太阳能电池储存是如何工作的?

该系统可帮助用户扩展其太阳能选择并省钱。

车库与储能电池和电动车充电器,与太阳能电池板在背景中。"class=
Solar Plus存储可以在电网上制作一个更依赖的家庭。

Petmal /盖蒂图片社

太阳能电池储能(俗称太阳能+储能)是一个蓬勃发展的行业。当将太阳能电池板与电池存储配对时,房主可以存储他们的太阳能电池板产生的多余电力,以便扩大他们如何使用太阳能的选择,以及他们如何从中获利。太阳能电池的储存可以减少他们对电网的依赖(或者在紧急情况下完全不依赖),从而潜在地降低他们的成本,甚至补充他们的收入。

太阳能储存的兴起

由于气候变化增加了极端天气的频率和效力,因此对房主更加重要,它们正在转向太阳能+储存以获取帮助。

2021年2月,德克萨斯州和东南部部分地区断电时,一位房主分享了他是如何保持冰箱运转、暖气和灯都亮着的,因为他的屋顶上有太阳能电池板,车库里有电池存储系统。在停电期间和之后,人们对太阳能和电池存储系统的兴趣增加了一倍多。

近年来,灾难性的野火和停电导致加州和澳大利亚的居民电池容量激增。气候驱动的极端热量也继续威胁到能源系统的中断,更多的消费者在电力线路电力线路容量有限的时间内达到空调。

通过折射价格和政府激励措施,对太阳能+储存的推动也加速了。锂离子电池价格在2010年至2019年间下降了87%,主要由电动汽车生产的增加而导致。联邦投资税收抵免因为如果使用太阳能系统充电(而不是直接从电网充电),可再生能源可以应用于电池。加州、马萨诸塞州和纽约也提供奖励,鼓励房主在安装太阳能电池板的同时安装电池。在火灾多发地区,加州的自我激励计划几乎整个电池安装支付。

房主并不是唯一意识到太阳能+存储的好处的人。洛杉矶水电局(Los Angeles Department of Water and Power)等公用事业公司一直将公用事业规模的太阳能项目与高容量电池捆绑在一起,价格远低于化石燃料发电厂。到2020年底,所有新的公用事业规模的太阳能项目中,三分之一的容量都与电池存储配套。在加州,这一比例接近三分之二。

太阳能是如何储存在电池里的

带电池备份的太阳能电池板系统示意图。"class=

ser_igor /盖蒂图片社

将电池与太阳能板配对,消除了太阳能广泛应用的最大挑战:它的可变性。此外,一天中电力需求最高的时间通常也在太阳落山的时候。太阳能电池板在中午生产效率最高,此时电力需求较低。

大多数太阳能系统的所有者将电网作为他们的电池:当他们生产的电量大于消耗的电量时,他们的电池板将多余的电量输送到电网。在大多数州,他们的公用事业公司通过一个净计量程序。然后,当房主消费的电量超过他们生产的电量时,该信贷将用于支付多余的电量。

当太阳能电池板与电池存储集成时,它们可以将产生的电力发送到房屋,发送到电网,或发送到电池存储设备。这个过程包括一个或多个逆变器,它们将电流从交流电(AC)转换为直流电(DC),或者反过来。

对于新安装,在太阳能电池板与电池同时安装时,只需要一个逆变器 - 将来自太阳能电池板的直流电力转换为在房屋中使用,以将其发送到网格,两者都运行关于AC。电池直接从太阳能电池板储存在DC中的能量。对于已经具有太阳能电池板但正在添加存储的房屋,系统已经有一个逆变器将DC电力转换为AC,因此需要第二个逆变器将AC转回DC,以便它可以存储在电池中过程效率较低。

太阳能电池的类型

锂离子电池在太阳能存储行业占据主导地位,在美国提供了超过90%的公用事业规模的存储容量。对于住宅储存,铅酸电池具有低成本,可再循环性和长的保质期的优点,几乎没有需要维护,但它们很重,收费更长。锂离子电池更快地充电,可以每种质量持有更多的能量,使其成为当今大多数家庭太阳能储存系统的首选,根据太阳能行业协会

考虑到他们的循环生活,性能和成本,由美国能源部分析显示了具有最高成本效益的锂离子电池,这将在未来几年增长,因为该技术持续成熟,价格下降。剩下的10%的公用事业级储能选项样式泵送储存水电,流动电池,硫磺电池,熔盐,飞轮和压缩空气超出了房主的规模。

其他几种电池特性还确定了太阳能+存储系统的成本效益和有用性。

实力和能力

两个相似的公制单位——千瓦和千瓦时——分别是电池功率和容量的测量值。一千瓦是电池在任何时候都能提供的电量,而一千瓦小时是电池能存储的总能量。美国家庭平均每天消耗30多千瓦时美国能源情报署,而电池系统通常低于这一水平。

往返效率

往返效率是测量在电池中传递和储存电子中的能量减少了多少能量。损失通常约为5%。

电池寿命

电池的寿命是通过充电和放电的循环次数来衡量的。最终,电池会随着时间的推移而退化,失去保持相同电量水平的能力。

使用太阳能电池存储系统能省钱吗?

从历史上看,在停电的情况下,柴油发电机已被用作备用能源。柴油发电机可以有一个2000 - 6000美元购买价格,主要取决于其功率输出。增加了安装和燃料成本,该数字可以增加到10,000美元到20,000美元之间。如果房主很幸运,大部分购买价格的柴油发电机都会仅购买和平,并且不会使用发电机。

虽然太阳能+存储系统的前期成本要高得多(取决于系统的规模),但投资回报更大。一个太阳能电池可以买到更多的安心:它可以节省房主的钱和产生收入。

不同的电力供应商有不同的收费结构:有些按消耗的千瓦时收费;另一些则向高需求的客户收取剩余费用;还有一些公司有分时用电计划,在非高峰时段用电更便宜。太阳能+存储系统可以通过减少对电网电力的需求(包括在高需求时期),或者在电网电力最便宜时存储能源,在电网电力最昂贵时使用电池来利用这些费率结构。

考虑到这些因素,落基山研究所(RMI)的一项分析发现,对于收费高的商业和工业客户来说,太阳能+存储可以节省成本。对于住宅客户来说,早期(2015)RMI学习预测,在美国的许多地方,太阳能+储存系统将在2025年至2030年的成本效益。然而,随着太阳能系统和锂离子电池的成本继续大幅下降,住宅客户的成本效益变化比任何人预期的都要快。

虚拟电厂

什么是虚拟发电厂?

虚拟电厂(VPP)是一项旨在节省住宅太阳能客户的新兴技术。个人房主能够实际上(但不是物理)连接他们的太阳能电池,以便将能源和电网服务销售给他们的电力效用。

公用事业公司不仅必须始终拥有足够的电力供应来完美满足客户的需求;它们还必须确保流过其电线的电力以稳定的功率和频率流动。

当供需不匹配或电源浪涌或液滴时,频率被抛出并损坏电气系统。在传统的电网系统中,转动化石燃料的电厂打开和关闭以平衡供需,价格昂贵且缓慢,同时保持它们作为储备耗尽的钱。yabo彩票

2021年4月,加州95%的电力来自可再生资源。随着越来越多的可再生能源向电网供电,过多的风能或太阳能会导致公用事业公司关闭可用的清洁、低成本的可再生能源。否则,他们将面临停电的风险。

在虚拟发电厂中,电池能够吸收可能被削减的多余电力,并在需要时几乎立即提供额外的电力。这意味着公用事业公司可以降低天然气工厂的运营成本,并将节省下来的部分费用转嫁给VPP的成员。

VPPS听起来像是未来的东西,但他们已经存在,刺激订购2222联邦能源管理委员会允许零售客户参与能源市场。在犹他州盐湖城外,一个太阳能+储能住宅社区与当地公用事业公司一起运营一个VPP。Tesla Powerwalls的业主是东北国家网格或魔兽源公司的客户可以加入连接的解决方案然后每年赚1000美元。特斯拉还在英国和澳大利亚运营电动汽车,虽然领先的太阳能安装人员Sunrun为夏威夷的太阳能+存储客户有VPP程序和加利福尼亚州。随着越来越多的副总经理的出现,太阳能+存储的成本节约增加。

太阳能电池储存可以带你离网吗?

在最近的野火中,拥有屋顶太阳能系统的加州居民惊讶地发现,当电网停电时,他们的太阳能系统也停电了。如果房主的太阳能系统与网格绑定,出于安全考虑,太阳系也会下降——否则,进入电网的电力将危及正在维修的输电线工人。

相比之下,许多太阳能+存储系统可以自动断开电网,允许房主从太阳能电池板或电池本身继续绘制电源。虽然大多数太阳能+存储系统没有设计用于完全切断与网格的连接器的连接,但它们确实提供了独立于网格行动的能力,以便单独或集体作为微电网。

什么是微电网?

微电网是一组能源生产者和消费者组成的网络,它们通常与公用事业公司的电网相连,但当电网停电时,它们也可以“孤岛”起来独立行动。

当殖民输油管道(Colonial Pipeline)在2021年5月遭受网络攻击并切断了对东海岸大部分地区的燃料供应时,这让电网运营商不寒而栗。虽然北美电力可靠性公司已经强制了电网的网络安全标准,但网格并非无懈可击。一条网络攻击在2019年3月,在美国西部的未命名效用。

从网络攻击,自然灾害或其他紧急情况下停工的一个防守是微耕地的创造。一方面,公用事业公司对太阳能+存储系统的运行较少,使其可能是可能的更多的易受网络攻击。

另一方面,与集中的能量网格相比,单一网络钓鱼攻击可能导致广泛的停电并要求支付数百万美元的赎金,以将系统恢复正常,为黑客争取破坏太阳能+等分布式能源资源的奖励存储较小,损坏更加局部。

在美国,1,639名微电网截至2020年9月,为客户提供11千兆瓦的电力。微电网对加强医院或军事基地等关键资源特别有用。2019年,一个加利福尼亚州弗里蒙特市的消防站成为美国第一个安装太阳能+存储微电网。

你是否应该购买一个太阳能+存储套件?

与运营关键基础设施的企业、组织或公共服务相比,弹性对房主来说可能意味着不同的东西。从传统的成本效益分析来看,房主自己发电和使用电力的能力目前并不经济。像汽车保险或人寿保险一样,大多数人在投资得不到回报时是很幸运的。

然而,当在没有它的情况下造成的损坏的潜在成本时,太阳能+存储系统可以是一个有价值的投资。当在2021年德克萨斯州的电力出发时,记录寒冷的温度,货币损失占数以十亿美元- 近200人死亡。特别是在那些容易因极端天气或其他自然灾害而断电的地区,投资太阳能+存储的决定比以往任何时候都更有分量。

查看文章来源
  1. 德克萨斯州停电期间的太阳能和存储.”能源展示2021年3月17日。还有兰伯特,弗雷德。”Tesla PowerWalls和其他家用电池组在德克萨斯州停电中不仅仅是有用的.”electrek2021年2月18日。

  2. 木匠,斯科特。”随着德州人寻求从网格的自由,屋顶太阳能网站的交通飙升。《福布斯》2021年2月18日。

  3. 圣约翰,杰夫。”加州加大对易受野火影响家庭的电池激励.”Greentechmedia,2019年9月17日。

  4. 兰伯特,弗雷德。"澳大利亚断电后,特斯拉Powerwall的需求增长了30倍电子旅行,2016年10月13日。

  5. 路易斯大学。”为什么炎热的天气会导致停电?《科学日报》.2013年7月19日。

  6. Bloomberg Nef。”2020年电动汽车展望.”

  7. 美国能源部国家可再生能源实验室。”能源储存系统的联邦税收优惠.”

  8. 高德明,李建平,张建平,等。混合发电厂:安装和建议项目的状态.伯克利,加利福尼亚州:2020年劳伦斯伯克利国家实验室。

  9. 美国能源信息管理。”美国电池储存:市场趋势的更新”,2020年7月。

  10. Mongird等人。能源储存技术和成本描述报告.美国能源部,2019年7月。

  11. 彭,凡妮莎。”电池储能系统中使用的电池类型是什么?美国能源回收,2月19日,2021年。

  12. 谢伊,瑞恩和玛德琳·泰森。”认为分布式太阳能+存储不划算?再想想.”岩石山研究所,2020年1月6日。

  13. 布朗斯基,彼得等人。”负荷偏转的经济学.”岩石山研究所,2015年4月。

  14. 罗斯,萨米。”加州的可再生能源仅占95%。其他州也会加入进来吗?洛杉矶时报2021年4月29日。

  15. 施耐德,莱顿。"虚拟发电厂可能是脱碳的途径."ABC新闻2021年2月13日。

  16. 兰伯特,弗雷德。”通过国家电网的虚拟发电厂,特斯拉Powerwall车主现在每年可以赚到高达1000美元.”electrek2019年6月21日。

  17. 兰伯特,弗雷德。"特斯拉更新Powerwall更好的能源计划,虚拟发电厂集成等."electrek,5月24日,2021年。

  18. Misbrener,Kelsey。”Sunrun与夏威夷电力公司(Hawaiian Electric)达成了太阳能+存储虚拟发电厂的交易.”太阳能世界2019年9月4日。

  19. 孙国投资者关系。”Sunrun与南加州爱迪生公司签署虚拟发电厂协议,“2020年11月19日。

  20. 马丁,克里斯。”加利福尼亚人学习太阳能电池板不能在停电.”彭博,2019年10月10日。

  21. 李子,布拉德。”石油管道黑客攻击:能源系统网络安全风险增加.”纽约时报2021年5月13日。

  22. 迈,HJ。”NERC从Cyber​​Actack找到了对美国网格的首次远程黑客干扰.”效用潜水,2019年9月9日。

  23. 劳伦斯伯克利实验室,网格集成小组。”网络安全与电力系统稳定.”

  24. 领导者,杰瑞德。”微电网趋势突出了公用事业和政策制定者的作用.”智能电力联盟,2020年9月3日。

  25. 美国能源部国家可再生能源实验室。”评估太阳能和电池储能系统提供的弹性2018年1月,”。

  26. 伊万诺娃,伊丽娜。”德克萨斯州冬季风暴成本可能最高2000亿美元 - 超过Hurricanes Harvey和Ike。CBS新闻2021年2月25日。

  27. Despart, Zach, Alejandro Serrano和Stephanie Lamm。”分析显示近200人在德克萨斯州寒冷风暴和停电,几乎双倍官方数量.”休斯敦纪事报2021年4月2日。