阅读说明：本技术 一种家庭光伏储能系统的容量配置方法 (Capacity configuration method for household photovoltaic energy storage system ) 是由 蒋建彗 倪志春 魏青竹 陈成锦 蔡霞 柯坡 陆文华 曹海波 余嫦 吴镇 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种家庭光伏储能系统的容量配置方法,为不同条件的用户提供家庭光伏储能系统方案指导。一种家庭光伏储能系统的容量配置方法,包括如下步骤：A、根据当地居民电价政策选择运行模式,所述运行模式包括通用模式和经济模式；若当地居民电价政策无峰谷电价时,选择所述通用模式；若当地居民电价政策有峰谷电价时,选择所述经济模式；B、获取家庭用户的日用电量及日用电规律；C、依据家庭用户的需求及所选择的运行模式设计方案,所述方案包括光伏容量及储能电池容量。(The invention discloses a capacity configuration method of a household photovoltaic energy storage system, which provides scheme guidance of the household photovoltaic energy storage system for users under different conditions. A capacity configuration method of a household photovoltaic energy storage system comprises the following steps: A. selecting an operation mode according to a local resident electricity price policy, wherein the operation mode comprises a general mode and an economic mode; if the local resident electricity price policy has no peak-valley electricity price, selecting the general mode; if the local resident electricity price policy has peak-valley electricity prices, selecting the economic mode; B. acquiring daily electricity consumption and daily electricity consumption rules of a household user; C. and designing a scheme according to the requirements of the household user and the selected operation mode, wherein the scheme comprises photovoltaic capacity and energy storage battery capacity.)

一种家庭光伏储能系统的容量配置方法

技术领域

本发明属于光伏领域，涉及一种家庭光伏储能系统的容量配置方法。

背景技术

随着光伏行业的技术发展及国家补贴政策的变化，近几年光伏组件价格快速下降。组件价格的降低，使家庭光伏系统迎来春天，针对农村及别墅用户，光伏组件价格的降低从原来的高投入转为低投入高回收，同时2019年光伏新政针对家庭光伏系统补贴的单独划分，更大的刺激了家庭光伏市场。家庭光伏系统安装用户，可灵活选择“自发自用，余电上网”或全额上网模式，使经济收益最大化。

光伏行业价格降低的同时，行业纷纷讨论未来光伏的出路，最具说服力的是光伏与储能的结合是未来光伏的必经之路。且自2018年起，我国锂电池技术的提升导致电池成本的大幅下降，光伏与储能相结合以具有很好的经济性。目前，在光伏发展较快的德国、意大利等欧洲国家及居民电价较高的澳洲，家庭光伏储能系统近两年得到迅速发展，且上述国家也对家庭光伏储能系统各种优惠及补贴，极大地促进了家庭光伏储能系统的发展。我国当前虽然未有专门针对家庭光伏储能系统的相关政策，但是由于光伏+储能对电网起到提高电能质量、减少光伏系统对电网冲击、降低电网峰谷用电差值等优点，并可通过灵活调节储能系统的工作模式，使光伏+储能用户经济最大化及保障用户用电稳定性(电网断电时可使用储能系统为家庭常用电器供电，实现电气不断电)方面的优势，使光伏+储能系统具有很大的应用前景。

自2018年起，储能系统进入行业爆发期，仅2018年一年，装机容量迅速翻倍，促使动力电池企业及光伏企业纷纷布局储能方向。但由于储能刚刚兴起，各大厂家瞄准的主要市场是电网侧及用户侧储能系统，但未对家庭光伏储能系统做进一步的布局。由于目前家庭光伏储能系统市场较小，未有针对家庭光伏储能系统的规范设计方案及明确的经济性分析。家庭光伏储能系统虽然当用户装机容量较小，但由于用户群更广、安装施工简单等优点，随着储能成本降低，必然会在未来的储能市场占据一席之地。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种专门针对家庭光伏储能系统不同工作模式、不同盈利方式条件下的容量配置方法，为不同条件的用户提供家庭光伏储能系统方案指导。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种家庭光伏储能系统的容量配置方法，包括如下步骤：

A、根据当地居民电价政策选择运行模式，所述运行模式包括通用模式和经济模式；若当地居民电价政策无峰谷电价时，选择所述通用模式；若当地居民电价政策有峰谷电价时，选择所述经济模式；

B、获取家庭用户的日用电量及日用电规律；

C、依据家庭用户的用电量及用电规律需求及选择的运行模式设计方案，所述方案包括光伏容量及储能电池容量。

优选地，当所述运行模式为通用模式时，所述步骤C中的光伏容量W满足：

其中，P为家庭用户的日用电量，PR为家庭光伏储能系统的直流端到交流端的系统转换效率，h为日平均峰值日照小时数；

所述步骤C中的储能电池容量V满足：

其中，P_夜为家庭用户夜间用电量，ω为电池放电效率，μ为电池能量转换效率，ε为电池放电深度。

优选地，当所述运行模式为经济模式时，所述步骤C中的光伏容量W满足：

其中，P为家庭用户的日用电量，V为储能电池容量，PR为家庭光伏储能系统的直流端到交流端的系统转换效率，h为日平均峰值日照小时数；

所述步骤C中的储能电池容量V满足：

其中，P_夜为家庭用户夜间用电量，ω为电池放电效率，μ为电池能量转换效率，ε为电池放电深度。

优选地，所述运行模式还包括离网模式，若当地为偏远地区，则选择所述离网模式。

更优选地，当所述运行模式为离网模式时，所述步骤C中的光伏容量W满足：

其中，P为家庭用户的日用电量，d为当地连续阴雨天数，PR为家庭光伏储能系统的直流端到交流端的系统转换效率，h为日平均峰值日照小时数，t为蓄电池需充电天数；

所述步骤C中的储能电池容量V满足：

其中，ω为电池放电效率，μ为电池能量转换效率，ε为电池放电深度。

优选地，所述步骤C中，依据家庭用户的不同用电量及用电规律需求及所选择的运行模式，设计多种所述方案待选(具体设计主要是光伏容量及电池容量设计，设计方法依据上述步骤C中的描述)；

所述容量配置方法还包括如下步骤：

D、对各所述方案分别进行投资收益分析，选择经济性最佳的方案，按照所选方案配置家庭光伏储能系统的光伏容量和储能电池容量。

优选地，所述步骤D具体包括：

计算所选择的运行模式下的各方案收益C；

获取家庭并网光储能系统的总成本投资C_投；

根据收益C和总投资成本C投计算各方案的寿命周期内总收益C_total；

计算项目回收周期及内部收益率，选择经济最优方案。

进一步地，所述收益C为月收益，所述寿命周期内总收益C_total＝12*C*n-C_投，其中，n为项目寿命周期。

进一步地，所述通用模式下的收益C依据下式计算：

C＝Q1*(E1+S)+Q2*(E2+S)+Q3*(E3+S)+Q*(E+S)

其中，E1为第一阶梯电价，E2为第二阶梯电价，E3为第三阶梯电价，Q1为第一阶梯光伏自用电量，Q2为第二阶梯光伏自用电量，Q3为第三阶梯光伏自用电量，S为光伏电价补贴， Q为多余上网电量，E为当地脱硫煤电价。

进一步地，所述经济模式下的收益C依据下式计算：

C＝Q1*(E1+S)+Q2*(E2+S)+Q3*(E3+S)+V*(P_峰-P_谷)+Q*(E+S)

其中，E1为第一阶梯电价，E2为第二阶梯电价，E3为第三阶梯电价，Q1为第一阶梯光伏自用电量，Q2为第二阶梯光伏自用电量，Q3为第三阶梯光伏自用电量，S为光伏电价补贴， Q为多余上网电量，E为当地脱硫煤电价，P_峰表示峰谷电价中的峰值电价，P_谷表示峰谷电价中的谷值电价。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的容量配置方法是一种专门针对家庭光伏储能系统不同工作模式、不同盈利方式条件下的容量配置方案及经济性分析分析方法，能够为不同条件的用户提供最佳的家庭光伏储能系统方案指导及预期的经济性测算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种家庭光伏储能系统的示意图；

图2为实施例的一种家庭光伏储能系统的容量配置流程图；

图3为实施例的一种家庭光伏储能系统的经济性分析流程图。

其中，

1、光伏阵列；2、光伏控制器；3、双向充电器；4、储能电池；5、双向逆变器；6、负载；7、双向电表；8、电网；9、电力控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，家庭光伏储能系统包括光伏阵列1、光伏控制器2、双向充电器3、储能电池4、双向逆变器5、负载6、双向电表7以及电力控制系统9，其中光伏阵列1产生的电流可以通过光伏控制器2后经双向充电器3给储能电池4充电；还可以通过光伏控制器2后经双向逆变器5处理后供给负载6；还可以通过光伏控制器2后经双向逆变器5、双向电表7 供给到电网8，进行并网。电力控制系统9分别和光伏控制器2、双向充电器3及双向逆变器 5电连，以控制其通断。该家庭光伏储能系统中的光伏容量＜100kW，储能容量＜50kW·h。本实施例提供一种针对图1所示的家庭光伏储能系统的容量配置方法，家庭光伏储能系统的运行模式包括通用模式、经济模式以及离网模式。

当家庭光伏储能系统以通用模式运行时，家庭光伏储能系统的工作顺序是“负载优先，电池次之，余电上网”。即若家庭光伏储能系统中有负载工作时，光伏组件发电量优先供给负载使用，若光伏发电<负载功率，则需要储能电池供给(负载功率-光伏发电)的电量给负载使用，若电池没有多余电量需要由电网提供(负载功率-光伏发电)的电量给负载使用；若光伏发电>负载功率，则会有(光伏发电-负载功率)的多余电量优先供给电池，为电池进行充电，若电池电量已满，此时多余电量会供给电网，即余电上网模式。

当家庭光伏储能系统以经济模式运行时，工作原理是“谷值电价时充电，峰值电价时放电”。具体是：针对具有峰谷电价的部分国家或地区，可对光伏储能系统进行充放电时间设置，当处于电价谷时，系统从电网调电为储能电池充电，当处于电价峰时，系统从储能电池放电供负载使用或进行上网，该模式不仅可完美利用峰谷价差进行经济最大化盈利，同时对电网具有削峰填谷的作用，优化电网供电稳定性。该模式的前提的当地居民电价具有峰谷电价，并且峰谷价差越大，该模式的经济性越好，因此经济收益与不同国家或地区的电价政策密切相关。

当家庭光伏储能系统以离网模式运行时，该模式主要是针对偏远及海岛等与大电网隔绝的地区，因此该模式的使用具有一定的局限性，且其容量配置主要依据当地用电情况及连续阴雨天数。系统设计时需要满足离网用户的日常用电需求，所有用电量均有光伏系统提供，若光伏系统电量>负载用电，则多余电量为储能电池充电，若电池满电，则多余电量便会浪费，因此设计最佳的容量是本模式的重中之重。

如图2所示，本实施例的家庭光伏储能系统的容量配置方法包括如下步骤：

1、搜集项目地点、当地居民电价政策(是否执行峰谷电价、电价差是多少、是否执行阶梯电价)，依据项目地点用专业软件计算出地日平均峰值日照小时数h，便于后面计算光伏发电量。依据当地居民电价政策选择采用何种运行模式，选择原则为：若当地无峰谷电价是，选择用通用模式；若当地具有明显的峰谷电价则选择经济模式；若当地为偏远地区，则只能选择离网模式进行设计。

2、调查家庭用户的用电情况及规律，主要包括日用电量P，日用电规律等基本信息的日负荷功率曲线，依据日用电量进行光伏及储能系统容量设计，设计原则为：考虑系统转换效率的前提下，能够保证光伏发电满足用户用电需求。同时需结合不同的运行模式进行光伏及储能容量设置。

3、依据上述调研结果，依据不同运行模式分别设计光伏及储能电池容量。

3-1、通用模式容量设计

首先进行光伏容量设计，光伏容量W最少应当满足：

其中PR值是光伏与储能系统直流端到交流端的系统转换效率，该值的经验值选取范围为80％～85％。P为日用电量，h为软件模拟计算得出的日平均峰值日照小时数。

再进行储能电池容量V设计，电池容量需满足：

式中，P_夜为家庭用户夜间用电量，ω为电池放电效率(双向充电器工作效率)，μ为电池能量转换效率(电池放出电量/电池充入电量)，ε为电池放电深度(电池放电量与电池额定容量的百分比)。

3-2、经济模式容量设计

当项目地居民电价有峰谷电价时，可考虑使用经济模式，最后对经济模式和通用模式经济性对比分析，选择更优方案。一般而言，峰谷电价差越大，其经济性越好，越推荐使用经济模式。

首先进行光伏容量设计，光伏容量W最少应当满足：

式中各标识含义与上述一致。

再进行储能电池容量V设计，电池容量需满足：

式中，P_夜为用户用电电量，其他含义与上述一致。

上式中采用范围而不是“＝”主要是因为上式是针对家庭光伏系统不同模式下需达到的最基本要求，依据项目特点及客户要求，会有一定的变化。

3-3、离网模式容量设计

若项目地仅支持离网模式时，需要依据项目特点进行离网系统设计，离网项目光伏系统容量设计应满足：

式中，d为当地连续阴雨天数，h为软件模拟计算得出的日平均峰值日照小时数，t为蓄电池需充电天数。

储能电池容量V设计，电池容量需满足：

4、依据不同项目地及客户要求，选择合适的运行模式，并按照相关公式计算出几种方案待选。

5、通过对几种不同规模方案(由于每个用户用电量及用电规律曲线不一致，且计划投资数量多样性，需要结合不同客户实际需求设计几种不同容量方案，各方案主要差异是光伏及储能电池容量不同，方便客户结合实际用电及投资情况进行选择，方案设计同时针对各方案为客户提供投资收益分析，供客户参考选择)进行投资收益分析，选择经济性最佳的方案。其中项目投资可按照市场价进行项目预估，收益分析需针对不同项目地及不同居民用电要求进行计算收益、回收年限和内部收益率等基本信息，选择最佳、最经济的方案。

参照图3所示，本实施例的经济性分析的具体步骤如下：

1、家庭光伏储能系统的收益受当地电价政策及系统工作模式影响，系统收益计算需依据具体工作模式分析。

1-2、通用模式月收益计算：

C＝Q1*(E1+S)+Q2*(E2+S)+Q3*(E3+S)+Q*(E+S)

上式中，C为收益，E1为第一阶梯电价，E2为第二阶梯电价，E3为第三阶梯电价，Q1为第一阶梯光伏自用电量，Q2为第二阶梯光伏自用电量，Q3为第三阶梯光伏自用电量，S 为光伏电价补贴，Q为多余上网电量，E为当地脱硫煤电价。

上式中考虑阶梯电价因素进行收益计算，若用户用电量仅达到第二阶梯，那么Q3数值为0，并不影响计算结果。同时本计算未考虑峰谷价差。

1-2、经济模式月收益计算：

CQ1*(E1+S)+Q2*(E2+S)+Q3*(E3+S)+V*(P_峰-P_谷)+Q*(E+S)

式中，P_峰表示峰谷电价中的峰值电价，P_谷表示峰谷电价中的谷值电价。

在本式计算中，综合考虑峰谷电价差及阶梯电价因素，提供详细及收益计算方法。

2、完成项目总成本投资C_投信息收集计算。

3、计算寿命周期内总收益C_total：

C_total＝12*C*n-C_投

式中n为项目寿命周期。

4、通过上述因素，最终计算项目回收周期及内部收益率，针对不同方案选择经济最优方案，按照所选择的经济最优方案配置光伏容量和储能电池容量。

项目回收期计算方法：即当项目总成本投资C_投＝寿命周期内总收益C_total时所需要的时间。

内部收益率：内部收益率(Internal Rate ofReturn(IRR))，就是资金流入现值总额与资金流出现值总额相等、净现值等于零时的折现率，是一种财务信息，计算方法如下：

IRR＝a+[NPV_a/(NPV_a-NPV_b)]*(b-a)

其中：a、b为折现率，a>b；NPV_a为折现率为a时，所计算得出的净现值，一定为正数NPV_b为折现率为b时，所计算得出的净现值，一定为负数。

上述容量配置方法中，1、通过分析对家庭光伏储能系统的光伏及储能容量配置依据不同的工作模式给出一致的计算方法；2、依据不同运行模式，给出各模式下的经济计算方法，计算中详细考虑了峰谷电价和阶梯电价的影响因素，给出了通用的计算公式。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。