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这篇文章最初发表于耶鲁环境360．
斯特凡·帕里斯(Stefan Paris)是一位55岁的放射科医生，住在柏林远郊。他和他的伴侣，还有他们三岁的女儿，住在一所带有游泳池的舒适的两层楼的房子里。即将迎来二胎的巴黎夫妇既不富裕，也不热衷于环保。然而，这对夫妇选择花36000美元购买了一个家庭太阳能系统，由26块太阳能电池板组成，这个月刚刚安装在屋顶上，还有一个智能电池——大约一个小冰箱的大小——停在地下室。
在阳光明媚的日子里，光伏电池板可以满足巴黎家庭的所有电力需求，也可以为混合动力汽车的电池充电。一旦覆盖了这些基础设施，屋顶产生的电力就会进入固定电池，直到电池充满，以满足夜间和阴天的能源需求。然后，当电池充满电时，该装置的数字控制系统会自动将多余的能量重新定向到柏林电网，巴黎人将得到当地电网运营商的补偿。
帕里斯解释说:“他们让我相信，这将在十年内得到回报。Enerix这家位于巴伐利亚州的零售商提供太阳能系统和安装服务。“在那之后，我们的大部分电力都不会花我们一分钱。”他说，这项投资是为了对冲不断上涨的能源成本。此外，该装置的智能软件使巴黎人能够监控电力的生产、消耗和储存，并实时跟踪电力的电网接入情况。
自从五年前低成本太阳能系统上市以来，德国有超过12万家庭和小企业主，全世界估计有100万家庭和小企业主，他们都投入了大量资金，投资于具有电池存储的太阳能设备，巴黎夫妇就是其中之一。德国西部亚琛工业大学(RWTH Aachen University)发电和存储系统专家凯-菲利普·凯里(Kai-Philipp Kairies)说:“没有人预料到这种增长如此之快。”
如今，在德国，每两个屋顶太阳能电池板订单中就有一个是带有电池存储系统的。家居公司宜家(Ikea)甚至提供包含存储容量的太阳能安装包。电池价格急剧下降，以至于德国开发银行现在已经取消了2013年至2018年提供的电池回扣——占成本的30%左右。
诚然，12万个家庭和小企业只是德国8100万人口中的一小部分。但分析人士表示，最近的增长表明了未来绿色愿景的强大吸引力:每个屋顶上都有太阳能电池板，每个车库都有电动汽车，每个地下室都有电池。分析人士认为，采用家用电池是迈向低碳经济依赖日益分散和波动的可再生能源供应的未来的重要一步。
到目前为止，电力存储远远落后于太阳能的发展，但随着电池变得更便宜、更强大，它们将越来越多地存储风能和太阳能的不均匀输出，有助于满足依赖天气的能源所需要的那种灵活性。
磷酸锂铁电池，可以让拥有光伏电池板的房主储存多余的太阳能电力供以后使用。(图片来源:Sonnen]
德国太阳能电池板产业复苏
在锂离子电池价格下降的推动下，太阳能电池板和电池系统开始受到欢迎，这为德国奄奄一息的太阳能行业抛出了一条生命线。近年来，德国太阳能行业一直步履蹒跚，部分原因是中国太阳能电池板的低成本生产。上网电价(保证向电网供应能源的消费者获得报酬)的逐步下降，也导致了太阳能部署的大幅下降。
但尽管困难重重，Enerix、Sonnen和Solarwatt等公司还是凭借家用储能系统重新站了起来。2012年，Enerix不得不关闭其在德国和奥地利的15家分支机构中的8家。但自从电池行业蓬勃发展以来，它一直在重新开放旧店，并开设新店，目前拥有54家销售面板、电池和能源优化系统的门店。
德国目前有44家家庭储能系统制造商。德国已经在100多万栋建筑上安装了太阳能电池板阵列，但其中大多数都没有存储单元。现在，越来越多的房主开始购买电池。德国的电力存储装置也在法国、英国、意大利、荷兰、西班牙以及澳大利亚和韩国出售。
这些系统并不便宜，但它们提供了独立
家庭存储系统的价格取决于房屋或企业的规模、业主的能源需求、建筑物获得阳光的途径以及面板、电池和管理系统的质量。对于一个只有20块电池板的小房子，人们可以为光伏阵列支付约8,000至11,000美元，为电池和DC/AC电源逆变器支付大致相同的金额。最大的家用电池售价约为3.4万美元。再多花500美元，先进的设备就能将该系统与家用电器连接起来，优化能源使用，并调节对电网的接入。
根据位于德累斯顿的智能技术制造公司Solarwatt的说法，有了这样的顶级技术和充足的阳光，房主可能会节省高达80%的电费。
柏林Enerix公司的Matthias Schulnick说，电池存储的经济性并不是大多数电池系统购买者的唯一动机，甚至不是主要动机。他说:“越来越多的人想要独立于电力公司和不断上涨的价格。”“他们希望留下绿色足迹，为未来做点什么。”
在德国，在短短几年时间里，家庭存储设备就从一个专为技术宅和绿党选民设计的古怪利基产品转变为具有巨大主流潜力的产品。咨询公司麦肯锡预测，到2025年，“由于设计的进步、规模经济和流程的简化”，全球储能系统的成本将下降50%至70%。
兴趣激增的迹象随处可见:本月早些时候，英荷石油公司荷兰皇家壳牌(Royal Dutch Shell)收购了德国领先的家用电池制造商Sonnen。德国公用事业巨头意昂集团(E.ON)比壳牌领先一步，该公司在2016年与Solarwatt合作，销售太阳能和电池组合设备。
美国能源储存协会(Energy Storage Association)预测，从2015年到2020年，美国的能源储存能力将飙升8倍，成为全球最大的能源储存企业25亿美元的市场．彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)预测，在20年内，全球储能市场(家庭储能只是其中的一部分)将被吸引6200亿美元在投资。
在智能家庭能源系统中，太阳能电池板产生的能量储存在电池中，用于为电器供电和为电动汽车充电。[图片来源:Enerix]
在加州，到2020年，所有新建的住宅建筑都必须配备太阳能电池板。随着电池价格的下降，这些建筑的业主肯定会认真审视电池系统。对于拥有电动汽车的消费者来说，增加家用电池尤其具有吸引力。
凯瑞斯解释说，电池补贴的缺点是，“在今天的情况下，大约需要10年才能从节省的能源账单中还清电池补贴。但如今这些电池的寿命大多不超过10年，最多15年。那你就得买个新的。”
电池性能的巨大进步
这种蓬勃发展在很大程度上是锂离子电池性能显著进步的结果。锂离子电池是大多数电动汽车和手机的标准电池类型。在实验室条件下，致力于改进电动汽车电池而不是家用存储单元的技术人员通过调整导体和化学物质来增加锂离子电池的密度，从而使存储容量翻了一番。这使得以每瓦时计算的储能价格暴跌了一半。太阳能电池板也比以往任何时候都便宜，尽管其数十年来的价格下降已经趋于平稳。
专家们对电池储能技术的未来以及分散式能源生产的影响存在很大分歧。有些人，比如总部设在布鲁塞尔的监督组织的Julia Poliscanova交通与环境他们认为，在可预见的未来，锂离子电池仍将是首选电池类型。她说，回收电动汽车电池的容量太小，但足以满足家庭需求，这种电池的出现将进一步降低成本，同时赋予锂离子电池第二次和第三次生命。
其他人，比如斯蒂法诺·帕萨利尼(Stefano Passerini)亥姆霍兹研究所德国乌尔姆的一家电池研究中心的负责人说，下一代小型储能将是钠离子电池，与锂电池不同，它不需要钴，而钴是一种越来越难找到的被开采的化学元素。
他说:“由于家用电池可能比电动汽车电池更大，我们应该保护汽车可用的钴，并在家用存储方面走不同的道路。”清洁能源的先驱EWS Schonau正在开发环保电池，例如基本上可回收的海水电池，不含致癌重金属，也不含稀有矿物质。
无论哪种类型的电池，家庭储能单元都可以帮助消除电力生产的波动，这一功能被称为“平衡”。例如，当电网电量充足时，电网运营商可以付钱给电池所有者，为他们储存多余的电量——即使是那些没有安装太阳能电池阵列的电池所有者。当电网需要电力时，家用和汽车电池可以将能量输入电网。专家们表示，平衡对于低碳世界这个更大的项目至关重要。
但这种情况在很大程度上仍是未来的事。帕萨利尼说:“我们现在(在家庭存储中)拥有的东西当然有帮助，但仍然很少。”他说，下一步是使家庭能源生产商能够向邻居和租户出售，这是一种被称为点对点电力交易的服务。这将使无法获得家庭发电的消费者能够利用那些生产超过他们需求的清洁能源。
柏林应用科学大学(University of Applied Sciences)可再生能源系统教授沃尔克·卡什宁(Volker Quaschning)客观地看待了挑战的规模:“(在德国)我们有超过10万个家庭发电和存储系统，但为了实现《巴黎协定》的目标，仅在德国就需要1000万个。潜力巨大，但必须更便宜、更容易。”他说，这就需要取消对自用发电的家庭和企业征收的能源消费税，并维持太阳能的有保障关税，以鼓励投资。
“家庭存储可以像太阳能一样扩大，”Quaschning说，他指的是投资和生产激励措施，“这最终创造了规模经济，并使价格大幅下降。”
他说，这种方法曾经奏效过，而且还能再次奏效。
保罗·霍克诺斯(Paul Hockenos)是一位柏林作家，他的作品曾在多家出版物上发表。
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17日评论
为什么没人谈论这个丑陋的事实电池续航时间不长。5年的混合动力和电动汽车的容量正在大幅下降。
“为什么没有人谈论这个丑陋的事实:电池续航时间不长。”
也许是因为这不是真的。
>“5年的混合动力和电动汽车的容量正在大幅下降。”
数据?源?
此外，电动汽车电池与家庭电池的讨论有什么相关性?家用电池不是电动汽车或混合动力电池的原因有很多。我们说的是苹果和梨，如果不是橘子的话。
在等式的最终使用方面，在合理的加速度下，从0-30英里每小时所需的电流远远高于一个典型的德国家庭的峰值电流。不能在3秒内让特斯拉从0到60英里每小时加速的锂离子电池，很可能会作为家用电池或电网电池，再“二次使用”10年。电动汽车电池(尤其是混合动力电池)每年的深度放电循环次数至少是典型的家用电池+光伏设置的一个数量级，其中循环更浅、更慢，峰值安培数很少。
在电池化学方面，它们也有所不同。电动汽车电池受到重量因素的限制，不能像家用电池那样使用寿命更长的化学物质。虽然特斯拉的电动汽车电池、电网电池和家用电池都是基于相同的技术制造的，但没有理由(除了制造规模)为什么它们会或应该继续发展下去。
家用和电动汽车的另一个显著区别是使用/储存电池的环境温度。一个典型的地下室全年将保持在15-20摄氏度之间，这对电池来说非常好。相比之下，电动汽车电池在正常使用时，即使在不太热的天气里也要达到40摄氏度，在炎热的天气里也要达到50摄氏度，而且在新英格兰凉爽的早晨，电池在零下15摄氏度或更低的温度之前，可能会被要求提供几倍的最大电流。(如果你的房子经常有这么冷或这么热，那你就有比电池寿命更大的问题了。)
然后是5年或10年的重置成本问题。根据锂离子电池的两位数学习曲线，今天一个新的5kw家用电池的成本至少是5年前的5倍，而在10年前则超过10倍。随着数量的增加，很可能在5年内(如果它应该早点失败)和继续学习曲线的可能性很大，届时更换成本将低于下周更换成本的20%，10年后甚至更低。
FWIW:大多数早期的普锐斯NiMH混合动力电池的保鲜期只有10万英里，目前仍在路上行驶，远远超过20万英里。而且在很多方面，它们都不如目前的锂离子电动汽车电池可靠。有趣的是，我那辆慢慢生锈的普锐斯的电池已经行驶了24万英里，使用了15年，仍然超过了美国环保署的燃油经济性数据。如果它的容量下降了，它的有用功能还不明显，尽管我确信在这么多次循环后，它将在最大电流的台架测试中测量到。老式普锐斯电池的重建者有一个二级市场，他们将“死”电池中最弱的电池与从其他“死”电池中挑选出来的电池进行交换，这些电池在某种程度上与正在维修的电池中其他电池的特性相匹配。重建的电池通常具有50,000英里/5年的保修期。街头售价一般在一千美元以下。
丹娜,
我不同意这种说法:
＂...继续学习曲线的可能性很大……”
随着电池技术的成熟，你能从制造过程中获得的效率会降低。材料的成本不太可能下降。据我所知，就能量密度而言(实际与理论最大值)，它们已经接近撞墙了。基于这些原因，我认为认为5年或10年后我们会看到5年或10年前与现在相比的价格下降是不合理的。有可能我们仍然处于曲线的陡峭部分，但我不认为这种可能性很大。我认为更有可能的是我们正在接近一个逐渐减少的阶段。
希望正在研究的大量突破性电池技术中的一项能够实现，“学习曲线”可以重新开始。在这种情况发生之前，我支持你，因为我们走得越低，我们就必须获得更高的“低挂”果实。
相当无知的说法。
现在有数百辆特斯拉出租车，行驶里程超过20万英里，车龄超过4或5年，劣化率低于10%。它们仍在使用中(上周我在阿姆斯特丹乘坐了一辆4.5年的Model S出租车)，而且运行良好。
我的Model S已经用了5年多了，电池退化了4%左右。
我的4年半的特斯拉在行驶了8万英里后，失去了大约7%的容量(最大续航里程从263到245)，这仍然比我99%的驾驶所需的续航里程多了大约100英里。现在，要是我iphone的电池也能正常工作就好了。
如果你只是简单地停止在“滑稽”模式一直驾驶它，爬行范围损失将大大减缓!当它退化到从0到60只需要整整4秒，显示的最大范围下降到225英里时，你该怎么办?: -)
快速充电也会付出代价，尤其是在外面非常冷或非常热的时候。(在这种情况下，特斯拉在保护电池方面的热管理可能比其他一些电动汽车做得更好。)
在欧洲，日产已经在销售“第二生命”退役Leaf电池的电网电池组。他们还通过智能汽车充电器进行双向电力流动，电动汽车车主可以从提供的辅助电网服务中获得报酬。当作为网格电池使用时，相对较轻和较浅的充放电循环对电池寿命的影响几乎为零，相对于作为电动汽车电池的主要用途。
不知怎的，我觉得“……“丑陋的事实是，家用电池的寿命比电动汽车电池更长，电动汽车电池的寿命确实足够长，长到电动汽车使用寿命结束时的更换成本与下周二需要更换的成本相比是相当合理的。在电池和光伏等技术上，两位数百分比的学习曲线是高度通缩的。
那辆特斯拉没有滑稽的模式，但在我拥有它的第一年里，我确实做了不少4秒0-60的事情。
特斯拉警告过过度增压或不断将电池充满电，但我记得有一次拉斯维加斯到洛杉矶的班车服务使用的是Model S，当时仍有资格免费充电，在20万英里后，电池只损失了大约10%的续航里程。
评论“在那之后，我们的大部分电力将不会花费我们任何东西。的前提是在德国他们没有固定的线路费用。在新西兰，与电网并网的费用约为每月60美元，包括线路和其他固定费用。
此外，正如本网站的其他主题所涵盖的，本文不考虑用户如何提供电网，以及电网是否能在峰值负载期间消耗电池。使用这种系统的用户越多，电网运营商在轻负荷期间调节供电的问题就越多。
家用电池将永远是一个小众产品。如果你住的地方有可靠的电网，那么购买它们就没有什么好处。在电网瘫痪之前，你不会得到任何实际的投资回报。它不像与电网相连的太阳能电池板那样，你可以在你使用的电力中获得补偿。因为(目前)还没有技术可以使用电池将电力的使用时间转移到更便宜的时间，所以没有一个好方法可以获得与太阳能电池板并网所提供的类似的好处。另一个问题是，如前所述，它们会磨损，而且更换成本很高。10年的寿命可能是能提供的最长保修期，只有少数人能达到15年。
锂离子电池的特性比铅酸电池好得多，某些类型的电池可以被吸收到几乎为零，而不会降解太多。这比任何类型的铅酸电池都要好得多，如果你耗尽它们的可用容量超过50%，它们就会很快被毁。所以在给定的存储容量下，你不需要那么多锂电池。
综上所述，电池在家庭中有很好的用途。我并不是说你可以在家里用电池完全取代电网，而不会有一种大幅瘦身的生活方式。我住的地方，他们现在计划在一年中风大、湿度低、炎热干燥的时候关闭电网。火灾的危险太大了。我在找一个与电网相连的太阳能装置还有部分备用电池。这样的系统只需要使用电池为一个关键负载面板供电，包括灯、风扇和冰箱等。这对我的位置来说很有意义。你仍然可以从电网捆绑系统中获益，也不会为冬天可能永远无法充满电的电池支付一大笔钱，即使是在加州，如果你没有电网。在冬天，我们可能会遇到阴天、雨天、阴天长达一周的天气。
“因为(目前)还没有技术可以使用电池将电力的使用时间转移到更便宜的时间，所以没有一个好方法可以获得与太阳能电池板并网所提供的类似的好处。”
这种技术已经存在。限制潜力的是市场结构。
在美国大多数地区，对于微型发电机来说，交易零售电力实时定价的市场规则并不存在。在任何使用零售利率结构的标准时间，你从中获得的套利金额都很低，但如果允许在批发LMP上买卖，可能会很有趣。能够将它们聚合到辅助服务市场中，在允许的领域(如PJM)具有一定的潜力，而在同时存在容量和需求响应市场的领域，则有可能产生更多的价值叠加。
自从桑迪之后，这里的电网变得更可靠了，当时电力连续中断了12天，但就在去年，我们连续停电了4天。桑迪飓风过后，人们纷纷安装发电机。我也是这样做的，现在每年我都要换机油、火花塞和空气过滤器，而且它必须每周运行5分钟来保持电池充满电。所以在我的新建筑上，我可以把钱投入另一个发电机或电池。我计划走后一种路线，因为一台发电机的价格可以让我得到13千瓦时的存储，它与一个太阳能电池阵列相连，在停电期间不会关闭——而且不再换油。
请注意，现在已经有一款著名的家用电池产品，它是“利用电池将电力的使用时间转移到更便宜的时间”:特斯拉Powerwall。[1]
在我的计划中(与加州中部的PG&E公司合作)，峰值费率是非峰值费率的3.5倍以上，因此时移可能会产生真正的影响。
此外，如果你在一个地方，你买电的价格高于你卖电的价格(例如加州，它的不可绕过充电)，充电和放电电池将比使用电网便宜一些。
也就是说，我倾向于同意，仅从经济角度来看，它并不是一个令人信服的命题(至少在我生活的地方)。另一方面，电池备份…
[1]https://www.tesla.com/support/energy/powerwall/mobile-app/time-based-control
“家用电池将永远是一个小众产品。如果你住的地方有可靠的电网，那么购买它们就没有什么好处。在电网瘫痪之前，你不会得到任何实际的投资回报。”
Eric，如果电池和太阳能/风能趋势继续以更低的价格提供性能更好的产品，建筑趋势继续提供更好的绝缘，电器和热泵趋势继续朝着更高的效率发展，电网电力趋势继续朝着更高的价格发展，那么这不是一个“如果”的问题，而是一个“什么时候”的问题，在房子里使用电池存储将变得经济合理，最终离网家庭变得普遍。唯一的问题是时间。
我知道现在这真的像是一个白日梦，但事情就是这样发展的。如果继续进步，不可能最终会变成可能。
我同意。说家用电池存储将永远是一个小众产品，这太过分了。我的意思是说现在是，可能还会持续一段时间。
我认为德国公民用电池做这件事应该被认为是慈善的，至少他们应该是，如果那里的公用事业公司适当地利用了电池的存储容量。他们可能认为他们从个人存储容量中获得了一些个人整体利益。我对此表示怀疑。大型个人电池系统有太多的负面影响，而不是整体的积极影响。
就我个人而言，我可能没有办法在有限的屋顶空间上获得足够的光伏板，再加上电池，在我们地中海气候下度过冬天。我敢肯定德国冬天的气候比我这里的要严峻得多。如果使用得当，这些电池可以帮助电网，但考虑到费用和有限的使用寿命，它们真的对房主没有帮助。
出于同样的原因，我也不认为使用电池作为备份总是明智的。如果电网预计会崩溃的原因与冬季风暴有关，那么这意味着电池不太可能持续度过危机，因为没有足够的阳光为电池充电。预计电网中断的时间对备用电池的工作非常重要。
我希望没有人会觉得我认为电池一般来说是个坏主意。我认为最大的好处是在网格规模或稍小的规模。我甚至愿意为电网规模的电池支付我的份额，以增加税收的形式作为我的能源使用量的比例。我担心那些拥有巨大电池的德国公民只是在补贴他们没有电池的同胞。
“我认为德国公民用电池做这件事应该被认为是慈善……”
>“拥有巨大电池的德国公民只是在补贴他们没有电池的同胞。”
这取决于光伏发电的上网电价结构，随着德国住宅光伏发电的安装成本大幅下降。在许多甚至大多数情况下，在德国费率结构下，尽量减少向电网出口的存储成本(与完整的零售电网电力或光伏的生命周期成本相比，报酬微不足道)在保证期内收回成本。澳大利亚大部分地区也是如此。
美国大部分地区的零售电力仍然相对便宜，而光伏发电相对昂贵，这使得这类项目在美国很难顺利完成，除非得到补贴。在实行简单净计量的州，家庭电池并没有真正的经济理由。
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