光伏发电储能技术及其进展

韩景伊

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及其进展进行研究与分析。

关键词：光伏发电系统；储能技术；发展

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0171-02

0 引言

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 光伏发电系统

对于光伏发电而言，它是一种将太阳能转换成电能的新型技术，这种转化主要是通过半导体界面的光伏特效应有效实现的。光伏发电系统是由三个部分共同组成的，分别是太阳能电池板、控制器以及逆变器。相比于传统的火力发电方式，光伏发电技术表现出了很大的优势，主要表现在如下几个方面：（1）光伏发电技术所利用的来源为太阳能，太阳能取之不尽，具有无枯竭性，不用担心资源的过渡消耗而带来的其它一系列问题；（2）从理论上来说，只要有太阳照射到的地方，都具备实现光伏发电的条件，因此光伏发电技术不会受到区域限制；（3）光伏发电具有便捷性特点，不同于活力发电，它的操作环境并不需要燃烧煤炭等资源，同时也不需要对复杂的电线进行架设。当然，光伏发电技术发展不就，还有一些不完善的地方，难免会存在一些弊端，主要表现在如下几个方面：（1）太阳光照射的分布密度相对较小，为了满足发电需求，必须大面积地对太阳能电池板进行建设；（2）光伏发电技术会在很大程度上收到天气因素的影响，只有再晴朗的天气环境下，才能对太阳能进行有效的收集，并在此基础之上将其转化为电能；（3）虽然太阳能本身没有污染，且资源具有无枯竭性的特点，但是在对光伏板进行制造时，会存在高污染、高能耗的弊端。

2 储能技术研究现状

2.1 蓄电池储能技术

对于蓄电池储能系统而言，其运作原理如下：蓄电池正负极会发生一定程度的氧化还原反应，在这种反应之下，正负极活性物质会在此基础之上进行化学能与电能的转化。就目前状况而言，在电力系统之中较常使用的蓄电池储能技术主要有镍镉蓄电池、钠硫蓄电池铅酸蓄电池等，不同类型的蓄电池有着不同的特性，所表现出的优劣势也有一定程度的差异。铅酸蓄电池虽然价格低廉，但是这种类型的蓄电池重量大，使用年限相对较短，且在充电速度上也存在较大的劣势，当前状况下，铅酸蓄电池在电力系统中的运用主要体现在电力调峰、稳定电力系统以及对电能质量进行一定程度提高等方面。对于镍镉蓄电池而言，它同样存在着高污染的特性，但不同于铅酸蓄电池，镍镉蓄电池有着较高的充电效率，除此之外，镍镉蓄电池在放电的过程之中电压的变化并不是很大，切内阻相对较小，因此它受到充电环境的限制较小。锂离子电池是目前切综合性能较好的的蓄电池，然而由于此类型電池的技术含量较高，受到这一方面的限制难以全面推广使用。而对于钠硫电池而言，它是当前状况下较为热门的电池储能方式，其优势主要表现为较高的储能密度，正是因为这一特性，再配合以串联或者并联的联结方式，使其能够发挥出良好的储能效果。

2.2 飞轮储能技术

飞轮储能技术的构成具有较高的复杂性，是由多个子模块共同组成的一个综合性储能系统，主要包含有飞轮、磁悬浮轴支撑系统、发电机和电机、功能转换器、电子控制系统、真空泵、应急备用轴承等。对于飞轮储能技术而言，其运作原理主要如下：首先，飞轮系统会对动能进行一定程度上的吸收，在这一过程之中外部的电网会给予电力提供支持，在受到外部电网电力的作用之下，飞轮会以很高的速度进行旋转，旋转中不断产生动能并将之有效存储。这样一来，会促使电力进入机械能源，然后在飞轮储能系统之中对电能进行有效的释放，当飞轮形式的高速旋转到原动机驱动电机发电时，通过功率转换器对电流和电压进行一定程度上的输出，从而实现机械能向着电能的有效转变。对于飞轮储能技术而言，优势主要表现在两个方面：一方面，飞轮储能技术的电能转化效率高，在特定的条件之下可以将机械能转化为电能，其转化率可以达到百分之九十以上；另一方面，飞轮储能技术具有高使用年限、无污染、无噪音等方面的优势。目前状况下，飞轮储能技术在混合动力电动车中有着广泛的使用。车辆通过一个无限可变的锥和变速箱驱动飞轮系统而获得动力。车辆通过使用齿轮变速箱驱动飞轮的方式进行减速，因此可以把车辆的动能转化到飞轮中，这是回收制动力的一种有效方式。

2.3 超导磁储能技术

对于超导磁能系统而言，其运作原理是对电力系统的相关需求进行一定程度的结合，然后在此基础之上对储能线圈进行充电控制。其优势主要表现在如下几个方面：首先，这一系统转换效率较高，且在响应速度上具备较大的优势；其次，通过超导磁储能技术可以实现与电力系统的实施大容量交换和功率补偿。就目前状况而言，已经存在100MJ的超导磁储能系统应用于高压输电网中，并发挥出十分重要的作用。我国于20世纪60年代起开展低温超导研究工作，随着科学技术水平的发展以及研究的日益深入，目前超导磁储能技术已经实现了多种功能的集成，研究成果已经安装在门头沟变电站，并进行改善电能质量的试验运行，成为我国首座超导变电站。

3 光伏发电储能技术的发展与改进

3.1 超级电容器储能技术

当前状况下，随着科学技术的不断发展与完善，超级电容器储能技术已经应用于光伏发电系统当中。超级电容器储能技術又被称作为电化学电容器，它是一种新型的储能原件，出现用于上世纪六十年代，并随着时代的发展不断完善。超级电容器最为突出的一个优势为超大的电容量。这主要是因为超级电容器是建立双电层原理基础之上的；除此之外，超级电容器还同时具有使用年限长功率密度高、充电时间短、温度特性好、节约能源和绿色环保的优势，正是因为超级电容器的这些优势，使其在各行各业之中都得到了较为广泛的应用。在进行不同的工作时，超级电容器能够运行差异性的模式，具有很强的适用性。例如当当储能装置进行放电时，前级变换器工作于Boost升压模式，后级全桥变换器工作于逆变模式；而当储能装置进行充电时，前级变换器工作于Buck降压模式，后级全桥变换器工作于PWM整流模式。但是，目前超级电容器的成本很高，价格十分昂贵，因此在它在电力系统中的应用受到了一定程度的限制。目前状况下，它在电力系统中多用于短时间、大功率输出场合，可以对电力系统控制起到一定程度的稳定效果。通过将超级电容器储能技术应用到光伏发电系统中，能够对光伏发电系统的储能稳定性进行较大程度的提升。除此之外，它还可以对伏发电系统波动问题起到一定程度的限制作用，对并网的特点进行有效的改善。

3.2 储能变流器

储能变流器是一种针对电池储能系统应用的大功率并网双向变流器，它可以对蓄电池的充电与放电过程进行一定程度上的控制，并在此基础之上实现交直流的变化。在无电网的情况之下，能够直接为交流负荷进行有效供电。对于储能变流器而言，它主要是由两个部分组成的，分别是双向变流器与相应的控制单元。其运作原理如下：控制器接收到后台的控制指令，并依据功率指令的符号与大小对变流器进行看控制，并由此实现对电池的充电或者放电，进而调节电网的有功功率与无功功率。除此之外，储能变流器的控制系统还能够通过CAN接口与BMS通讯对电池组的状态信息进行有效的获取，进而对电池的安全运行进行科学而有效的保证。当前状况下较为先进的储能变流器为ES系列产品，它具有十分强大的功能，主要表现在两个方面：一方面，ES系列储能变流器能够实现削峰填谷；另一方面，ES系列储能变流器还可以平抑新能源发电出力波动。因此，将ES储能变流器与光伏发电储能技术进行有机的结合，不仅可以对供电成本进行一定程度上的降低，同时也对可再生资源的应用起到有效的促进作用。对于双向储能变流器而言，它可以实现自动同步并网，因此不会对电网造成冲击，在对其进行设计的过程当中，往往会注重其一体化的特点，安装起来较为便利，且能够实现触摸屏显示。例如某公司提供的1MW储能变流器及监控系统，一方面对电力储能设备的稳定与可靠运行进行了有效的保证，另一方面也在很大程度上提高了供电效率与供电的有效性。在这一基础之上，将双向储能变流器运用到光伏发电系统之中，能够对光伏发电的稳定与可靠性进行有效的提升。

4 结语

本文主要对光伏发电储能技术及其进展进行研究与分析。首先对光伏发电技术与储能技术进行了一定程度的阐述，介绍了当前状况下较常使用的蓄电池储能技术、飞轮储能技术以及超导磁储能技术。然后在此基础之上从超级电容器储能技术以及储能变流器两个方面对光伏发电储能技术的发展与改进进行了分析。总而言之，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。

参考文献

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