住宅儲能逆變器頂級指南

儲能逆變器的類型 儲能逆變器技術路線：主要有直流耦合、交流耦合兩大路線 光伏儲能係統，包括組件、控制器、逆變器、家用鋰電池、負載等設備。目前，儲能逆變器主要有兩種技術路線：直流耦合和交流耦合。交流耦合或直流耦合是指太陽能板與儲能係統或電池系統的耦合或連接方式。太陽能電池板與電池之間的連接類型可以是交流或直流。大多數電子電路使用直流電，太陽能電池板產生直流電，電池儲存直流電，但大多數電器使用交流電。 混合太陽能係統+儲能係統 混合太陽能逆變器+儲能係統，其中光伏模組的直流電透過控制器儲存在家用鋰電池組，電網也可以透過雙向DC-AC變換器為電池充電。能量的匯聚點在直流電池側。白天，首先光伏電能供給負載，然後透過MPPT控制器為鋰電池充電，並將儲能係統連接到電網，將多餘的電能併入電網；夜間，電池放電給負載，不足的部分由電網補充；當電網斷電時，光伏電能和鋰電池僅供電給負載，電網端無法使用。當負載功率大於光電電能時，電網和光電能可以同時為負載供電。由於光電電能和負載功率都不穩定，因此依靠鋰電池來平衡系統能量。此外，系統也支援使用者設定充放電時間，以滿足使用者的用電需求。 直流耦合系統工作原理 混合逆變器整合離網功能，可提高充電效率。出於安全考慮，併網逆變器會在斷電期間自動切斷太陽能板系統的電源。而混合逆變器則允許使用者同時擁有離網和併網功能，即使在斷電期間也能供電。混合逆變器簡化了能源監控，允許透過逆變器面板或連接的智慧設備檢查性能和發電量等重要數據。如果系統有兩個逆變器，則必須分別監控。直流耦合可減少交流-直流轉換中的損耗。電池充電效率約為 95-99%，而交流耦合效率為 90%。 混合逆變器經濟實惠、結構緊湊且易於安裝。安裝帶有直流耦合電池的新型混合逆變器可能比在現有系統中加裝交流耦合電池更便宜，因為控制器比併網逆變器便宜一些，切換開關比配電櫃便宜一些，而且直流耦合解決方案可以製成一體化控制逆變器，從而節省設備成本和安裝成本。尤其對於中小型功率離網系統，直流耦合系統極具成本效益。混合逆變器高度模組化，易於添加新組件和控制器，並且可以使用相對低成本的直流太陽能控制器輕鬆添加其他組件。混合逆變器設計為可隨時整合儲能，更易於添加電池組。混合逆變器系統更緊湊，使用高壓電池，電纜尺寸更小，損耗更低。 直流耦合系統組成 交流耦合系統組成 然而，混合太陽能逆變器不適合升級現有的太陽能係統，而且對於功率更高的系統來說，安裝成本更高。如果客戶想要升級現有的太陽能係統以包含家用鋰電池，選擇混合太陽能逆變器可能會使情況更加複雜。相較之下，電池逆變器可能更具成本效益，因為選擇安裝混合太陽能逆變器需要對整個太陽能板系統進行全面且昂貴的改造。功率更高的系統安裝起來更複雜，而且由於需要更多高壓控制器，成本也可能更高。如果白天用電量較大，由於直流（光伏）到直流（電池）再到交流，效率會略微下降。 太陽能+儲能係統耦合系統 光儲耦合系統，又稱交流改造光儲系統，指光伏組件發出的直流電能經由併網逆變器轉換為交流電能，再經交流耦合儲能逆變器轉換為直流電能並儲存於蓄電池中。其能量匯聚點在交流端。該系統包括光伏供電系統和鋰電池供電系統。光電系統由光電陣列和併網逆變器組成，鋰電池系統由蓄電池組和雙向逆變器組成。這兩個系統既可以獨立運行，互不干擾，也可以與電網分離，組成微電網系統。 交流耦合系統工作原理 交流耦合系統 100% 相容電網，易於安裝和擴充。標準家用安裝組件可供選擇，即使是相對較大的系統（2kW 至 MW 級）也易於擴展，可與併網發電機組和獨立發電機組（柴油發電機組、風力渦輪機等）結合使用。大多數 3kW 以上的組串式太陽能逆變器都具有雙 MPPT 輸入，因此長組串式太陽能板可以以不同的方向和傾斜角度安裝。在較高的直流電壓下，與需要多個 MPPT 充電控制器的直流耦合系統相比，交流耦合系統更容易安裝大型系統，且安裝複雜度更低，因此成本更低。 交流耦合適用於系統改造，在白天交流負載下效率更高。現有的併網光電系統可轉換為儲能係統，投入成本低。當電網斷電時，它也能為用戶提供安全電力。相容於不同製造商的併網光電系統。先進的交流耦合系統通常用於較大規模的離網系統，並使用組串式太陽能逆變器與先進的多模逆變器或逆變器/充電器組合來管理電池和電網/發電機。雖然設定相對簡單且功能強大，但它們的電池充電效率（90-94%）略低於直流耦合系統（98%）。然而，這些系統在白天為高交流負載供電時效率更高，可達97%或更高，有些系統還可以透過多個太陽能逆變器進行擴展，形成微電網。 對於小型系統來說，交流耦合充電效率低很多，成本也更高。透過交流耦合進入電池的能量必須經過兩次轉換，當使用者開始使用能量時，必須再次轉換，這會增加系統的損耗。因此，在使用電池系統時，交流耦合效率會下降到 85-90%。對於小型系統來說，交流耦合逆變器的成本更高。 離網太陽能係統+儲能係統 離網太陽能係統+儲能係統通常由光伏組件、家用鋰電池、離網儲能逆變器、負載和柴油發電機組成。系統可實現光伏經DC-DC變換直接對電池充電，或經雙向DC-AC變換對電池進行充放電。白天，光電能先為負載供電，再為電池充電；夜間，電瓶放電負載，當電瓶電量不足時，由柴油發電機供電給負載。可滿足無電網地區的日常用電需求，可與柴油發電機組組合，為負載供電或電池充電。大多數離網儲能逆變器未獲得併網認證，即使系統有電網，也無法併網。 儲能逆變器適用場景 儲能逆變器主要作用有三大方面，包括調峰、備用功率和獨立功率。分地區來看，歐洲以尖峰需求為主，以德國為例，2023年德國電價已達0.46美元/度數時，位居全球第一。近年來，德國電價持續上漲，而光電/光電儲能LCOE僅為每度10.2/15.5美分，分別比居民電價低78%/66%，居民電價與光電儲能之間的度電成本差額將持續拉大。戶用光電分散式儲能係統可以降低用電成本，因此在高電價地區用戶有強大的動力安裝戶用儲能。 在高峰市場中，使用者傾向於選擇混合逆變器和交流耦合電池系統，它們更具成本效益且更易於製造。帶有重型變壓器的離網電池逆變器充電器價格較高，而混合逆變器和交流耦合電池系統則使用帶有開關電晶體的無變壓器逆變器。這些小巧輕巧的逆變器具有較低的突波和峰值功率輸出額定值，但更具成本效益、更便宜且更易於製造。 美國和日本都需要備用電源，而獨立電源正是市場所需要的，包括南非等地區。根據美國能源資訊署（EIA）的數據，2020年美國平均停電時間超過8小時，主要由美國居民居住分散、部分電網老化以及天災造成。戶用光電配電儲能係統的應用可以減少對電網的依賴，提高客戶側供電可靠性。美國的光伏儲能係統規模更大，配備的電池更多，因為需要儲存電力以應對自然災害。獨立電源是當下的市場需求，南非、巴基斯坦、黎巴嫩、菲律賓、越南等國的全球供應鏈緊張，這些國家的基礎設施不足以支持其人口用電，因此用戶需要配備戶用光伏儲能係統。 混合逆變器作為備用電源有其限制。與專用離網電池逆變器相比，混合逆變器存在一些局限性，主要是在斷電情況下，其浪湧或峰值功率輸出有限。此外，有些混合逆變器沒有或僅有有限的備用電源能力，因此在斷電期間只能為照明和基本電源電路等小型或必要的負載提供備用電源，並且許多系統在斷電期間會出現3-5秒的延遲。另一方面，離網逆變器提供非常高的突波和峰值功率輸出，並且可以處理高電感負載。如果使用者打算為泵浦、壓縮機、洗衣機和電動工具等高突波設備供電，則逆變器必須能夠處理高電感突波負載。 直流耦合混合逆變器 目前業界越來越多採用直流耦合的光伏儲能係統，實現光伏儲能一體化設計，尤其是在新建系統中，混合逆變器安裝簡單且成本更低。在新增系統時，採用光電儲能混合逆變器可以降低設備成本和安裝成本，因為儲能逆變器可以實現控逆一體化。直流耦合系統中的控制器和切換開關比交流耦合系統中的併網逆變器和配電櫃成本更低，因此直流耦合方案比交流耦合方案成本更低。直流耦合系統中的控制器、電池和逆變器是串聯的，連接更緊密，靈活性更低。對於新安裝的系統，光伏、電池和逆變器是根據用戶的負載功率和用電量來設計的，因此更適合直流耦合混合逆變器。 直流耦合混合逆變器產品是主流趨勢，BSLBATT也推出了自己的5kw混合太陽能逆變器去年底，該公司宣布推出6kW、8kW混合太陽能逆變器，今年也將陸續推出6kW、8kW混合太陽能逆變器！ 儲能逆變器廠商主力產品多面向歐洲、美國、澳洲三大市場。歐洲市場中，德國、奧地利、瑞士、瑞典、荷蘭等傳統光電核心市場以三相為主，對功率較大的產品較為青睞；義大利、西班牙等南歐國家主要需求單相低壓產品；捷克、波蘭、羅馬尼亞、立陶宛等東歐國家主要需求三相產品，但價格接受度較低；美國儲能係統規模較大，偏好功率較大的產品。 電池儲能逆變器分離式更受安裝商青睞，但電池逆變器一體成型才是未來的發展趨勢。光伏儲能混合逆變器又分為單獨銷售的混合逆變器和將儲能逆變器和電池一起銷售的電池儲能係統（BESS）。目前，在經銷商掌控通路、各直接客戶較為集中的情況下，電池逆變器分離式產品更受歡迎，尤其是在德國以外的地區，主要原因是安裝便利、易於擴展，且易於降低採購成本，在電池或逆變器無法供貨的情況下可以尋找第二家供應商，供貨也更有保障。德國、美國、日本的趨勢是一體式。一體式可以省去很多售後的麻煩，而且還有認證的因素，例如美國消防系統認證需要與逆變器掛鉤。目前的技術趨勢是一體式，但從市場上銷售的分離式在安裝商中接受度更高一些。 在直流耦合系統中，高壓電池系統效率更高，但在高壓電池短缺的情況下成本更高。相比48V電池系統高壓電池工作在200-500V直流電壓範圍內，電纜損耗更低，效率更高，因為太陽能電池板通常工作在300-600V，與電池電壓相似，從而允許使用損耗極低的高效DC-DC轉換器。高壓電池系統比低壓系統電池更昂貴，而逆變器則更便宜。目前高壓電池需求量大，供應短缺，因此高壓電池難以採購，在高壓電池短缺的情況下，使用低壓電池系統更便宜。 太陽能電池陣列和逆變器之間的直流耦合 直流直接耦合至相容的混合逆變器 交流耦合逆變器 直流耦合系統不適用於改造現有併網系統。直流耦合方式主要有以下問題：首先，採用直流耦合的系統在改造現有併網系統時，存在接線複雜、模組設計冗餘等問題；其次，併網與離網切換時延較大，用戶用電體驗不佳；第三，智能控制功能不夠全面，控制響應不夠及時，難以實現全屋供電的微電網應用。因此，有些公司選擇了交流耦合技術路線，例如睿能科技。 交流耦合系統讓產品安裝更加簡單。 ReneSola採用交流側與光伏系統耦合，實現能量雙向流動，無需接入光伏直流母線，使產品安裝更加簡單；透過軟體即時控制與硬體設計改進相結合，實現毫秒級併網與離網切換；透過儲能逆變器輸出控制與供配電系統設計的創新結合，實現自動控制網箱控制下的全屋供電站； 交流耦合產品的最大轉換效率略低於混合逆變器交流耦合產品最大轉換效率為94-97%，相比混合逆變器略低，主要是因為模組發電後要經過兩次轉換才能儲存在電池中，降低了轉換效率。