家庭监控系统（家庭储能系统的组成）

家庭储能系统主要组成：发电设备，逆变器，储能设备，智能监控系统。

发电设备：家用现今最常用的发电设备就是太阳能板——光伏发电。太阳能板将太阳光转化为电能，一般为直流电。

逆变器：虽然直流电便于储存，但是家用电器需同交流电才能工作，所以需安装逆变器将直流电转换为交流电。

储能设备：锂离子电池是如今作为储能设备的最佳选择，新兴的铁锂[1]因其原材料丰富更是成为“新宠”。太阳能板将太阳能转化为电能，锂离子电池将电能转化为化学能，实现能量储备。

磷酸铁锂电池工作示意图

磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2V，充电截止电压为3.6V~3.65V。

磷酸铁锂电池的能量密度低于普通的锂离子电池，但它具有更好的安全性、更长的寿命、更耐高温、和更低的成本。另外缺点还有低温特性比锂离子电池差、而且低温下不容易估计电池电量。

目前由于成本低廉（不需要钴）、安全性高等故，磷酸铁锂电池多用作电动汽车的动力电池。

智能监控系统：通过传感器实时监控整个系统工作，出现故障及时报错，可以大大降低维修成本。现在很多家储系统供应商都支持手机APP远程监控，智能控制电池充放电过程。

选择家储电池的七大关注点：

可用容量：电池容量是指多少电力可以储存在电池中（以kWh为单位）。电池不能完全放电，所以我们需要区分电池的总容量和可用容量，比如特斯拉的Powerwall 2总容量为14kWh,而其可用容量为13.5kWh。循环寿命：电池充满电后再完全放电为一次循环。但因为电池不能100%放电，所以一般测试都是放电50%再充电50%，为0.5c测试。通过计算循环次数，我们就可以估算电池的使用寿命。化学成分：家储电池一般为铅酸或者锂离子电池。前者相对便宜，但是使用寿命短，效率低。锂离子电池以三元锂[2]和铁锂最常见，三元锂电池能量密度大，但不够安全性；铁锂安全性好，但能量密度相对小。

三元锂电池工作示意图

镍钴锰酸锂是锂离子电池的关键三元正极材料，化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2。拥有比单元正极材料更高的比容量和更低的成本。钴酸锂是应用最广的电池材料之一，但钴资源日益匮乏，价格昂贵，且钴酸锂电池在使用过程中存在安全隐患。

功率：如果电池的输出功率不超过800W，那它就带不动电热水壶这样的高功率电器（功率为2000W左右）；或者如果安装的太阳能板的输出为4000W，而电池的输入功率只有3000W，那就会造成1000W的损失。所以选择储能电池时要充分考虑到功率匹配。单位千瓦时价格：各个品牌的家储系统容量各异，价格也相差很大，所以用单位千瓦时价格来对比产品显得合理。储能系统可以实现"削峰填谷"，其中产生的差价可以大致计算一套系统的回本周期。断电覆盖：大部分的储能电池都只能储存电力，或者说只能离网储能。不过也有一个储能系统可以实现并网，这样在区域停电时可以作为短期的供电源，将电输入电网。另外并网家储系统可以将余电输入电网以抵消电费或者直接获利。家储系统成为虚拟发电站（Virtual Power Plant），是实现分布式发电（distributed gerneration）的重要一步。

Virtual Power Plant

连接方式：1）交流电连接方式，太阳能板通过逆变器将直流电转化为交流电，先直接用于家用或者输入电网，再将余电通过逆变器转化为直流电储存到家储电池。这种连接方式灵活性高，储能电池可以安装在室内而逆变器可以安装在室外。2）直流电连接方式，太阳能板放电全部输入家储电池，家储电池在通过逆变器将直流电转化为交流电用于家用或输入电网，这一连接方式可以减少1-3%的电力损失，并且只需按照一个逆变器，所以安装成本相对较低。

交流电连接方式[3]

直流电连接方式[3]

[1]wikipedia.org, Lithium iron phosphate https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_iron_phosphate

[2]百度百科，镍钴锰酸锂 https://baike.baidu.com/item/镍钴锰酸锂/6970286

[3]Deege Solar (2022), AC OR DC COUPLED SOLAR BATTERIES? https://www.deegesolar.co.uk/ac_coupling_vs_dc_coupling_solar_battery_storage/