储能技术在光伏发电系统中的应用研究

储能技术在光伏发电系统中的应用研究

朱宏

国网安徽省电力有限公司经济技术研究院 安徽合肥市 230000

摘要：当前状况下我国经济发展迅速，各行各业都取得了较大程度的发展，极大地促进了国家的发展以及人民生活水平的提高。但经济高速发展的同时也带来了资源消耗问题。就发电领域而言，我国仍以火力发电为主，每年都会消耗大量的煤炭资源。随着科学技术水平的提高以及国家对于新能源的重视，光伏发电储能技术的应用逐渐兴起。本文就针对光伏发电储能技术在广发发电系统中的应用进行了研究。

关键词：光伏发电系统；储能技术；应用研究

对于光伏发电储能技术而言，它是一种新型的资源节约型、清洁型发电技术，其主要原理是对太阳能进行一定程度的转换，使其成为电能。光伏发电储能技术的应用一方面保证了能源开发过程中的清洁性，另一方面还可以对能源的循环利用进行有效的实现。从理论上来说，只要是太阳光能够照射到的地方，都可以利用光伏发电将天阳能转化为电能，因此光伏发电技术能够有效减少对于不可再生资源的利用。在光伏发电储能技术环境之下，即使是在一些电力建设较为落后的山区，都可以实现通电。在光伏发电系统之中，储能单元是一个十分重要的模块，它可以对转化成的电能进行有效的存储，同时也在一定程度上对光伏发电系统的稳定性与安全性进行了提高。

1储能技术与光伏发电系统概述

1.1光伏发电系统简介

光伏发电系统是利用光伏电池的伏特效应将光能转化为直流电，通过光伏并网逆变器转换为与电网同频率、同相位的三相交流电并入电网的发电系统。光伏发电能源无限、不受区域的限制、清洁。但是光伏发电利用率较低，需要建设大面积的光伏电池组件，同时受天气影响巨大，发电时间局限性大（只能在有阳光的时段发电）。因此研究如何有效储存电能来提供无法发电时段的电能利用，及减少最大功率发电无法存储而造成的巨大的浪费越来越受到各界的关注，储能技术成为亟待突破的技术。

1.2储能技术

用于光伏并网发电的储能装置通常在恶劣的环境下运行。此外，由于光伏发电输出的不稳定性，储能系统的充电和放电条件相对较差，有时需要频繁的小周期充电和放电。根据光伏并网发电系统的特点以及储能装置的发展现状，应从以下几个方面发展和改进光伏并网发电储能技术：一是提高光伏发电系统的能量密度以及功率密度;二是对储能装置的储能容量进行提高，同时延长储能装置的使用寿命;三是提高充放电的速度;四是确保在各种环境中能够安全可靠地运行;第五，降低储能装置的使用成本。

1.3储能装置控制技术

为了能够提高储能装置的使用寿命，以及尽可能地提高储能装置的输出功率，提升储能装置的工作效率，就需要对储能装置的充放电情况进行详细的分析，并以此来指定有针对性的储能装置充放电策略。例如，铅蓄电池在充电是往往需要更长的充电时间，所以在对铅蓄电池在充电的时候尽可能选用较小的电流充电，防止其储电能力的下降，缩短蓄电池寿命。光伏发电的直流电作为主要的储能装置的充电电源，其具有不稳定性和波动性，使得其充电不够稳定。所以，为了解决储能装置的充放电问题，需要先进的储能装置管理控制系统和来保证在不破坏储能装置的使用寿命的充放电策略，除此之外，不能使用工业上的高频交流电来对常见的储能装置例如飞轮储能以及电池等储能装置进行充电，所以在对这些储能装置进行充电的时候需要功率转换器来进行。

2储能技术在光伏发电系统中的应用

储能技术主要是借助外来的介质实现多余能量储存，进而在需要的时候释放能量。常见的电储能技术有压缩空气储能、化学电池储能、蓄水储能、超级电容储能和飞轮储能、超导磁场储能等。压缩空气储能、蓄水储能是常规的储能方式，目前多有应用实例，地域的局限性也较大。电池储能可以满足短时应急电能的利用，且成本过高、体积过大。超级电容储能和飞轮储能、超导磁场储能是目前解决成本和地域限制的新型储能方式，本文主要讲述这三类储能技术在光伏发电系统中的应用。

2.1超导磁场储能在光伏发电系统中的应用

超导磁场储能是将超导体放在一定的磁场当中，对超导体进行降温，一直到超导体的临界的温度以下，然后把磁场撤掉，超导体内部将在临界温度下因磁场磁力影响下出现感应电流。目前为了利用超导体在临界温度下产生持续性的电能，进而获取长时间储存电能的效果，是现在技术和实际应用上亟待解决的问题。

光伏发电系统和超导储能系统通过交流母线相连为本地负荷供电。有学者就利用光伏出力与本地负荷需求的差值作为SMES控制器的功率控制信号策略，建立了超导储能系统模型，并对其在光伏发电系统的中的运行控制方式进行研究，很好地解决光伏发电功率易受环境影响、不可调节、难于满足负荷需求的问题，对由负荷变化引起的母线电压波动和故障引起的母线电压跌落具有良好的补偿作用。

2.2超级电容储能在光伏发电系统中的应用

超级电容储能利用双电层充放电原理来工作，其电解液中的阴、阳离子在电场的作用下分别向正、负电极移动，最终在电极表面形成双电层，通过高度可逆的化学吸附、脱附和氧化还原反应来存储能量。作为新兴的储能材料，超级电容具有功率密度高、充放电效率高、无污染等优点。

近年来，对超级电容储能技术进行大量研究开发，并取得显著的成果。有人利用超級电容容量大、可无限次循环充放电的特点，将超级电容器与功率器件组合成的功率变换电路接入光伏发电阵列与负载之间，通过补偿光伏电池输出电压来改变光伏阵列输出特性，从而控制光伏发电系统完成最大功率点跟踪，实验验证该技术可以实现MPPT快速、稳定跟踪，取得一定的成果。设计了超级电容器的充电控制器和放电控制器，对系统的总体结构和控制系统进行设计，搭建超级电容器储能的独立光伏发电系统的小功率实验平台，并通过仿真和实验结果验证了方案的可行性以及良好的可靠性和稳定性。

2.3飞轮储能在光伏发电系统中的应用

飞轮储能系统是一种新型的储能元件，是机械能和电能的交换装置，具有充电、放电和能量保持三种工作模式。可以采取多种充电模式，放电时通过飞轮的带动发电机发电，并通过电力电子装置的转换成可利用的电能，保持阶段保持飞轮的额定转速转动，既不充电也不放电。其经济性较强，满足绿色和高效的需求，安全性和可靠性显著、功率容量十分巨大，具有发展前景良好，拥有巨大的市场潜力。因此，飞轮储能系统受到行业内很大的关注。有人提出了一种基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功平滑控制策略，将模糊控制应用于平抑有功功率，有效地提高了功率的平滑输出、较大程度地减小了光伏发电的功率波动、提高了电能质量、降低了对电网的冲击。一些学者在研究基于飞轮储能的充放电特性在风光互补多逆变器串联发电系统中的电压稳定性问题，将飞轮电池并联在风力发电单元的直流母线上，增加系统的最大可发电功率，提高系统的电压稳定性。

3结语

光伏发电储能技术具有很大的优势，相比于传统的发电方式更为便捷、高效且无污染，在电力系统之中能够发挥出很大的优势，适合应用与推广。本文对储能技术在光伏发电系统中的应用进行了探讨，主要介绍了超级电容储能和飞轮储能、超导磁场储能这三类储能技术在光伏发电系统中的应用，为相关工作者提供参考。

参考文献：

[1]陈永翀.储能未来的技术发展路径[J].能源,2019(01):84-85.

[2]李岱昕,张静.<关于促进储能技术与产业发展的指导意见>印发[J].中国电力教育,2017(10):8.