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特斯拉Powerwall和逆变器评论

杰森Svarc

首页>电池存储>最好的电池系统>特斯拉Powerwall和逆变器评论

特斯拉能源公司的Powerwall锂电池系统在太阳能领域产生了巨大影响,将家庭能源存储推向了主流。6年前,特斯拉发布了第一代Powerwall,震惊了储能界。这种独特的DC-coupled电池的容量要小得多,6.4千瓦时,是第一款家用高压电池。相比之下,2016年发布的第二代Powerwall 2(我们在本文中介绍了它)的存储容量是它的两倍多,包括集成的电池逆变充电器,使其具有更大的功率和灵活性。特斯拉家用电池系列的最新迭代是新的Powerwall+ (plus),于2021年5月首次发布。新的Powerwall+本质上是Powerwall 2电池系统与集成的太阳能逆变器使其完整一体化的太阳能储存系统。

2018年底,Powerwall的价格上涨至1万澳元(7400美元)。令人惊讶的是,在2020年又发生了两次价格上涨,将价格提高到1.1万澳元左右。这可能是因为原价打折是为了拉动销量,填补特斯拉超级工厂的产能。第一代Powerwall的存储容量为6.4千瓦时,售价为7200美元,Powerwall 2仍然提供每千瓦时20%的降价,与大多数其他产品相比具有竞争力交流耦合电池系统


Powerwall 2主要功能及规格

特斯拉Powerwall 2

特斯拉Powerwall 2

  • 13.5kWh可用存储容量

  • 交流耦合电池集成逆变器/充电器

  • 额定功率= 5kW连续,7kW峰值输出额定功率#

  • 先进的液体热管理系统

  • 10年保修,70%保留容量*

  • 价格:7900美元- 11900澳元加上1800美元的备份网关**

*基于撰写本文时可获得的信息。* *可能发生变化。不包括安装,太阳能逆变器,电池板,或额外的。

#峰值输出rating可以通过软件更新来增加-详情如下

看到完整的特斯拉Powerwall 2规格数据表

Powerwall +主要功能及规格

特斯拉Powerwall + (+)

特斯拉Powerwall + (+)

  • 13.5kWh可用存储容量

  • 交流耦合电池集成逆变器/充电器和太阳能逆变器

  • 7.6kW太阳能逆变器,4 MPPTs =最大太阳能容量12.9kW

  • 上网额定功率= 5.8kW连续,7.6kW峰值输出额定功率

  • 离网额定功率=连续7kW,峰值输出额定功率10kW

  • 先进的液体热管理系统

  • 10年保修,70%保留容量*

  • 价格:10200美元- TBA -可能需要备份网关**

  • 只在美国有,在澳大利亚没有

*基于撰写本文时可获得的信息。**视情况而定。不包括安装、太阳能电池板或其他组件。

看到完整的特斯拉Powerwall+ (plus)规格数据表


电池成本比较

看到详细的锂电池储存成本指南-特斯拉Powerwall 2与比亚迪、LG RESU、Powerplus Energy和SimpliPhi等领先的锂基电池相比,以及泽纳吉和千瓦实验室的高循环寿命钛酸锂电池系统。

点击查看完整的电池对比文章,包括效率和容量损失率随时间的变化。

点击图表查看完整的电池对比文章,包括循环效率和容量损失率随时间的变化。


特斯拉锂NMC电池

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用于Powerwall的锂电池是在位于内华达州的巨型特斯拉制造工厂Gigafactory生产的。Powerwall使用的是镍锰钴锂电池松下这与特斯拉电动汽车中使用的锂NCA电池类似。最初的Powerwall 1使用更小,更常见的18650尺寸的电池,而Powerwall 2,在这里回顾,使用较大的21-70电池,直径为21mm,长70mm。较大的电池有几个优点,包括更大的能量密度和更长的运行时间。

与第一代Powerwall相比,Powerwall 2设计得更紧凑,更容易操作,安装也更简单。第一代Powerwall的光滑曲线已经消失,取而代之的是更实用的矩形形状,两边都有通风口,用于冷却,还有一个明亮的绿色LED条。有趣的是,它的一边还有一个简单的开/关开关。它仍然重达120公斤,绝对不轻,尽管幸运的是它现在可以安装在地面和墙上。IP等级(天气等级)仍然保持在IP56,尽管它仍然应该安装在一个有遮蔽的地方,如车库或车库,并在可能的情况下避免阳光直射。热量和电池不能很好地配合。


太阳能和电池节约计算器

尝试清洁能源评论2022欧洲足球赛事太阳能模拟器,以确定特斯拉Powerwall是否适合你的家庭。


电池逆变器包括

Powerwall是一个AC电池,这意味着它有一个集成的交直流逆变充电器;这有几个优点和缺点。它的一个主要优点是可以很容易地将其改造成拥有现有太阳能装置的家庭。由于它有一个内置的逆变器,另一个优点是它可以在没有太阳能的情况下安装,只用于备用电源的目的。

逆变器额定功率中等高,连续输出5kW,峰值输出7kW。功率输出通常很适合满足一个普通家庭的要求,通常有几个大功率电器同时运行。7kW的峰值功率额定值合理,但只能维持峰值输出10秒;这意味着它只适合短暂的电力(启动)涌动,不太适合离网安装。

特斯拉Powerwall 2电池规格-图片来源特斯拉

特斯拉Powerwall 2电池规格-图片来源特斯拉

通过软件更新增加功率输出

在2021年早些时候,特斯拉宣布了一项新的软件更新,可以在一些后期型号的powerwall上提高高达50%的连续和峰值功率额定值。然而,增加的功率只能在环境温度高达30摄氏度的情况下使用。这是在分析了多年的运行数据并确定没有有害影响后才实现的。多个超过10kWh的竞争电池系统可以输出高达8kW的连续输出和10kW+的浪涌,所以特斯拉Powerwall有一些隐藏的可用容量也就不足为奇了。

液体冷却的

特斯拉Powerwall仍然是市场上唯一一款集成了液体热管理系统的电池系统,使其能够在-20到+50°C的广泛温度范围内工作。尽管如此,像大多数锂电池系统一样,它仍然有可能在超过40℃的环境温度下降低或减少其功率输出。对于大多数锂离子电池来说,功率降值是很常见的,但特斯拉的液体冷却技术使Powerwall在高负载和快速充电时能够排出更多的热量,这应该会使电池的寿命更长,在更高的温度下性能更好。

特斯拉Powerwall 2的爆炸图,展示液体冷却系统和热交换系统(左上)

低温性能

特斯拉的热管理系统也使Powerwall能够电荷在温度零度以下这正是许多其他锂电池充电率严重下降的时候。锂电池在5℃以下无法正常充电阳极上的扩散速率降低.多亏了独特的热管理系统,Powerwall能够在低温下预热电池,即所谓的预处理-“当温度低于冰点时,启动预调节并加热Powerwall以提高充电性能”。Powerwall通常会利用电网的电力来预热电池,但在停电时,它也可以使用一些储存的能量来加热电池。注意,如果电池处于低电量状态,这可能是有问题的。

多个powerwall以满足更大的存储需求

Powerwall 2可以堆叠更多的存储容量-每阶段最多3个模块

Powerwall 2可以堆叠更多的存储容量,每阶段最多可堆叠3个模块

对于更大容量的系统,Powerwall可以设置为分裂或三相配置,与多达9个Powerwall连接在一起。不过,这些复杂的安装需要额外的Gateway单元。每个阶段的最大容量是3个Powerwalls,提供了令人印象深刻的40.5千瓦时的总存储容量,这对大多数标准家庭来说已经足够了。然而,考虑到电动汽车在家充电可以使用超过50千瓦时,它可以主要使用储存的能量为电动汽车充电。


需要额外的太阳能逆变器

Powerwall 2是一个AC电池(交流输入和交流输出),所以为了与太阳能电池板一起工作,Powerwall系统需要一个单独的太阳能逆变器(参见下图)。这样做的一个优点是太阳能逆变器可以“几乎”任何型号,因为它独立于Powerwall运行。

交流电池系统可以很容易改造到有现有太阳能装置的家庭,但它们的效率比普通直流电池系统略低。这是由于从直流电到交流电的转换过程中的损耗——首先,太阳能逆变器将直流电转换为交流电,然后再转换为直流电储存在电池中,最后当电器需要时再转换为交流电(每次转换通常损失3-4%)。与普通的96%的往返效率相比,这增加了大约90%的往返效率DC-coupled电池

交流耦合特斯拉Powerwall 2与普通太阳能逆变器的基本布局图

交流耦合特斯拉Powerwall 2与普通太阳能逆变器的基本布局图


特斯拉的太阳能逆变器

2021年新增*

特斯拉发布了一系列消息,这在业界尚属首次具有液体热管理系统的太阳能逆变器。这是第一次太阳能逆变器从特斯拉能源和典型的特斯拉形式,他们没有跟随大多数逆变器制造商,而是专注于新的创新。

该逆变器有两种尺寸可供选择,3.8kW和7.6kW,目前只在美国销售。为了满足严格的美国法规,它整合了所有最新的安全功能,包括快速关闭,电弧故障和接地故障保护。

逆变器的规格令人印象深刻,特别是在更大的7.6kW型号上包含四个MPPT(最大功率点跟踪器)。这使得四个独立的太阳能电池板串连接起来并独立工作;这对于安装在多个方向的面板的屋顶很重要,也非常适合使用特斯拉太阳能瓦屋顶系统的屋顶。相比之下,大多数额定为6kW的太阳能逆变葡萄牙vs乌拉圭波胆预测器都有两个MPPT,只需要两串独立的面板就可以运行。有一些单相最高可达10kW,具有3倍MPPT的逆变器,但特斯拉逆变器是仅有的两种具有4倍MPPT的逆变器之一,另一种是新的台达H8E和H10E逆变器。其他功能包括低60V的串启动电压和宽60V到480V的工作电压(MPPT),以及最大13A的额定电流,非常适合目前发布的更强大的400W到500W太阳能电池板。基于电压和电流额定值,我们确定太阳能的最大容量可以高达16kW,或每MPPT 4kW,然而特斯拉太阳能逆变器数据表规定最大直流/交流比为1.4,相当于10.64千瓦太阳能。为了符合美国严格的快速关机要求,特斯拉还发布了一款专门安装在屋顶的太阳能快速关机设备,该设备在太阳能逆变器数据表中指定。

新型特斯拉太阳能逆变器

特斯拉太阳能逆变器内部。

特斯拉逆变器规格- 4倍MPPTs与工作电压范围60V - 480V。

特斯拉的Powerwall电池可以交流耦合与任何品牌的太阳能逆变器,虽然当与新的特斯拉太阳能逆变器,它可以通过一个通用的应用程序界面完整的系统监控和控制。它还提供无线更新,就像特斯拉的其他产品一样。特斯拉逆变器还支持12.5年的制造商保修期,比大多数竞争对手逆变器制造商提供的行业标准10年保修期长2.5年。


特斯拉Powerwall 3

虽然它不叫Powerwall 3,新的Powerwall+ (Plus)下面的描述与我们三年前的第一次回顾报告非常相似。引文:“考虑多种选择混合太阳能储能系统将太阳能逆变器和电池逆变器集成在一个完整的单元中,我猜特斯拉可能会朝着这个方向发展,提供集成太阳能逆变器的一体化Powerwall。一体化系统使安装更容易,需要更少的安装空间。例如人民币的技术, Sonnen, Senec和αESS提供一体化系统的备份电源和附加直通的权力作为标准。我希望下一代Powerwall 3能朝同样的方向发展,提供完整的太阳能/电池/备份解决方案。”

Powerwall Plus太阳能电池系统

经过几个月前的预告,特斯拉正式将新的Powerwall+ (Plus)上市美国特斯拉的网站有一些令人印象深刻的功能。成功的Powerwall 2已经在市场上上市了五年,在可用容量和重量上做了一些小的调整。这并不奇怪新的Powerwall+是建立在Powerwall 2平台与集成特斯拉太阳能逆变器创建一个完整的一体化系统。虽然存储容量保持在13.5千瓦时不变,但额定功率已大幅提高,以满足专用离网和备用使用。从5kW连续和7kW峰值,到离网模式7kW连续和9.6kW峰值。并网功率额定值也略有上升,连续5.8kW,峰值7.6kW。

特斯拉Powerwall +规范

特斯拉Powerwall +规范

内置太阳能逆变器本质上与前面描述的7.6kW逆变器相同,但重新包装以适应Powerwall的外形因素。太阳能逆变器具有四个独立的串输入或MPPT,其操作与四个不同的太阳能电池板串。根据规格,我们确定该逆变器可以使用一个相当大的16千瓦屋顶太阳能阵列,使用多达40个现代400瓦太阳能电池板,或每串10个电池板。然而,特斯拉数据表规定太阳能最大直流与交流比为1.7,这相当于最大12.9kW。

特斯拉Powerwall+系统布局和配置选项-图片信贷特斯拉

特斯拉Powerwall+系统布局和配置选项-图片信贷特斯拉

根据特斯拉系统布局图,新的Powerwall+可以使用或不使用额外的备份网关2。目前尚不清楚备份网关是否需要完全消耗监控、控制和电网隔离,也不清楚这些功能是否内置在新的Powerwall+中。

备份网关

Powerwall 2不能作为备用电源或UPS使用备份网关.新的备份网关2大约1800美元(1200美元),作为家庭能源管理系统和通信枢纽。在停电的情况下,它还将备份电路与电网隔离,使系统能够在离网模式下工作。网关还提供高级监控选项和基于时间的控制。

离网使用

对于那些希望购买Powerwall并脱离电网的人来说,该系统只有安装在一个受保护的位置,并安装有足够大小的太阳能阵列时才能脱离电网。大多数现代离网家庭需要至少7到10千瓦的太阳能,这取决于位置。然而,由于最高5kW的充电额定值,每个Powerwall被限制为最高5kW的太阳能(太阳能逆变器尺寸),因此大多数应用将需要多个Powerwall -了解更多

要给一个离网的现代家庭供电,需要两到三个特斯拉powerwall,在大多数冬季较短的寒冷地区还需要一个备用电源,比如发电机。注意,Powerwall系统最初的设计是作为一个电网连接的能量存储系统,可以提供短时间的备份,直到电池耗尽,它并没有打算作为一个专用的离网电源系统。如果有人计划使用Powerwall或类似的设备建造离网住宅,我建议阅读我们详细的离网系统指南首先在考虑切断电网之前。

典型的系统布局与Powerwall和太阳能逆变器馈电的家庭-图像信贷特斯拉

典型的系统布局与Powerwall和太阳能逆变器馈电的家庭-图像信贷特斯拉

网关2

特斯拉在2018年11月宣布了一款新的备份网关2,在众多新功能中,它比旧的灰色备份网关盒子更美观。新网关的改进包括更快的4G通信,具有更大控制的三相操作,以及更精确的CT监测。这一切都在一个包中,比旧的网关小30%,更轻。请参见全备份网关2这里的规范

特斯拉Powerwall 2和新的备份网关2

特斯拉Powerwall 2和备份网关2

争议

特斯拉是一家具有颠覆性和创新性的公司,在产品发布前的最后一分钟对其进行了几次更改。这可能是由于许多原因,包括通过巧妙的公关策略提高公众的兴趣,但也有可能是不可预见的技术和工程难题,需要在发行前解决。这造成了一些问题,特别是在Powerwall 2的情况下,因为一些太阳能安装者已经安装了直流Powerwall兼容系统,但却被告知2022卡塔尔世界杯积分榜直流耦合版本将不会发布。

特斯拉能源的目标是专注于安全、质量和客户服务。这种商业模式使特斯拉成为世界上最大的公司之一,除了通过产品发布之外,没有积极推广他们的产品。客户和媒体只是为他们推广。很聪明!

保修

Powerwall保修期为10年,最小保留容量为70%(仅太阳能自用和备份使用),这比原来的Powerwall 1保修期好得多。然而,如果使用太阳能加上低电价(非高峰)能源充电,那么“每日”循环的数量可能会大于1,这可能会增加电池降解。这是关于“操作限制”的保证细节生效的地方-参见下图。“总吞吐量”是电池交流输出时测量的总能量,为37.80毫瓦时。这相当于大约80%的电池容量,或10.5千瓦时,每年的放电。然而,由于许多家庭不需要在温和的天气下完全放电,并允许在建筑无人居住的时候,这通常不太可能发生在现实场景中。

请记住,所有的电池在充电和放电的过程中,容量会随着时间慢慢减少,这是电池老化(降解)过程的正常部分。锂电池(NMC)通常在10年后仍有60% - 70%的剩余容量。一些锂电池化学物质,如LFP和LTO,降解率较低,但前期成本较高,所以这是一个平衡成本/效益的问题。点击这里查看完整的Powerwall保修细节。

保修单第一部分- Powerwall 2 -向制造商查询最新的保修单细节

保修单第一部分- Powerwall 2 -向制造商查询最新的保修单细节


性能和生命周期

和特斯拉的Powerwall一样,大多数锂电池系统都有10年的质保期,保证电池在10年或一定的能量吞吐量(特定的充放电能量量)后仍能保持至少70%的原始容量,Powerwall的能量吞吐量为37.8MWh。

由于大多数锂电池在市场上只有3到4年的时间,真实的性能和电池降解率随着时间的推移是非常难以确定的。电池降解取决于许多因素,包括操作温度,放电深度,总循环和充电率。幸运的是,独立ITP可再生能源锂电池测试中心澳大利亚堪培拉一直在对包括特斯拉Powerwall在内的各种电池进行加速测试,得到了一些非常有趣的结果。

最新的Powerwall电池性能来自ITP可再生能源电池测试中心

更新-在加速测试中,经过2110个周期(或5.8年,每天一个周期),Powerwall的退化率为21%,这与预期基本一致。按照这个速度,如果我们外推产能损失,10年后的总退化率将约为38%,这超出了30%的保修限度。然而,加速测试制度是极端的,超出了正常电池循环率预期在现实条件下。测试还在特斯拉指定的保修条件(以上)之外操作电池。考虑到这一点,我相信Powerwall在正常情况下使用10年后会满足保修要求。

注意,ITP测试在每个循环中循环电池到完全放电状态,这在现实情况下并不常见,在现实情况下,最小充电状态可能每天都不同,取决于太阳能发电的数量(可能不足以达到满电),每天的能源使用可能不能完全放电,如在周末或假日期间。


特斯拉的应用

特斯拉的应用支持实时监测电网能源使用,电池充电状态和太阳能发电在一个简单,易于使用的界面。该应用程序对所有特斯拉产品都是通用的,并提供了电动汽车控制、太阳能发电和能源存储之间的无缝接口。

特斯拉应用程序提供了4种不同的Powerwall控制模式

  • 自供电的模式-通过储存多余的发电增加太阳能的自我消耗。

  • 基于时间的控制-根据您的用电价格,优先储存或消耗能源,以减少账单和节省资金。

  • 风暴的手表-在大风暴或停电的情况下,自动充电Powerwall。

  • 停电期间的车辆充电-使特斯拉电动汽车的Powerwall动态调整充电率,以防止在停电期间系统过载。

特斯拉应用程序显示实时消费和发电,加上历史数据和有用的统计-点击放大


总结

特斯拉的Powerwall是一项令人印象深刻的工程,毫无疑问,它是市场上最受欢迎的电池系统之一。把Powerwall设计成AC电池,它可以独立于太阳能逆变器运行,并与大多数新的或现有的太阳能系统兼容。然而,与许多混合逆变器在美国,Powerwall内置的逆变器无法在停电期间将自己与电网隔离或“孤岛”,需要额外的特斯拉。网关,以提供备用电源。至于离网使用,Powerwall并不是专门为之设计的离网装置但特斯拉最近的一份声明已经批准了离网使用,前提是在现场同时安装两个powerwall。

在我们的完整的太阳能电池回顾Powerwall 2是市场上性价比最高的交流电池系统,拥有13.5千瓦时的大容量,适合大多数大型现代家庭使用。这也是唯一的电池合并液体冷却这意味着它可能比其他一些电池更耐用,特别是在极端气候下。

Powerwall拥有10年的保修期,并基于特斯拉耐用电动汽车电池的使用经验,这似乎是一个设计非常精良的电池系统,迄今为止已被证明是一款高性能电池。不过考虑到目前的供应问题,你可能要等3-6个月才能买到。


替代电池选项

新的Powerwall+ (plus)目前还不能在美国以外的地方使用。然而,还有很多选择混合储能系统可用的是高度重视和非常值的钱,加上许多包括一个完整的单元的备份功能太阳能逆变器。为离网安装时,我们建议使用一种众所周知的专用交流或直流耦合离网太阳能系统它结合了一些专门为离网太阳能发电系统设计的功能。

请参阅一些可用的替代电池能量存储系统(BESS)。点击图片查看完整细节


商用尺寸的特斯拉Powerpack

特斯拉能源还拥有大规模的Powerpack模块,可用于公用事业规模和商业储能。100千瓦时的Powerpack由多个较小的电池单元组成,采用模块化系统,可以轻松连接在一起,创建多个兆瓦时的能量存储。每个Powerpack的价格约为5万澳元,这是大规模存储的一个突破性价格。

电池回收

与容易回收的普通铅酸电池相比,Powerwall中使用的复杂锂基电池面临几个挑战。然而,大量的研究和开发正在进行中。最近,美国锰业公司(简称AMI)在从锂NMC电池中提取原料并进行再利用方面取得了突破性进展,取得了很好的效果。Powerwall中使用的锂NMC电池更难回收,但特斯拉称,一旦容量增加,这将是可行的。由于大多数特斯拉锂电池仍在使用中,预计可以使用10年以上,目前还没有足够的旧电池来完善回收过程。

了解更多关于电池回收的信息太阳能电池详细回顾