储能技术在光伏发电系统中的应用

储能技术在光伏发电系统中的应用

李旭明

国家电投黄河上游水电开发有限责任公司海南分公司

摘要：太阳能作为最易获得能源，其来源稳定，光伏发电作为太阳能的主要应用之一。光伏发电的故障率低、不产生任何污染、安装位置灵活，是未来新能源发展的重要方式之一。一般光伏发电器主要包括光伏阵列、MPPT装置、储能系统、并网逆变器、并网变压器等几个部分，各个部分协同合作，提高能量转换效率。光伏列阵作为系统的基本单元，根据用户要求，采取串并联的方式完成前期的能量转化，MPPT装置基于光伏列阵的非线性特征，统筹用户负载、光照强度、温度等一系列因素，确保输出功率的稳定性，从而提高能源的利用效率。储能系统主要起到了中控和调节的作用。在光照条件良好的情况下可以存储部分电能，而在阴雨天气时可以按照实际需求释放电能。

关键词：储能技术；光伏发电；应用

引言

相比于传统的化石燃料供电，光伏发电存在一定的间歇性，当整体的发电比例过大时，无法保证电网的稳定性，因此要加强对储能技术的研究，推动可再生资源的进一步发展。下面将主要介绍储能技术在光伏发电系统中的应用。

1储能技术的类型

1.1电化学储能

电能可以通过电化学反应被储存在电池和电容器中。电池是一种成熟的高能量密度、高电压的储能装置。电容器以电化学方式存储和传递能量，其中超级电容器（UC）具有多孔电极结构，单位体积的电容量大。近年来，关于电化学储能的研究侧重于新型电极材料和电解质、电池成本、能量和功率密度、循环使用寿命和安全性等方面。

1.2热化学储能

热化学储能系统可根据需要利用可逆的化学反应来储存或释放热能。由于其储能过程的能量损失小，因此热化学储能具有良好的长期储能应用潜力。长远来看，热化学储能系统的大规模商业化仍面临着诸多技术挑战，未来研究重点主要集中在以下几点：选择最优材料或材料组合以降低储存能量的热量损失；提高储能体系循环寿命和综合性能；研究循环动态特性及建模；控制造价成本等。

1.3热能存储（TES）

TES是指在存储介质中存储热能或冷能。TES系统通常由一种存储介质和设备组成，用设备向介质中注入和提取热量。TES有3种储能模式：显热、潜热和热化学。地面蓄热是最普遍的显热储能方式，它通常涉及在夏季使用循环介质（水或空气）从建筑物中提取热量，地面换热器将循环介质输送到更深的地下进行储存供冬季使用。受介质单位体积蓄热能力较低的影响，显热储能的效率偏低。该技术的发展主要受投资成本、政策、储热材料、地下空间以及规模化程度等因素的影响。潜热储能主要涉及相变材料。由于其相变过程的等温性质以及单位储能容量质量低、结构紧凑等特点，潜热储能广受关注。目前，潜热储能的研究主要集中于开发和引进新的储存介质，并采取一定策略来提高现有储存介质的热力学性质，比如，为提高相变材料的导热性，可以结合不同形式的高导电性嵌件。同时，高温蓄热也正处于稳步研究阶段，包括在相变材料中嵌入金属泡沫、利用数学建模来预测高温下复合材料的特性等。

2储能技术在光伏发电系统中的应用

2.1供电质量控制

电能作为日常生产和生活中的必需能源，光伏发电系统与传统电网并网，光伏系统产生的电能大部分属于直流电，需要通过逆变装置与电网相接，在连接过程中，避免会产生一定的谐波，给主体的电网造成一定影响。根据内部的拓扑式结构和交直流连接方式，整合对应的能量转移特性、流向规律等。实现电流优化，复合预测等多种功能，从而保证光伏发电系统运行的高效性与稳定性。

2.2错峰供电

电网在某一时间段整体的负荷较大，储能系统可以满足电力的调峰需求。在电网负荷较低的阶段，可光伏发电系统能够对电能进行储存，储存的电能可以在负荷高峰时进行释放，通过这种方式可以确保供电的可靠性和持续性，保证电网稳定运转。此外，要调整电量供给，保证整体的系统持续运转。储能系统内部能够形成一个微电网结构，在短时间内承担所有的供电任务，为负载提供可靠安全的电能。

负荷转移。为了确保高峰时期电网在稳定条件下运行，通过配备储能系统进行复合响应，通过增加通信线路，避免出现电力孤岛现象。不仅减少了用户的用电支撑，同时保障了供电企业自身的经济效益，实现双方的共赢。储能技术作为影响光伏发电系统发展的重要因素，在未来发展过程中，储能技术将会持续提高自身的能量密度与功率密度，通过尝试不同材料尽可能延长装置自身的使用寿命，在更加广泛的应用场景下保证整体系统运行的安全性，通过借助超级电容器的方式实现污染作业，此外，未来的光伏储能系统将会直接与虚拟仿真技术相结合，全面展示储能系统的实际运行情况，通过有效的动态模拟，确保电网数据的真实性，为后续用户的应用提供真实的数据，真正实现智能化、数据化发展。

2.3混合发电系统

太阳能光伏混合发电系统要合理地使用太阳能与风力资源，把不同类型的风力发电和光伏发电结合起来，实现混合发电系统的稳定和顺畅。我国西北地区地势高，太阳能资源很丰富，风力资源也很丰富，风力资源和太阳能资源的结合可以优化光伏发电的不足之处。比如，青藏高原冬季太阳能资源少，风力比较强，这时光伏发电技术难以确保电能的有效供应。但是通过风力发电技术的配合就能够更好地缓解冬季光伏发电不够的现象，提高发电系统的可靠性，提高电源的质量和效率。

2.4聚光光伏技术

聚光光伏技术能够提高太阳能资源的使用效率，使用聚光板和镜面等，把太阳光线汇聚在聚光电池上，有效地提高太阳光线的强度，进而大大优化太阳能的转化效率。该技术的使用有利于光伏发电系统效率的提高，不仅提高了太阳光线的强度，还降低了光伏发电的成本费用。相关部门利用聚光器提高太阳能强度的时候，需要注意到光伏发电系统可以进行光热转换，光热就可以较好地进入电能生产中，提高光伏发电效率。

2.5合理地控制光伏材料成本

当下，我国太阳能光伏发电技术越来越成熟，影响这项技术发展的有多方面原因，首先，光伏材料的成本比较高。高转换率的光伏单晶硅电池板成本不低；另外，低转换率的光伏单晶硅电池板难以达到市场的发展需要。结合光伏材料的光电转换率可以知道，光电转换效率越高，光伏电池板的生产力和稳定性更好。相关研究人员反复计算和思考，如果将光电转换效率控制在63.2%之内，按就有利于光伏发电取代之前的化石能源。可是光伏发电系统在实际运用的时候，大部分光伏单晶硅电池板的转换率是10%～15%，它的转换率比市场标准更低。一些技术能力较高的生产企业能够提升光伏转换率，可是受到高生产成本的影响，难以实现有效的市场化。比如，日本三洋电机把硅与锗运用在太阳能电池中，光电转化效率提高到22%，可是太阳能电池的转换效率与成本还是与市场需求不一致；德国把稀土元素铒运用在太阳能电池中，光电转换率提高到23%以上，可是还是存在市场化普及度不高等情况。当下，太阳能电池中使用的硅材料需要耗费较多成本，生产周期也很长，这就导致太阳能电池在市场化过程中要面临一些阻碍。今后，太阳能光伏技术在发展的时候，要充分降低材料的生产成本，这将作为光伏发电技术的发展方向。

结束语

光伏发电作为能源结构改革必然方向，要明确自身发展中存在的问题，构建可持续的企业发展模式，强化硬件结构设计，优化整体的检测流程，引入数据化的管理方式，实现多元化发展，推动电网经济可持续发展。

参考文献

[1]全俊晓.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电子测试,2020(02):129-130+118.

[2]杨润广.储能技术在光伏发电系统中的应用[J].科技创新与应用,2021(10):188-190.

[3]杨旭生.新能源并网及储能技术分析[J].新疆有色金属,2023,46(06):96-97.