汤建成
上海正泰电源系统有限公司 上海市 201600
摘要：在贯彻落实国家关于碳达峰、碳中和的相关政策下，以及助力能源结构转型升级的背景下，我国新能源的发展取得了举世瞩目的成就。与此同时随着光伏等新能源发电容量的不断增加，新能源发电的间歇性、不稳定性引起电网系统内功率波动较大的现象对电网来说有很大影响。因此新能源发电项目配套一定容量的储能，能够极大的缓解新能源发电间歇性和不稳定的现状，储能系统可以为电网提供快速的能量缓冲，从而使电网的电压和频率保持稳定，所以储能技术在电网中发挥的作用也日益凸显。
关键词：新能源、光伏、储能、户用光伏储能系统
引言
步入二十一世纪，随着全球能源问题日益突出，人们对清洁能源的需求越来越高。近年来随着光伏储能系统成本逐步降低，技术更新迭代速度不断加快，光伏+储能在这样的趋势下得到了迅速的发展。另一方面，在科学技术飞速发展的今天，我国电力系统中也接入了一定比例的光伏等新能源，有效缓解了部分地区用电紧张情况，减少了环境污染，同时助力当地可持续发展。但是由于光伏等新能源发电的间歇性、不稳定性，不能很好地满足用户用电需求，而光伏配套储能在这样的大环境下得到了迅速发展，其中尤其以户用光伏储能系统日益呈现出爆发式的发展。
一、光伏储能的概述
光伏是一种利用太阳能电池半导体材料的光生伏特效应，将太阳光的辐射转换为电能的新型发电系统，有并网运行和独立运行两种运行方式。其中并网运行光伏发电系统指接入电网且接受电网调度的光伏系统，而独立运行光伏发电系统是指独立于电网存在的光伏发电系统。至于光伏储能系统是指光伏发出的电以蓄电池作为储能装置的光伏系统。光伏储能主要有并网型光伏储能系统、独立型光伏储能系统。并网型光伏储能系统优势在于白天、黑夜都能应用光伏电量；独立型光伏储能系统指不接入电网中而独立运行的系统，相比并网型系统，其光伏输出功率与负载的消纳不在同一时间段内，只要有阳光的地方就能安装，更加便捷实用。
二、户用光伏储能系统的应用场景及常用功能分析
户用光伏储能系统包括光伏组件、支架、光储逆变器、EMS系统、电池、电缆、配电柜等。在设计户用光伏储能系统时，其中核心电力转换设备为光储逆变器，因此逆变器的一些功能对实际系统应用影响较大。
（一）不平衡输出功能
在像德国、奥地利等家庭用电三相入户的应用场景，或是商场、停车场、车站等工商业应用场景中，三相光伏储能系统通常是最好的选择。但是要为系统中的单相负载供电，需要在每一相上输送不同大小的电能。在防逆流的场景下，如果上行功率控制是逐相的，那么不平衡输出功能将至关重要，因为每一相上的上行功率会被分别限制。因此要求逆变器能够根据每相的负载消耗输出不同的功率。为实现不平衡输出，需要采用带CT功能的智能电表来监测每相实时运行的负载消耗，以便逆变器相应地调整每相的输出功率。
（二）停电无缝切换
离网输出能力或备用电源能力是光伏储能系统的重要功能。特别是公共电网供电不稳定或重要家庭负荷需要不间断电源供应的情况。在这种情况下，储能逆变器应具备离网输出能力和从并网状态自动切换到离网输出状态的能力。无缝切换能力通常是通过集成的旁路电路而不是外部开关或继电器来实现的，因为很难同步光储系统和外部设备之间的运行。
（三）远程控制
光伏系统需要长期且持续的运维服务。现如今十年的保修在世界范围内很普遍，因此，便捷的运维解决方案在储能逆变器系统中非常重要。远程控制功能可以大大减少现场售后服务的时间成本和服务本身的费用。远程控制功能通常包含：获取系统的操作日志以进行必要的分析；远程升级储能逆变器固件版本；配置如工作模式、功率限制等系统设置；通过逆变器来远程升级电池的BMS。
（四）协议匹配
一般来说光伏储能系统是集合了包括电池、光伏组件、逆变器、支架、电表、控制系统等整个光储体系中所有设备的组合系统。在一个完整的光伏储能系统中，系统可能还需要其他部件来实现智能能源管理，包括如EMS控制器、多功能智能电表、热控制器、泵控制器等，以最终实现光伏自用率最大化或者特定的负载控制。
随着储能行业的发展，储能系统可能需要升级。这意味着储能逆变器应与通用协议兼容，例如Modbus TCP，Modbus RTU，SUNSPEC等。此外，逆变器最好具备易拓展性以便在未来与其他协议兼容。
三、户用光伏储能市场发展趋势浅析
（一）系统化和一体化
传统西方家储品牌重视解决方案和配置的灵活性，我们现在能看到的西方品牌家储解决方案相对比较复杂。但是由于西方发达国家人工成本的增加，软成本在整个系统成本中所占的比例普遍超过50%。所以目前全球主要家储市场如美国、德国、日本等，对安装成本的控制也越来越重视。反映在设备端，就体现出功能集成集体化的趋势，包括光伏控制功能，电池充放电控制功能， 离网供电功能， Bypass切换功能等。另外， 光伏+储能一体机器的模式也越来越流行。
（二）能源管理模式
光伏是一种具有季节性、不稳定性和不平衡性的新型能源。光伏能源的这些特性就决定了其在能源供应链中很难实现供需的平衡，特别在户用和工商业模式中，这种冲突是比较明显的。另外，光伏能源的不稳定性也对整个电网系统的稳定性造成一定的冲击。因而，提高自用率、保证电网的稳定性等是在光伏系统应用中必须克服的问题。
能源管理模式的引入可以更好的结合储能的优势，最大化提高光伏能源的自发自用。同时，能源管理系统可以通过控制电池的充放电对电网频率有一定的调节作用。
（三）多能互补模式
现在，适合普通应用的传统能源或新能源类型很多，优势及劣势各不相同。例如，传统能源污染大且不可持续，但是稳定性高，短期发电成本较低。新能源清洁可持续，长期用电成本较低，但是稳定性较差。而用电端的需求往往是同时追求稳定性和经济性，也承担环境指标。这种情况下，多种能源的互补便成为一种较为普遍的能源解决方案。例如园区微电网系统、VPP系统等，以及在偏远地区、海岛上新能源+柴油发电机+电池的微电网系统。
（四）电网友好型思路
光伏等新能源在并入电网系统的时候会对大电网系统造成一定的冲击，影响电网电能质量。在很多地区，对新能源的并网都有较为严格的限制，如防逆流、过欠频调节、过欠压调节等要求。例如澳大利亚的FCAS、DRED调节，德国的RCR调节等都是此类方案，而且近年来对户用光伏储能的系统要求也越来越高。
四、结束语
综上所述，光伏+储能技术的出现与应用是时代发展的必然趋势，同时是国家战略性新兴产业发展的有力支撑。我国水电、风电、光伏等新能源产业在全球都具有很大的竞争优势，配套储能的发展，对于相关行业和从业者将会是一个很大的发展机遇。与此同时，也对光伏储能系统方案提出了更高的要求，要加强光储系统的技术研发、创新工作。在实际应用层面，对系统设计、产品选型、系统应用模式等方面做到优化，不断提高系统效率及系统安全稳定性，从而更好的服务于智慧能源的发展。