太阳能电池如何储存?

太阳能电池储能(通常被称为太阳能+储能)是一个蓬勃发展的产业。当将太阳能电池板与电池存储相结合时，房主可以储存太阳能电池板产生的多余电力，以扩大他们使用太阳能的选择，以及如何从中获利。太阳能电池储存可以使他们减少对电网的依赖(或者，在紧急情况下，完全不依赖)，从而可能降低他们的成本，甚至补充他们的收入。

太阳能储存的兴起

随着气候变化增加了极端天气发生的频率和强度，对房主来说，适应能力变得越来越重要，他们开始求助于太阳能+储能。

2021年2月，当德克萨斯州和东南部部分地区停电时，一个房主分享了他是如何让他的冰箱一直运转，他的暖气和灯都是开着的，因为他的屋顶上有太阳能电池板，他的车库里有电池存储系统。对太阳能和电池存储系统感兴趣增加了一倍多在停电期间和之后。

近年来，灾难性的野火和停电导致了住宅电池储存的激增加州而且澳大利亚．气候导致的极端高温也继续威胁着能源系统，导致电力中断，因为越来越多的消费者在电线承载电力的能力越来越有限的时候打开了空调。

价格的暴跌和政府的激励措施也加速了太阳能+储能的发展。锂离子电池的价格在2010年至2020年期间下降了89%，主要是受电动汽车产量增加的影响。的联邦投资税收抵免如果使用太阳能系统充电(而不是直接从电网充电)，就可以将可再生能源应用到电池上。加州、马萨诸塞州和纽约州也为在安装太阳能电池板的同时安装电池的房主提供激励措施。在野火易发地区，加州的自我激励计划支付几乎全部的电池安装费用。

并不是只有房主意识到太阳能+储能的好处。洛杉矶水电局(Los Angeles Department of Water and Power)等公用事业部门一直在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工厂。到2020年底，三分之一的新公用事业规模的太阳能项目都配备了电池存储。在加州，这一比例接近三分之二。

太阳能如何储存在电池中

将电池与太阳能电池板配对，消除了太阳能广泛采用的最大挑战: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前后。太阳能电池板在中午发电量最高，此时电力需求较低。

大多数太阳能系统的用户把电网当做电池使用:当他们产生的电量超过消耗的电量时，他们的电池板就会把多余的电量送到电网。在大多数州，他们的公用事业公司给他们信用，通过一个多余的电力净计量程序。然后，当房主消耗的电量超过生产的电量时，信用额度就会被用于支付多余的电量。

当与电池存储集成时，太阳能电池板可以将它们产生的电力发送到房屋，输出到电网，或进入电池存储设备。这个过程的一部分涉及到一个或多个逆变器，它们将电流从交流电(AC)转换为直流电(DC)，或反之亦然。

对于新装置来说，当太阳能电池板和电池同时安装时，只需要一个逆变器——将来自太阳能电池板的直流电能转化为供室内使用的电能，并将其送入电网，两者都使用交流电。电池直接从太阳能电池板储存直流能量。对于已经安装了太阳能电池板但正在增加存储的房屋，系统已经有一个逆变器将直流电转换为交流电，因此需要第二个逆变器将交流电转换为直流电，以便将其存储在电池中，这是一个效率较低的过程。

太阳能电池的种类

锂离子电池主导着太阳能存储行业，提供了美国超过90%的公用事业规模的存储容量。对于住宅存储来说，铅酸电池具有成本低、可回收、保质期长、几乎不需要维护的优点，但它们很重，充电时间更长。锂离子电池充电速度更快，单位质量能储存更多的能量，使其成为当今大多数家庭太阳能存储系统的首选太阳能工业协会．

考虑到其循环寿命、性能和成本，美国能源部的分析显示，锂离子电池具有最高的成本效益，随着技术的不断成熟和价格的下降，这种效益在未来几年只会增长。其余10%的公用事业规模的储能选择，如抽水蓄能水力发电、流动电池、钠硫电池、熔盐、飞轮和压缩空气，都超出了家庭的规模。

其他几个电池特性也决定了太阳能+存储系统的成本效益和实用性。

实力和能力

两个看起来相似的指标——千瓦和千瓦时——分别是电池的功率和容量的测量。一千瓦是电池在任何时间可以提供的电量，而一千瓦时是电池可以存储的总能量。根据美国能源情报署(U.S. Energy Information Administration)的数据，美国家庭平均每天的耗电量略高于30千瓦时，而电池系统的耗电量一般低于30千瓦时。

往返效率

往返效率是衡量电子进出电池的传输和储存过程中损失的能量。损失通常在5%左右。

电池寿命

电池寿命是通过充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，失去保持相同电量的能力。

用太阳能电池储存系统能省钱吗?

从历史上看，柴油发电机一直被用作停电时的备用能源。柴油发电机可以有一个2000 - 6000美元购买价格，主要取决于它们的功率输出。加上安装和燃料成本，这个数字可能会上升到1万到2万美元之间。如果房主足够幸运，购买柴油发电机的大部分价格只会换来安心，发电机永远都不用用。

虽然太阳能+存储系统的前期成本明显更高，取决于系统的大小，但投资回报更大。一个与太阳能相关的电池备份可以买到的不仅仅是心灵的安宁:它可以为房主节省金钱并产生收入。

不同的电力供应商有不同的费率结构:有的按千瓦时的消耗收取统一的费率;其他公司则向高需求客户收取超额费用;还有一些国家实行分时使用计划，在非高峰时段用电更便宜。太阳能+存储系统可以利用这些价格结构中的任何一种，通过减少对电网电力的需求，包括在高需求时期，或从电网储存能源最便宜的时候，在电网电力最昂贵的时候使用电池。

考虑到这些因素，落基山研究所(RMI)的一项分析发现，对于需求较高的商业和工业客户，太阳能+存储可以节省成本。对于住宅客户，RMI早前(2015年)的一项研究预测，到2025年到2030年，在美国的许多地区，太阳能+存储系统将是划算的。然而，随着太阳能系统和锂离子电池的成本持续下降，住宅客户的成本效益方程的变化速度比任何人预期的都要快。

虚拟电厂

公用事业公司不仅必须始终有充足的电力供应，以完美满足客户的需求;他们还必须确保通过电线的电流以稳定的功率和频率流动。

当供给和需求不匹配，或当功率激增或下降时，频率被抛出，并可能损坏电力系统。在传统电网系统中，以化石燃料为基础的发电厂的开关来平衡供需既昂贵又缓慢，而让它们作为储备运行又浪费钱。

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提供电力，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，电池能够吸收多余的电力，而这些电力在其他情况下可能会被减少，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削减维持天然气厂运行的成本，并将节省下来的部分成本转嫁给VPP的成员。

vpp听起来像是未来才会出现的东西，但实际上它们已经存在了订购2222联邦能源管理委员会允许零售客户参与能源市场。在犹他州的盐湖城外，一个太阳能+存储住宅社区与当地公用事业公司运行VPP。的所有者特斯拉Powerwalls国家电网或东北地区everource公用事业公司的客户可以加入连接解决方案每年可获得1000美元的收入。特斯拉也在美国运营VPPs联合王国和澳大利亚而领先的太阳能安装商Sunrun为美国的太阳能+存储客户提供VPP项目夏威夷而且加州．随着越来越多的vpp的出现，太阳能+存储的成本节省也在增加。

太阳能电池能让你脱离电网吗?

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，当电网断电时，他们的太阳能系统也会断电。如果房主的太阳能系统与电网相连，出于安全考虑，太阳系也会下降-否则，输电网的电力将危及正在进行维修的电线工人。

相比之下，许多太阳能+存储系统可以自动断开与电网的连接，允许房主继续从他们的太阳能电池板或电池本身获取电力。虽然大多数太阳能+储能系统并没有被设计成完全切断房主与电网的连接，但它们确实能够在较短的时间内独立于电网运行，无论是单独运行还是作为微电网整体运行。

当殖民地输油管道被2021年5月遭到网络攻击切断了东海岸大部分地区的燃料供应，令电网运营商不寒而栗。虽然北美电力可靠性公司(North American Electricity Reliability Corporation)已强制实施电网的网络安全标准，但电网并非无懈可击。年，美国西部一家未具名公用事业公司因网络攻击而短暂关闭2019年3月这是第一次。

防止网络攻击、自然灾害或其他紧急情况导致的停机的一个方法是创建微电网。一方面，公用事业公司对太阳能+存储系统的操作控制较少，使它们有可能更多的容易受到网络攻击。

另一方面，在集中式能源电网中，一次网络钓鱼攻击就能造成大范围的电力中断，需要支付数百万美元的赎金才能使系统恢复正常，相比之下，黑客破坏太阳能+存储等分布式能源的回报更小，破坏也更局部。

在美国，截至2020年9月，有1639个微电网正在运行，为其客户提供超过110亿瓦的电力。微电网对于加强医院或军事基地等关键资源尤其有用。2019年,一个加利福尼亚州弗里蒙特的消防站成为美国第一个安装太阳能+储能微电网的公司。

你是否应该购买太阳能+储能套餐?

弹性对房主的意义可能与运营关键基础设施的企业、组织或公共服务不同。从传统的成本效益分析来看，房主自己发电和使用电力目前是不经济的。就像汽车保险或人寿保险一样，大多数人在投资没有得到回报时是幸运的。

然而，当考虑到没有它的潜在损害成本时，太阳能+存储系统是值得投资的。当德克萨斯州在2021年创纪录的低温期间停电时，经济损失是巨大的数千亿美元——近200人死亡．特别是在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+储能的决定比以往任何时候都更有分量。