可靠地评估家庭系统存储光伏发电多余电力的能力
随着全球越来越多的人选择使用太阳能电池板为家庭供电，光伏 (PV) 发电在家庭中的应用正在不断增加。为了储存太阳能电池板在晴天产生的多余能量并在夜间和阴天重新使用，人们需要额外的能源技术，即家庭存储系统。家庭储能系统本质上是高容量电池，可以储存太阳能电池板产生的额外能量，当太阳能电池板因缺乏阳光而无法产生能量时，就会放电。最终，这些系统使家庭能够从电网中获得更大的独立性，产生和获取更多自己的能源。
虽然家庭储能系统已越来越普及，但仍然很少有方法可以估算其容量随时间衰减的程度。可靠地估算家庭储能系统的容量可能非常有利，因为它可以为未来有效住宅光伏系统的部署提供参考。
亚琛工业大学、JARA-Energy 和 ACCURE Battery Intelligence GmbH 的研究人员最近推出了一种可扩展的容量估算技术，可用于可靠地评估住宅存储系统的容量。
他们提出的方法发表在《自然能源》杂志上，迄今已用于评估德国 21 个基于锂离子电池的私人运营家庭储能系统的容量。
“大约 10 年前，家庭储能系统还是一种全新的产品，”亚琛工业大学的主要作者、ACCURE 电池智能高级电池专家 Jan Figgener 告诉 Tech Xplore。
“为了调查它们的运行和寿命，我们在八年内测量了 21 个家庭系统。我们针对家庭存储操作量身定制的容量估算方法的呈现非常及时，因为欧盟 (EU) 最近的电池法规要求制造商向客户提供此类信息。”
三个示例 HSS 的 SOHC 估计值（标准化为标称容量）。a、SLMO。b、MNMC。c、MLFP。通过现场容量测试验证的估计值。蓝点越深，估计值越多。趋势是估计值的线性拟合。所有估计值的 75% 的 CI 以浅蓝色显示。测量在系统调试后延迟开始（x 轴开始）。寿命开始 (BOL) 定义为 100%，EOL 定义为标称容量的 80%。来源：Figgener 等人（《自然能源》，2024 年）。
Figgener 及其同事提出的方法通过三个关键步骤估算家庭储能系统的容量。首先，它需要确定储能系统何时处于满负荷状态（即无法再存储更多能量）以及何时处于空负荷状态（即不存储任何能量）。随后，它需要计算这两种状态之间的容量。
Figgener 解释说：“为了检测满电和空电状态，我们识别特定电压范围内的松弛过程。然后可以估算容量，同时应用带偏移电流校正的库仑计数。从诊断的角度来看，家庭储能系统很有趣，因为从春季到秋季，整个周期都会定期发生——而电动汽车等许多其他应用则不是这种情况。”
作为他们最近研究的一部分，Figgener 和他的同事使用他们的方法估算了德国 21 个家庭储能系统的容量。他们的分析显示，这些系统平均每年损失约 2-3% 的容量。
菲格纳说：“由于实施了容量储备，大多数系统都达到了规定的保修期，这对于行业来说是一个好兆头，因为这些系统来自第一代产品。”
“我们可以通过定期进行的现场容量测试来验证我们的方法，并希望它能够为欧盟建立客户透明度所需的诊断方法的开发做出贡献。”
该研究小组最近的研究最显著的贡献是它引入了一种有前景的方法，制造商和太阳能公司可以使用它来估算其储能系统的容量。
此外，Figgener 和他的同事编制了一个包含跨越 106 年的家庭储能系统信息的大量数据集，可用于开展以家庭储能系统为重点的更多研究或训练计算模型。
Figgener 补充道：“在确定了容量损失之后，我们很快就会找出造成容量损失的根本退化模式。”
“此外，我们正在开发新方法来推导健康状态估计值，例如基于电压松弛阶段或内部电阻估计值。我们希望其他研究人员能够使用包含 106 个系统年的 140 亿个数据点的已发布数据集来改进现场数据分析的研究领域。”
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