“光伏+儲能”大熱，傳說已經在北美造成了“脫網”的趨勢。但家用式儲能產品近期很糾結。最近，特斯拉宣布其家用式儲能電池Powerwall 10kwh型號產品已經停產。

特斯拉是在去年發布了兩款家用式儲能產品Powerwall，分別是備份應用優化的10kWh版和日常使用優化的6.4kWh版。這回10kwh為啥停產?性價比低。據GTM Research高級儲能分析師Manghani，對于只需提供500次循環的純粹的電力備份來說，鉛酸電池或發電機組的方式更經濟，比特斯拉這款產品的成本一半還低。

不過，雖然10kwh的產品下架了，Powerwall 6.4kwh型號產品仍然在售。據埃隆馬斯克表示，一項新的Powerwall產品將在今年夏天發布。這將是前兩款產品的升級版。

通過“光伏+儲能”脫網肯定是付出更多的成本，埃隆馬斯克自己就說過：“在美國，每日循環使用的Powerwall成本基本高于電網。如果有人想要脫離電網，必然會承擔更為昂貴的開支。”問題是，即便有足夠多數量的“光伏+儲能”，想要脫離大電網，從技術上來看也很遙遠。今天推薦這篇電力技術控的文章，到底需要多大容量的太陽能電板和電池，用戶才能對大電網說拜拜?

現實版“鋼鐵俠”馬斯克(ElonMusk)去年推出了一款革命性的能源產品——電池能量墻(Powerwall)，與太陽能電板整合成一套清潔、智能甚至獨立的家庭能源系統(見圖一)。這一超大號的“充電寶”在白天儲存多余的太陽能發電，在晚上供應家用。

馬斯克誓言要從根本上改變世界使用能源的方式，但實際上他并不是第一個提出“太陽能+電池”的人。但同樣，馬斯克也不是第一個開發電動汽車的人，可特斯拉的橫空出世，證明了他可怕的洞察力和執行力。

對于我這個傳統的大電網工程師，更可怕的是發現在特斯拉的藍圖里找不到大電網的位置。利用“太陽能+電池”形成一個獨立的家庭小電網、脫離大電網(“脫網”，Grid Defection)而獨立運行這一新概念正在慢慢成形。很多特斯拉的擁躉者認為一旦特斯拉的超級電池工廠(Gigafactory)建成后，電池制造成本將大幅下降，擺脫大電網這個第二次工業革命的陳舊產物將指日可待;作為一個大電網工程師，模模糊糊的直覺是脫網不太可能，但特斯拉網站上那被涂上灰色叉圈的電線塔確是清晰的印在腦海深處。

未來到底怎樣?我無法預測。但我有一個理念：任何脫離數據的純定性分析都是耍流氓，因此我試圖通過基于實際數據的定量分析來回答一個問題：到底需要多大容量的太陽能電板和電池，用戶才能對大電網說拜拜?

于是我這個電網工程師客串了一把軟件工程師，寫了一個規劃小工具——只要輸入你的用電和日照情況，它會告訴你需要安裝多大容量的太陽能電板和電池，就能徹底和大電網說拜拜。用電和日照數據在時間軸上要達到一年期的長度和每小時的精度。只要有用電和日照數據，這個工具可用于任意地區和類型的用戶。由于手頭只有美國德州居民用戶用電和日照數據，在此只分析德州居民對電網Say Goodbye的可行性。

輸入的數據是這樣的：

通過智能電表，讀取了德州某戶居民每隔15分鐘的全年用電數據，如圖二所示。對全年35040個用電數據分析表明：此戶居民全年用電量共10388kWh(度)，最高用電功率8.4kW(千瓦)，年用電高峰在炎熱的夏季(6月、7月、8月和9月)。

當地全年每小時日照信息(TMY3數據)顯示，屋頂太陽能電板的毛年利用小時數約為1901小時，在扣除太陽能電板及變頻器約20%損耗后，實際年利用小時數約為1521小時。這個數字與美國能源部下屬國家實驗室NREL的PVWatts軟件對當地的分析結果十分接近。由于每天日照時間有限，光照強度高的時間更有限，所以太陽能發電的年利用小時數遠遠低于一年的總時數(8760)。注:太陽能電板的年利用小時數=年發電量/額度功率。

根據特斯拉官網Powerwall的產品介紹，目前在售的Powerwall只有一個版本：6.4度容量的日循環版(DailyCycle)，售價3000美元，充電/放電效率為92%。特斯拉還曾推出可循環充放500次10度容量的周循環版(WeeklyCycle)Powerwall，售價3750美元，但由于不滿足加州自發電激勵計劃(SGIP)每周循環充放5次的要求及與其他非鋰電池相比在價格上的劣勢，需求不足，特斯拉近期悄然停產了周循環版本的Powerwall。不過特斯拉宣布將在今年夏天推出更大容量更便宜的新版本Powerwall。

計算出來的太陽能電板容量是這樣的：

安裝7.2千瓦的屋頂太陽能電板，全年發電量約為10938度，扣除電池的550度電能損耗后，可滿足用戶的全年用電需求。太陽能電板的月輸出電量見上面的圖二。

據保守估計，1平方米面積的屋頂太陽能電板輸出功率在130瓦以上，7.2千瓦的太陽能電板占屋頂面積不到60平方米。考慮到德州獨棟屋的屋頂面積，安裝這個尺寸的太陽能電板綽綽有余。

計算出來的電池容量讓人大跌眼鏡：

跟電網說拜拜之后，太陽能發電和居民用電的不匹配就必須完全由電池來平衡。如上面的圖二所示，相比居民用電明顯的季節效應(夏季四個月用電量占全年用電量的65%)，太陽能發電的季節效應十分微弱，這意味著需要極大容量的年循環版電池來進行長期的電力電量平衡。這個結果也否定了業界原本很流行的一個假設：“太陽能+電池”脫網供電系統的瓶頸在遇到多個連續的陰雨天。

基于每小時的“電源-負荷”差額分析顯示，電池累計充放電的年高峰、低谷分別為1970度(充電)和-700度(放電)，這意味著在理想電池充電深度(SOC，0%～100%)的情況下，需要2670(1970+700)度容量的電池才能實現長期脫網運行。據了解，在現實工況下一般電池的充電深度區間約在15%～90%，考慮這個約束后，電池的容量要求將上升到3600度。如果換算成特斯拉6.4度容量的日循環版Powerwall，需要花費約170萬美元安裝562個Powerwall才能滿足長期脫網運行的要求。根據官網公布的尺寸：86厘米(寬)×130厘米(高)，562個Powerwall占墻面積為628平方米，估計要裝滿十個房間墻壁。

電池的年充電深度曲線見圖三，在夏季高峰前，電池的儲能達到最高峰3220度(89.5%充電深度)，在夏季結束后，電池儲能降為550度(15.3%充電深度)，等待秋、冬、春的三個充電季節的來臨。

在特斯拉的眼里，電網好比固話、電池好比手機，用電池替代電網，實現固話時代從移動時代的跨越，是一次很自然的產業升級。但現實不一定如設想的那么浪漫，這很可能是特斯拉的一廂情愿。在美國德州，如果不大幅度改變家庭用電方式，依靠“太陽能+電池”來脫離電網幾乎是不可能完成的任務。從另一個角度看，電網能滿足幾千萬個甚至幾億個家庭變化無常的用電需求，也可以稱之為一個超級“大電池”。

本文只針對極端的脫網情況，并無意對“太陽能+電池”這一黃金搭檔做任何的批評。作為一個電網工程師，我歡迎更多的太陽能和電池出現在電網里。目前電網是按照全年最高用電功率設計的，往往為了那持續不到一小時的最高負荷額外配置大量電網設備、浪費了大量的資金。太陽能和電池都可以大大降低對電網設計容量的要求，不管從電網規劃還是運行來說，都是一件大好事!更不用說環保的益處。當然，一旦太陽能容量在電網的滲透率過高，會引起某些技術問題，但這些都可以通過技術和市場手段解決。還有一個個人意見：沒有新能源，電力系統會很無趣。