隨著人們對環保和節能的日益重視，太陽能板的應用也越來越廣泛。在家庭光伏發電系統中，家用儲能太陽能板的設計和應用非常重要。本文將介紹家用儲能太陽能板的設計及其應用。

設計：1.太陽能板：太陽能板是光伏發電系統中的核心部件，其質量直接影響發電效率。在家庭光伏發電系統中，選擇適合的太陽能板很重要。2.逆變器：逆變器是將太陽能板產生的直流電轉化為交流電的設備。逆變器的質量和穩定性也直接影響發電效率。3.儲能電池：儲能電池是家用儲能太陽能板中不可缺少的組成部分。儲能電池的容量和壽命都需要滿足家庭用電的需求。

應用：1.家庭光伏發電系統：家庭光伏發電系統是最常見的家用儲能太陽能板的應用，通過太陽能板的發電和儲能電池的儲存，為家庭提供電力。2.災備備用電源：在自然災害等緊急情況下，家用儲能太陽能板可以作為備用電源，為家庭提供電力。3.獨立野營電源：家用儲能太陽能板可以搭配戶外野營設備使用，為戶外活動提供電力。總之，家用儲能太陽能板在家庭光伏發電系統中具有非常重要的作用，其設計和應用都需要仔細考慮。在未來，隨著新能源技術的不斷發展，家用儲能太陽能板的性能和應用領域也將得到進一步的提升和擴展。

從整個電力系統的角度看，儲能的應用場景可以分為發電側儲能、輸配電側儲能和用戶側儲能三大場景。實際應用中，需要根據各種場景中的需求對儲能技術進行分析，以找到最適合的儲能技術。本文著重分析儲能的三大應用場景。

從整個電力系統的角度看，儲能的應用場景可以分為發電側儲能、輸配電側儲能和用戶側儲能三大場景。這三大場景又都可以從電網的角度分成能量型需求和功率型需求。能量型需求一般需要較長的放電時間（如能量時移），而對響應時間要求不高。與之相比，功率型需求一般要求有快速響應能力，但是一般放電時間不長（如系統調頻）。實際應用中，需要根據各種場景中的需求對儲能技術進行分析，以找到最適合的儲能技術。本文著重分析儲能的三大應用場景。

一、發電側

從發電側的角度看，儲能的需求終端是發電廠。由于不同的電力來源對電網的不同影響，以及負載端難預測導致的發電和用電的動態不匹配，發電側對儲能的需求場景類型較多，包括能量時移、容量機組、負荷跟蹤、系統調頻、備用容量、可再生能源并網等六類場景。

能量時移

能量時移是 通過儲能的方式 實現用電負荷的削峰填谷 ，即 發電廠在用電負荷低谷時段對電池充電，在用電負荷高峰時段將存儲的電量釋放。此外，將可再生能源的棄風棄光電量存儲后再移至其他時段進行并網也是能量時移。能量時移屬于典型的能量型應用，其對充放電的時間沒有嚴格要求，對于充放電的功率要求也比較寬，但是因為用戶的用電負荷及可再生能源的發電特征導致能力時移的應用頻率相對較高，每年在 300 次以上。

容量機組

由于用電負荷在不同時間段有差異，煤電機組需要承擔調峰能力，因此需要留出一定的發電容量作為相應尖峰負荷的能力，這使得火電機組無法達到滿發狀態，影響機組運行的經濟性。采用儲能可以在用電負荷低谷時充電，在用電尖峰時放電以降低負荷尖峰。利用儲能系統的替代效應將煤電的容量機組釋放出來，從而提高火電機組的利用率，增加其經濟性。容量機組屬于典型的能量型應用，其對充放電的時間沒有嚴格要求，對于充放電的功率要求也比較寬，但是因為用戶的用電負荷及可再生能源的發電特征導致能力時移的應用頻率相對較高，每年在 200 次左右。

負荷跟蹤

負荷跟蹤是針對變化緩慢的持續變動負荷 ， 進行 動態調整 以達到實時平衡 的一種輔助服務。變化緩慢的持續變動負荷又可根據發電機運行的實際情況細分為基本負荷和爬坡負荷，負荷跟蹤則主要應用于爬坡負荷，即通過調整出力大小，盡量減少傳統能源機組的爬坡速率，讓其盡可能平滑過渡到調度指令水平。負荷跟蹤和容量機組相比，對放電響應時間要求更高，要求相應時間在分鐘級。

系統調頻

頻率的變化會對發電及用電設備的安全高效運行及壽命產生影響，因此頻率調節至關重要。在傳統能源結構中，電網短時間內的能量不平衡是由傳統機組（在我國主要是火電和水電）通過響應 AGC 信號來進行調節的。而隨著新能源的并網，風光的波動性和隨機性使得電網短時間內的能量不平衡加劇，傳統能源（特別是火電）由于調頻速度慢，在響應電網調度指令時具有滯后性，有時會出現反向調節之類的錯誤動作，因此不能滿足新增的需求。相較而言，儲能（特別是電化學儲能）調頻速度快，電池可以靈活地在充放電狀態之間轉換，成為非常好的調頻資源。

和負荷跟蹤相比，系統調頻的負荷分量變化周期在分秒級，對響應速度要求更高（一般為秒級響應），對負荷分量的調整方式一般為 AGC。但是系統調頻是典型的功率型應用，其要求在較短時間內進行快速的充放電，采用電化學儲能時需要有較大的充放電倍率，因此會減少一些類型電池的壽命，從而影響其經濟性。

備用容量

備用容量是指在滿足預計負荷需求以外，針對突發情況時為保障電能質量和系統安全穩定運行而預留的有功功率儲備，一般備用容量需要在系統正常電力供應容量 15~20%，且最小值應等于系統中單機裝機容量最大的機組容量。由于備用容量針對的是突發情況，一般年運行頻率較低，如果是采用電池單獨做備用容量服務，經濟性無法得到保障，因此需要將其與現有備用容量的成本進行比較來確定實際的替代效應。

可再生能源并網

由于風電、光伏發電出力隨機性、間歇性的特點，其電能質量相比傳統能源要差，由于可再生能源發電的波動（頻率波動、出力波動等）從數秒到數小時之間，因此既有功率型應用也有能量型應用，一般可以將其分為可再生能源能量時移、可再生能源發電容量固化和可再生能源出力平滑三類應用。例如針對光伏發電棄光的問題，需要將白天發出的剩余電量進行儲存以備晚上放電，屬于可再生能源的能量時移。而針對風電，由于風力的不可預測性，導致風電的出力波動較大，需要將其平滑，因而以功率型應用為主。

二、電網側

儲能在電網側的應用主要是緩解輸配電阻塞、延緩輸配電設備擴容及無功支持三類，相對于發電側的應用，電網側的應用類型少，同時從效果的角度看更多是替代效應。

緩解輸配電阻塞

線路阻塞是指線路負荷超過線路容量，將儲能系統安裝在線路上游，當發生線路阻塞時可以將無法輸送的電能儲存到儲能設備中，等到線路負荷小于線路容量時，儲能系統再向線路放電。一般對于儲能系統要求放電時間在小時級，運行次數在 50~100 次左右，屬于能量型應用，對響應時間有一定要求，需要在分鐘級響應。

延緩輸配電設備擴容

傳統的電網規劃或者電網升級擴建成本很高。在負荷接近設備容量的輸配電系統內，如果一年內大部分時間可以滿足負荷供應，只在部分高峰特定時段會出現自身容量低于負荷的情況時，可以利用儲能系統通過較小的裝機容量有效提高電網的輸配電能力，從而延緩新建輸配電設施成本，延長原有設備的使用壽命。相比較緩解輸配電阻塞，延緩輸配電設備擴容工作頻次更低，考慮到電池老化，實際可變成本較高，因此對電池的經濟性提出了更高的要求。

無功支持

無功支持是指在輸配線路上通過注入或吸收無功功率來調節輸電電壓。無功功率的不足或過剩都會造成電網電壓波動，影響電能質量，甚至損耗用電設備。電池可以在動態逆變器、通信和控制設備的輔助下，通過調整其輸出的無功功率大小來對輸配電線路的電壓進行調節。無功支持屬于典型的功率型應用，放電時間相對較短，但運行頻次很高。

三、用戶側

用戶側是電力使用的終端，用戶是電力的消費者和使用者，發電及輸配電側的成本及收益以電價的形式表現出來，轉化成用戶的成本，因此電價的高低會影響用戶的需求。

用戶分時電價管理

電力部門將每天 24 小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，即為分時電價。用戶分時電價管理和能量時移類似，區別僅在于用戶分時電價管理是基于分時電價體系對電力負荷進行調節，而能量時移是根據電力負荷曲線對發電功率進行調節。

容量費用管理

我國對供電部門大工業企業實行兩部制電價：電量電價指的是按照實際發生的交易電量計費的電價，容量電價則主要取決于用戶用電功率的最高值。容量費用管理是指在不影響正常生產的情況下，通過降低最高用電功率，從而降低容量費用。用戶可以利用儲能系統在用電低谷是儲能，在高峰時負負荷放電，從而降低整體負荷，達到降低容量費用的目的。

提高電能質量

由于存在電力系統操作負荷性質多變，設備負載非線性等問題，用戶獲得的電能存在電壓、電流變化或者頻率偏差等問題，此時電能的質量較差。系統調頻、無功支持就是在發電側和輸配電側提升電能質量的方式。在用戶側，儲能系統同樣可以進行平滑電壓、頻率波動，例如利用儲能解決分布式光伏系統內電壓升高、驟降、閃變等問題。提升電能質量屬于典型的功率型應用，具體放電市場及運行頻率依據實際應用場景而有所不同，但一般要求響應時間在毫秒級。

提升供電可靠性

儲能用于提高微網供電可靠性，是指發生停電故障時，儲能能夠將儲備的能量供應給終端用戶，避免了故障修復過程中的電能中斷，以保證供電可靠性。該應用中的儲能設備必須具備高質量、高可靠性的要求，具體放電時長主要與安裝地點相關。

1.儲能技術的原理與特點

由儲能元件組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的電網接入裝置成為儲能系統的兩大部分。儲能裝置重要實現能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網接入裝置實現儲能裝置與電網之間的能量雙向傳遞與轉換，實現電力調峰、能源優化、提高供電可靠性和電力系統穩定性等功能。

儲能系統的容量范圍比較寬，從幾十千瓦到幾百兆瓦；放電時間跨度大，從毫秒級到小時級；應用范圍廣，貫穿整個發電、輸電、配電、用電系統；大規模電力儲能技術的研究和應用才剛起步，是一個全新的課題，也是國內外研究的一個熱點領域。

2.常用的儲能方式

目前，儲能技術重要有物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、化學儲能(如各類蓄電池、可再生燃料動力電池、液流電池、超級電容器等)和電磁儲能(如超導電磁儲能等)等。

1)物理儲能中最成熟、應用最普遍的是抽水蓄能，重要用于電力系統的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等。抽水蓄能的釋放時間可以從幾個小時到幾天，其能量轉換效率在70%～85%。抽水蓄能電站的建設周期長且受地形限制，當電站距離用電區域較遠時輸電損耗較大。壓縮空氣儲能早在1978年就實現了應用，但由于受地形、地質條件制約，沒有大規模推廣。飛輪儲能利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化為機械能存儲起來，在要時飛輪帶動發電機發電。飛輪儲能的特點是壽命長、無污染、維護量小，但能量密度較低，可作為蓄電池系統的補充。

2)化學儲能種類比較多，技術發展水平和應用前景也各不相同：

(1)蓄電池儲能是目前最成熟、最可靠的儲能技術，根據所使用化學物質的不同，可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫電池等。鉛酸電池具有技術成熟，可制成大容量存儲系統，單位能量成本和系統成本低，安全可靠和再利用性好等特點，也是目前最實用的儲能系統，已在小型風力發電、光伏發電系統以及中小型分布式發電系統中獲得廣泛應用，但因鉛是重金屬污染源，鉛酸電池不是未來的發展趨勢。鋰離子、鈉硫、鎳氫電池等先進蓄電池成本較高，大容量儲能技術還不成熟，產品的性能目前尚無法滿足儲能的要求，其經濟性也無法實現商業化運營。

(2)大規模可再生燃料動力電池投資大、價格高，循環轉換效率較低，目前尚不宜作為商業化的儲能系統。

(3)液流儲能電池具有能量轉換效率較高，運行、維護費用低等優點，是高效、大規模并網發電儲能、調節的技術之一。液流儲能技術在美國、德國、日本和英國等發達國家已有示范性應用，我國目前尚處于研究開發階段。

(4)超級電容器是20世紀80年代興起的一種新型儲能器件，由于使用特殊材料制作電極和電解質，這種電容器的存儲容量是普通電容器的20～1000倍，同時又保持了傳統電容器釋放能量速度快的優點，目前已經不斷應用于高山氣象站、邊防哨所等電源供應場合。

3)超導電磁儲能利用超導體制成線圈儲存磁場能量，功率輸送時無需能源形式的轉換，具有響應速度快、轉換效率高、比容量/比功率大等優點，可以充分滿足輸配電網電壓支撐、功率補償、頻率調節，提高電網穩定性和功率輸送能力的要求。和其他儲能技術相比，超導電磁儲能仍很昂貴，除了超導體本身的費用外，維持系統低溫導致維修頻率提高以及出現的費用也相當可觀。目前，在世界范圍內有許多超導電磁儲能工程正在運行或者處于研制階段。

各種儲能技術的發展程度、系統規模及應用環節比較如圖1所示。各種儲能技術綜合比較如表1所示，表1中UPS為不間斷電源。

3.儲能產業的發展前景

由于我國的能源中心和電力負荷中心距離跨度大，電力系統一直遵循著大電網、大電機的發展方向，按照集中輸配電模式運行，隨著可再生能源發電的飛速發展和社會對電能質量要求的不斷提高，儲能技術應用前景廣闊。國家電網公司近期確定的智能電網重點投資領域中包括了大量儲能應用領域，如發電領域的風力發電和光伏發電中應用儲能技術項目，配電領域儲能技術，電動汽車充放電技術等。

儲能技術重要的應用方向有：①風力發電與光伏發電互補系統組成的局域網，用于偏遠地區供電、廠及辦公樓供電；②通信系統中作為不間斷電源和應急電能系統；③風力發電和光伏發電系統的并網電能質量調整；④作為大規模電力存儲和負荷調峰手段；⑤電動汽車儲能裝置；(作為國家重要部門的大型后備電源等。

隨著儲能技術的不斷進步，安全性好、效率高、清潔環保、壽命長、成本低、能量密度大的儲能技術將不斷涌現，必將帶動整個電力行業產業鏈的快速發展，創造巨大的經濟效益和社會效益。

4.促進大容量儲能產業發展的政策建議

1)將儲能與新能源發展同步規劃。按照實現整個電力系統安全運行和效率最優的原則，在規劃新能源發電和電網輸送線路的同時，應提出相應的儲能解決方法，明確儲能發展的規模和建設區域等。

2)執行峰谷電價和儲能電價政策。峰谷電價在不同地區可有所差別，但應盡量為電網削峰填谷和吸引儲能投資創造更大空間。

3)規范新能源發電技術要求與并網管理。國家應出臺有關新能源并網的強制性技術標準，建立強制并網認證和檢測制度。執行新能源發電出力短時間預測報告制度，提高短時間預測能力和水平。電網公司對符合入網要求的電能應及時全額接收，對電能質量差、發電預測誤差大的新能源發電可選擇性接收，并建立相應的懲罰機制。

4)鼓勵投資主體多元化。在理順投資回報機制、規范入網技術要求的前提下，應鼓勵發電商、電網公司、用戶端、第三方獨立儲能公司等任何有條件的投資方投資建設儲能裝置。

5)加緊安排多個儲能示范項目。通過執行若干個儲能示范項目為儲能公司供應重要的工程實踐機會，為未來大規模應用儲能技術積累技術數據和運行相關經驗。在示范項目中，要結合考慮各類儲能技術的性能，在全面評價基礎上，根據具體用途選用合適的儲能技術。早期的示范項目可先與風力發電、光伏發電相結合，探索應用于風力發電和光伏發電的儲能技術。

6)加大對大容量儲能技術的研發投入，鼓勵儲能技術多元化發展。儲能技術的研究應超前于需求發展，不能等到出現瓶頸的時候再考慮加大投入，另外需進一步加大對儲能技術基礎研究的投入，鼓勵原始創新，掌握自主知識產權。應將大規模儲能技術研究及其產業化應用列入國家科技重大專項。由于目前還沒有任何一項儲能技術完全勝任各種應用領域的要求，因此在重點扶持液流電池、鋰離子電池等關鍵技術的同時，也應鼓勵和支持其他儲能技術發展。

2020年3月29日，全球新能源汽車領導者比亞迪宣布正式推出“刀片電池”。憑借對行業深刻的戰略前瞻，強大的創新能力以及深厚的技術積累，比亞迪交出了“刀片電池”這一答案。“刀片電池”擁有其他動力電池無法企及的安全性，并且兼具長壽命和長續航，它的誕生重新了定義新能源汽車的安全標準,引領了全球動力電池安全新高度。比亞迪集團董事長兼總裁王傳福表示：“‘刀片電池’體現了比亞迪徹底終結新能源汽車安全痛點的決心，更有能力將引領全球動力電池技術路線重回正道，把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典里徹底抹掉。“

超級安全 解決新能源車安全痛點：“針刺穿透測試”是行業內公認的對電池電芯安全性最為嚴苛的檢測手段。這一測試要求用鋼針將動力電池電芯刺穿，造成電芯內部的大面積短路。比亞迪在發布會當天播放了一段對比三種電池針刺實驗的視頻回應了之前網絡上對于刀片電池超強安全性的質疑。在同樣的測試條件下，三元鋰電池在針刺瞬間出現劇烈的溫度變化，表面溫度迅速超過500℃，并發生極端的熱失控——劇烈燃燒現象，電池表面的雞蛋被炸飛；傳統塊狀磷酸鐵鋰電池在被穿刺后無明火，有煙，表面溫度達到了200℃~400℃，電池表面的雞蛋被高溫烤焦；比亞迪“刀片電池”在穿透后無明火，無煙，電池表面的溫度僅有30-60℃左右，電池表面的雞蛋無變化，仍處于可流動的液體狀態。這一結果足以證明“刀片電池”徹底擺脫了傳統動力電池可能會發生的“熱失控”的噩夢，其安全性具有無可比擬的優勢。

來自比亞迪儲能及新型電池事業部（以下簡稱“比亞迪儲能”）的消息顯示，2023年3月13日，比亞迪儲能中標中國電建新疆阜康市60萬千瓦光伏+60萬千瓦時儲能項目。據悉，中電建（阜康）新能源有限公司新疆阜康市60萬千瓦光伏+60萬千瓦時儲能項目場址位于新疆維吾爾自治區昌吉回族自治州阜康市境內，總占地面積約20201畝。該項目磷酸鐵電池儲能系統采購規模為150MW/600MWh，招標范圍為儲能系統（儲能電池采用磷酸鐵電池）所需全套設備的供貨，包括磷酸鐵理電池、儲能雙向變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）等。比亞迪全球儲能及新型電池事業部總經理尹小強：2023年開始國內儲能市場大爆發，比亞迪有 絕對實力/必要 做引領者：1. “電池本身做結構件”思路（利用刀片本身超級強度）用到 儲能電池上；可大量節約非電池部分的成本；2.比亞迪儲能 魔方 CUBE 度電成本比現有產品 低 約 30%；3. 安全+成本比亞迪都占優勢完全不擔心被趕超因為自身技術也在一直顛覆23年底到24年 會有 基于魔方 CUBE的全新一代儲能產品。

比亞迪新品魔方將引領全球能源加速轉型。比亞迪儲能，15年行業沉淀，探索求真；一朝回歸，厚積薄發。比亞迪全球儲能及新型電池事業部總經理尹小強表示，將攜搭載刀片電池的集大成者“比亞迪魔方”引領全球能源加速轉型，以科技創新助力實現“雙碳”！