什么是光伏储能系统？

光伏发电系统根据是否并网可分为并网式光伏发电系统和独立式光伏发电系统。并网式光伏发电系统主要是指接入电网运行、接受电网调度的光伏系统，如各种集中式或者分布式的光伏电站。独立式光伏发电系统主要是指各种独立于电网运行的光伏发电系统，如太阳能路灯、农村户用光伏电源等。

储能系统作为一种储存电能的行之有效的方式，可分为机械储能、蓄电池储能、电磁储能和相变储能四类。其中机械储能如抽水储能以被广泛应用，飞轮储能作为一种新型的机械储能方式，目前处于研究和示范阶段。电磁储能包括超导储能、超级电容储能、高能密度电容储能等。热力储能是通过材料相变储存或释放能量，国内相关研究处于实验室阶段，尚未进行实际应用。蓄电池储能式目前技术发展成熟、应用广泛、成本较低的储能技术。其中以铅酸蓄电池作为储能装置的独立式光伏发电产品已经商业化应用，近年来随着锂电池技术的发展及其成本的降低，以锂电池构建的储能装置是目前研究热点。

1、并网式光伏储能系统

并网式光伏发电系统直接与配电网连接，电能直接输入电网，目前一般不配置储能系统，随着光伏、风力发电“弃光限电”现象严重，以及光伏、风里发电系统电力输出的波动较大等因素对可再生能源的利用与推广限制日益严重后，在并网式光伏系统中配置储能已成为目前大规模储能系统的研究方向之一。

并网式光伏发电系统中储能的配置方式由储能目标所决定，储能目标具体可分为：平滑输出、经济调度、微电网组成。

1)平滑输出光伏发电是太阳能转换为电能的过程，其输出功率受到太阳辐射强度、温度等环境因素的影响而剧烈变化，此外由于光伏电力输出为直流电流，需要经过逆变器转换为交流电后接入电网，在逆变过程中会产生谐波。光伏电力功率的不稳定和谐波的存在使得光伏电力的接入将会对电网造成冲击。因此并网式光伏发电系统中配置储能的一个重要目的就是平滑光伏电力输出，提升光伏电力质量。 以平滑光伏发电输出为目标的储能系统配置方式一般在光伏发电侧配置集中式储能系统，以平滑输出为目标的光伏储能系统结构一般如下图所示：

储能系统的容量由并网平滑策略所决定，而储能功率一般由平滑目标所决定。基于储能系统的光伏并网平滑策略目前主要有定时间常数低通滤波平滑策略、模糊控制/SOC(储能电池荷电状态)平滑策略、光伏发电功率预测平滑策略等。低通滤波平滑策略平滑效果一般，但控制简单、成本较低，是目前应用前景较为广阔的控制策略。

2)电力调峰光伏电力并网后，需要接受电网调度，但其电力输出峰值阶段与电网负荷峰值阶段并不一致，加之电力市场峰谷电价因素影响，利用储能系统实现光伏发电在时间坐标上的平移，使光伏电力参与电网调峰也是目前光伏储能系统研究热点之一。通过电力调峰，可提升光伏电力在电网中的接入能力和光伏电力的经济性。

基于电力调峰目的的光伏储能系统一般在电网侧配置集中式储能系统。在电网侧配置储能示意如下：

此种配置方式的储能系统容量一般较大，且储能系统成本较高且不合理的充放电控制将严重损害储能系统寿命，因此目前对于配置在电网侧的集中式储能系统容量、功率配置是由电网调峰要求、储能充放电控制策略、储能成本等因素共同决定。求解电池储能系统削峰填谷策略的算法主要包括梯度类算法、智能算法、动态规划算法。不同的电网调峰要求、储能控制策略对功率、容量的要求差异较大，在实际应用中需在多种实际条件的制约下进行储能系统的配置。目前国内大型的储能电站还在起步阶段，仅有实验或者示范性的储能电站运营，尚未大规模投入商业化使用。

3)微电网应用微电网是为了推进可再生能源利用而提出的一种新型电网结构，具体是由可再生能源、储能系统和负荷组成的区域型电网形式，作为独立的整体，既可以并网运行，也可以在离网状态下孤岛运行。作为微网组成单元的储能系统是微电网中的能源缓冲环节，对微电网起着提高控制稳定性、提升微电网电能质量、维持微网的功率平衡、改善微电网抗干扰能力等重要作用。此外，微电网中的储能系统在电网供电中断的情况下还可作应急备用。

配置在微电网中的储能系统一般与可再生能源发电系统并联配置，并具有独立的储能管理系统(如电池控制系统，BESS)，其运行模式随微网运行模式(离网/并网)变化。储能电池的容量与功率配置取决于不同的微电网构成及运行模式，也受到储能系统运行模式的制约。微电网中储能系统的配置和控制策略是目前微电网相关研究的热点。

2、独立式光伏储能系统独立式光伏系统是相对于并网式光伏系统而言，指不接入电网而独立运行的光伏系统。目前应用较为广泛的独立式系统诸如太阳能路灯、太阳能移动电源等，其光伏发电输出和负荷电力消纳不在同一个时间段，同时光伏发电输出并不能总是满足负荷要求，因此在独立式光伏发电系统总配置储能式有效提升光伏电力输出利用、增强系统稳定性的有效手段，同时储能系统还具有为负荷提供启动电流、钳制电压等的作用。目前广泛应用的独立式光伏系统一般由光伏发电、控制/逆变器以及储能三个部分构成。目前已经商业化生产并应用的独立式光伏系统中一般采用蓄电池作为储能装置。

目前光伏组件和控制/逆变器的寿命均能达到十年以上，但蓄电池的使用寿命仅在6~7年，同时蓄电池的成本可占整个系统的25%以上，因此目前在独立式光伏系统中储能的配置和控制目标为尽可能延长电池使用寿命，降低系统成本。在此前提下，独立光伏系统中储能容量和功率的配置的首要目标是优化电池充放电储能寿命。独立光伏系统中储能单元容量通常较小，一般不配置独立的控制系统和控制策略，储能和光伏组件由同一个控制系统控制。目前研究与应用最为广泛的最大功率点跟踪(MPPT)控制系统是以优化光伏组件输出为控制目标，缺乏对储能系统的优化控制。随着光伏组件效率提升(20.20%，乐叶光伏)和价格降低(2.86元/W，晶科能源，2017.3，)的趋势越来越快，而储能成本居高不下，发展独立光伏系统中储能优先的控制策略和控制系统具有广阔前景。