非常小的离网系统，但对长期家庭投资的吸引力较小。
液流电池和新兴化学物质:液流电池在大型装置中具有持续时间长、循环寿命长的优点，但对于标准住宅屋顶而言，通常体积过大、成本过高。新出现的化学物质可能具有环保优势，但尚未被广泛应用于一般用途。家庭存储.

主要绩效评估指标

可用容量（千瓦时）:电池容量：考虑 DoD 限制后可供日常使用的电池容量。额定容量为 10 kWh 的电池，建议使用 90% DoD，实际提供的可用能量低于标称容量--请与供应商确认可用 kWh。
往返效率（%）:实际可提取的存储能量百分比。效率越高，时间转换的经济价值越高，并能最大限度地自我消耗。
循环寿命和保修:了解保修条款（年限和容量）。许多供应商既保修时间，也保修最低保留容量（例如，70% 在规定循环次数后的容量）。
额定功率（千瓦）:逆变器和电池可提供的最大持续功率；在停电期间，对运行高耗电设备的大小进行调整时至关重要。
保温和安全功能:强大的 BMS、热管理和安全认证至关重要。

如何确定家用电池的大小

确定规模应客观并以目标为导向：

确定主要目标目标：紧急备用、避峰（TOU 套利）或最大化太阳能自我消费。每个目标都会导致不同的规模和逆变器选择。
计算典型日使用量:查看每月用电量，得出平均日耗电量。对于停电备用，可模拟特定的关键负载及其综合耗电量。
系数可用容量和效率:如果您需要 X 千瓦时的可用电量，请选择标称容量已考虑 DoD 和往返损耗的电池。
考虑逆变器的限制和浪涌需求:对于运行中的电机（暖通空调、水泵），确保逆变器和电池能够承受浪涌电流。

例如：一个日用电量为 25 千瓦时的家庭，如果希望为关键负载提供一晚的部分备用，可以选择一个 10-15 千瓦时的可用电池，用于优先电路，而不是整个家庭。

安装、许可和安全

电池安装需要专业的电气设计、当地许可并遵守建筑和消防法规。请选择熟悉辖区互联要求并具有电池系统调试经验的安装人员。关键的安全要素包括 BMS 的实施、通风（如化学要求）、正确的安装和间隙，以及用于固件更新和诊断的可访问监控。

成本、激励措施和投资回报

电池的前期成本因化学成分、容量和供应商而异。评估每千瓦时可用电量的总安装成本、保修范围和预期寿命吞吐量。地方激励措施、公用事业退税计划和联邦税收抵免会对经济效益产生重大影响，因此在估算投资回收期时，应将可用的激励措施纳入财务模型。对于许多业主来说，如果结合使用时间费率结构或频繁停电风险，价值主张就会得到改善。