2014年將會是全球儲能光伏系統進一步加溫甚至大熱的一年，主要原因是由于其廣泛的適用性和兼容性。由于光伏發電自身的不穩定性和發電時間段的局限性，商業用的系統依然是傳統的光伏系統的最優選：峰值日照時段通常是商業樓用電高峰期，可以實現有效的自發自用并且最大化的消化太陽能發的電。然而屋頂住戶的分布式系統近幾年也發展十分迅速，在部分地區的滲透率甚至遠高于商用系統。此時就出現了兩個不可避免的問題，其一，在正午時分系統滿功率發電時，由于屋內沒有運行足夠消化電量的負載，這些電將會直接注入當地電網。如果一個街道接連數家住戶都安裝了太陽能系統，該街道的電網的相電壓在正午時分非常容易超出標準范圍。此時，有些逆變器就無法啟動，甚至用戶部分的用電器出于自身保護也將會斷開電網，造成意外停機。其二，現在全球大環境是在不斷地削減上網電價的。澳大利亞的部分州政府甚至讓當地電網公司自己定價，這就導致所謂的余電上網變得更不經濟，尤其是這種“屋中無人”的大批量電能“流失”的情況。儲能系統的概念作為一種解決方案在業內被提出，并且由于其可以令人滿意的兼容在獨立系統，微網系統以及并網系統中而逐漸被重視并流行起來。

　　儲能光伏系統指的是光伏陣列匹配蓄電池來改變傳統的光伏系統對于負載的輸電量和放電時間。由于儲能系統的引入，峰值區間內負載不能消化的電量可以被蓄電池庫儲存起來，當無光伏發電或光伏供電量不夠時進行發電補償。儲能系統可以有效的改善系統供電時間段以及供電的合理性，常見系統結構的可以分為三類：

　　1. 獨立儲能系統

　　2. 并網儲能系統

　　3. 儲能配備發電機系統

　　相比于前兩種系統，配發電機的系統因為需要燃料，較大噪音以及低效率等原因處在逐漸被淘汰的趨勢，除了特殊的地區和特定的條件，目前鮮有儲能系統選擇匹配發電機。該系統也將不在本文討論范圍之內。而對于獨立和并網的儲能系統，目前比較主流的是“DC Coupling”和“AC Coupling”兩種拓撲結構，本文也將分析和比較兩種拓撲結構的優缺點以及在實際情況下的適用性。

　　DC Coupling 拓撲通常包含如下部分：光伏組件，調節器(Regulator)或叫充電控制器(Charge Controller)，蓄電池庫和逆變器。這里對于逆變器的定義需要額外分析下，DC Coupling的逆變器可以理解為是蓄電池的逆變器，這和我們常說的并網逆變器是有很大差別的。首先，并網的逆變器通常都自帶MPPT，然而蓄電池逆變器卻是不匹配的，其中原因主要是因為光伏組件和蓄電池的放電特性不同的特點。另外，并網逆變器是不會允許交流變直流，回流給組件充電的，但是并網儲能系統的蓄電池逆變器是雙向的逆變器(bi-directional)，蓄電池可以通過逆變器放電，電網也可以通過逆變器給蓄電池充電。最后也是最大區別的一點，并網逆變器是持續穩定的輸出從光伏系統傳輸來的電功，然而蓄電池逆變器，因為蓄電池的放電特性，是有不同放電功程度的，常見的有“持續供電功率”或“60分鐘放電功率“，“1分鐘放電功率”以及“30秒放電功率”。這是因為在用戶負載突然斷網的瞬間，蓄電池需要釋放相當大量的電功來補足用電需求，所以通常一個3千瓦的蓄電池逆變器在瞬時功率可以額定到7千瓦至7.5千瓦。總的來說蓄電池的放電以及和逆變器之間的協調相較于普通光伏系統并網逆變器是要復雜許多的，這個我們在將來的文章里會再做說明。獨立儲能無配備發電機系統由于其系統結構，該蓄電池逆變器放電都是單向的，當蓄電池充電達到設定的SOC(State of Charge)， 充電控制器將會斷開光伏和蓄電池庫的連接;同樣當蓄電池放電過深，超過設定的DOD(Depth of Discharge)后，逆變器將停止供電，切斷蓄電池與負載之間的連接。

　　在此我們先來比較下獨立儲能系統和并網儲能系統在使用DC Coupling拓撲結構上的優缺點。這個拓撲結構是怎么工作的?其實這兩個系統核心運行原理都一樣，就是蓄電池負責主要的供能任務，而光伏在這里僅僅是一個充能的作用，而這也是理解DC Coupling拓撲結構的關鍵。簡單來說，當光伏系統運行時，可以通過自帶MPPT的調節器來給蓄電池充電;當用電器負載有需求時，蓄電池將會釋放以安培小時(Ah)為單位的電量，而具體電流的大小根據放電時間來定，也就是所謂的“短時間大電流，長時間小電流”的放電原理。而并網儲能系統的優勢在于最大化的利用光伏發電的同時，保證了蓄電池容量的健康程度。當儲能系統連接在可靠的電網系統上，如果在無負載的情況下蓄電池滿電而光伏系統依然能夠發電時，充電控制器會通信蓄電池逆變器，開始向電網供電，這可以等同于光伏發電上網從而有效地提高了系統的光能利用率。當負載需求大于系統實際發電量時，電網則開始向負載供電，同時通過雙向逆變器為蓄電池充電。可以這么理解，對于擁有可靠的電網，并網儲能系統對于蓄電池庫的大小需求理論上為零，然而這點既是該系統的優勢也是劣勢。相比于獨立儲能系統，并網儲能系統的缺點就是由于其靈活性非常大而往往造成在設計上的缺陷。由于是并網系統，那么用戶不可避免需要在某些時段在從電網購電。對于考慮不足的設計，如果用戶需要在峰值電價時從電網購電來為蓄電池充電，而在峰谷電價時利用蓄電池電量來給負載供電的話，這無疑既不經濟，又不實用。其二，并網儲能系統一系列的優勢是在穩定的電網供給前提下，如果在沒有檢測當地電網穩定性的情況下來設計儲能系統，很容易造成蓄電池使用過度甚至造成永久性的傷害。這些設計時需要注意的細節將會在下一篇中詳細介紹討論。另外，在一些偏遠地區不經濟或不現實從電網拉線供電的情況下，獨立儲能系統的獨立性優勢便體現出來。

　　AC Coupling拓撲結構通常包含兩個部分：光伏供電系統和蓄電池供電系統。光伏系統由光伏陣列和并網逆變器組成;蓄電池系統由蓄電池庫和雙向逆變器組成。AC Coupling拓撲的運行原理十分類似微型逆變器的設計拓撲原理，即若干個交流源并聯。在獨立儲能系統的應用中，雙向逆變器內部會模擬電網信號給并網逆變器參考，來支持光伏供電系統的運行。當不需要光伏系統運行時，雙向逆變器將會變化參考信息來啟動逆變器的防孤島保護來斷開連接。這種控制方式的弊端是對于并網逆變器的繼電器開關壽命有損耗，同時如果并網逆變器和雙向逆變器的通信出問題，則非常容易出現充電過量或用電過度的問題。并網系統在這個拓撲上優勢依然明顯，在有條件并網的情況下，多余的電量和不足的電量均可以導入或從電網攝取。由于大家對于“交流源并聯”的拓撲結構都比較熟悉，在此就不再過多贅述。

　　最后我們來比較下DC Coupling和AC Coupling兩種拓撲結構的優劣，主要從系統可靠性和可行性兩個方面來分析。

　　就我個人觀點，就目前的主流系統科技而言，兩種拓撲的可靠性都有待改進，最主要是在通信這塊。DC Coupling需要設置充電控制器和逆變器之間的通信，這里面主要存在兩個問題。第一，充電控制器通過自己的shunt對于蓄電池電量狀態有一個測量和計算，而逆變器也有一個shunt來計算蓄電池電量，而充電控制器和逆變器往往不是同一個生產制造商，shunt的精準度，核心處理器的測算方法以及測算誤差都不一樣，這樣就會存在一個對于蓄電池是否該充電的邏輯決定分歧。同樣，AC Coupling需要設置 并網逆變器與蓄電池逆變器之間的通信，如果在此期間出現任何通信故障，則很容易出現過度充電的情況，并且具有失火隱患。由于蓄電池內部是化學反應，一旦發生火災也會是屬于化學火災，其危害程度絕對不容小視。第二點就是逆變器的報錯通信，據我的了解范圍內，目前的產品除了個別一線品牌的具備報錯功能外，大部分的雙向逆變器都不具備報警通信錯誤，或者生產商默認不存在機器的通信錯誤。其實歸根究底還是拓撲結構的問題，因為通信是兩方面的，如果雙向逆變器的通信功能正常，而并網逆變器通信故障，這樣依然會造成通信故障。目前澳洲比較常用的在微網系統中的解決方案是在采購階段雙向逆變器和并網逆變器從同一制造商選購，例如SMA和Selectronic均有AC Coupling儲能系統的套餐，同時采用蓄電池安全狀態的感應器監控。

　　在可行性方面兩種拓撲結構都非常的優秀。言簡意賅就是徹底的顛覆了傳統太陽能系統的發電時段和用戶的用電習慣。對于傳統系統，如果用戶需要使用大功率用電器，最好在太陽能峰值時段區間內使用，這對于大多數民用系統來說都不太可行。儲能系統的引入從“shifting load”的概念改變為“shifting power”并且提供了UPS供電的選項。在微網系統中偶爾的斷電屬于正常現象，而持續時間又不方面確定，UPS可以確保部分必須24小時持續運行的機器的安全性和穩定性，目前澳大利亞幾乎大部分的政府機構，銀行以及醫院都已經配備了相當成熟的這種系統。然而安全性的確是阻撓儲能系統可行性推廣的一個挑戰，尤其在我國人口密集分布的地區。試想你在居民樓樓頂或樓內放十幾個二十個質量保證未知的蓄電池，因為種種原因發生了火災，還是那種你噴水都不一定滅的掉的化學反應，后果實在不堪設想。澳大利亞標準AS 4089和AS 62040專門對蓄電池庫的安裝和選址進行了嚴格的要求和規范，然而近幾年的電池庫火災摧毀整棟別墅的例子依然不少。

　　由于儲能系統的理念相對較新，對于設計要求也比傳統的光伏系統高一些，下一篇我們將會著重介紹設計方面的注意事項以及方法。