太阳能光伏发电储能控制研究

刘辉，张爽

(吉林建筑科技学院电气信息工程学院，吉林长春，130114)

1 发展太阳能储能的重要意义

（1）推进能源向低碳化和清洁性方向转型。太阳能独特的清洁性、太阳能发电过程中的低碳化都是减少发电对于环境污染的重要措施，而将太阳能转化成为电能后再储存起来更是增加了对于清洁性能源的使用率。（2）提升光伏发电和输电的效率。储能模式已经成为了未来可再生能源发展领域中不可获取的研究方向。（3）增加能源领域的经济价值。作为未来能源行业的一部分，储能最终是需要创造价值的。

2 现阶段光伏发电储能控制存在的问题

2.1 储能介质所能承载的能源总量低下

通过调查发现，电池很难在能量密度上超过燃料，不过似乎也能达到燃料的一半到1/4的水平。然而现实中电池的能量密度往往只有燃料的1%不到。单质锂的原子量为6.9，能贡献1个电子参与电子转移。氧化剂来自空气，不需要考虑。

通过上图的电池反应过程可以知道，钴酸锂电池的电池反应的反应物总分子量为98+72=170，但只能贡献半个电子参与电子转移。因为只有部分锂原子会发生反应。假如我

们认为这两个电子的做功是一致的，那么就可以估计一下这两种能量载体的能量密度之比了。电池能量密度：燃料能量密度=（0.5/170）/(1/6.9)=2.03%。考虑到电池有一半重量是辅助材料，于是还得打个折，就剩下1%了。所以能量密度就成了这样：锂43.1MJ/Kg锂离子电池0.36～0.875MJ/Kg。现阶段对于光伏发电的储能过程主要是利用电化学将光能转化成为化学能储存在化学电池等储能介质当中，虽然这些电化学电池能够将能源非常便捷性的存储起来，但是单个电话学电池能够存储的能源总量却不大，所以，很多时候即便是总量比较低的太阳能在存储时都需要耗费非常大量的储能介质，这么大量体的储能介质往往都会耗费大量的储能材料，电池的大量利用不仅增加了太阳能存储的经济成本，在另一个方面还使得环境污染问题进一步加剧。

2.2 大量的存储电池带来的环境污染不可逆转

电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，一节5号废电池就可以使一平方米土地荒废。前文提到，太阳能光伏发电能源存储需要用到大量的存储介质，而目前用的最多的存储介质就是锂电池，锂电池在存储能源时当然非常方便，也能减少一定的能源流失率，但是不可忽视问题就是锂电池带来的环境污染问题，通过相关科学研究发现，锂电池的使用寿命并不高，而电池一旦被使用消耗完，就不能再对其进行利用了，而且现阶段很多的发电企业对于电池的回收工作是做的很不到位的，这就造成了大量的化学电池流失到了环境当中，这将给自然环境带来不可逆转的破坏。

2.3 光伏发电成材料、经济成本大

首先是成本的问题，现在其实光伏的成本还是很高，然后是使用寿命的问题，现在光伏其实使用寿命为25年，解决掉这两个问题其实光伏基本上是能够存活下来，说说光伏未来发展的方向吧，我觉得核心点应该是新材料和新工艺，如果有一天有一种光伏的新材料，能够代替外墙砖，屋面瓦或者上人型屋面刚性层，美观性不差，然后本身使用寿命能够延长到50年，甚至更久，成为建筑本身的一部分，既减少建筑本身的成本，又能缓解国家的能源危机，或者说能够解决现在光伏公路耐久性的问题，对现在来说都是技术性突破，光伏发电发展的前景根本性的问题，就是运用新的建筑材料来减少能源存储介质制作材料的成本。

3 太阳能光伏发电储能控制策略探究

3.1 创设智能化控制管理系统

世界光伏产业增长迅速，产业规模不断扩大，产业成本持续下降。尤其我国地域开阔日照充足发展潜力巨大，并在政策与技术的支撑下，光伏产业已经发展成为我国为数不多进入国际领先领域的产业。在国家不断提倡加快工业互联网发展的背景下以及大部分光伏站结构庞大分布偏僻的现状，光伏发电储能控制急需一套完整、高效、合理的光伏电站信息化管理平台进行智能化管理，向着数据可视化的发展方向。

通过智能型可视化展示，清晰的看见光伏发电的整体样貌。白昼时利用太阳能电池板通过光电转换原理使太阳能通过半导体转换为电能。使用者可以通过电脑控制路灯，做到及时调整，合理安排。智能控制器协调整体系统的工作，保证了安全运行。且同等亮度下耗电仅为白炽灯的十分之一，真正达到绿色节能的效果。而提到供暖可能想到传统的热力供暖或者是热电供暖。但是这两种方式都伴随着一定的环境污染。而太阳能集热器收集太阳辐射并转化成热能，以液体作为传热介质，以水作为储热介质，进行供暖的方式更加绿色环保，在智能可视化的加持下，计算更为准确,使用方便,它的可视化界面,能够有效的实现人机对话。并且可根据需求调控水流量来满足不同需求，优化了资源配置。

3.2 改进和优化储能技术

储能技术发展到今天，科学家们研究了多种形式的储能技术和储能方式，针对储能技术的分类主要有物理储能、电化学储能、电气储能、化学储能和热储能这五种基本类型，但是无论何种储能技术，都面临着技术的实用性不高的问题，这些储能技术总是存在着储能材料消耗大、存储能量损失大和存储能量转化率低能问题，所以结合这样的情况，要加强对于太阳能光伏发电储能的控制，就应当要加强对于能源存储技术的改进和优化。而现阶段的储能技术应当要围绕解决以下几个方面的问题进行研究：其一，要能够使得储能技术改进光伏发电过程中产生的不稳定输出，也是就是说调节储存与发电之间的数据平衡，使得发电误差的降低来减少对于存储电网的冲击，最终提升光伏发电存储过程的并网友好性能。其二、储能技术要降低光伏发电可能产生的预测误差，从而降低储能系统的备用容量，最终提升电网对于光伏发电的接收性能。其三，在储能技术上有充分利用大规模储存太阳能时的“削峰填谷”，减少能量传输过程中的不稳定特性，增强对于太阳能的利用率，改善存储能量的经济性。另外一方面，储能控制要充分接入到配电网当中，在配电网中，储能接入配电网可以减少或延缓配电网升级投资，并且分布在配电网中的储能还可以在相关政策和市场规则允许的条件下为大电网提供调频、调峰、容量备用和电能质量治理等辅助服务。

3.3 建设大规模的光伏发电储能系统

大规模的储能当属抽水蓄能，此种技术相当的成熟，在调峰调频中起到至关重要的作用。但是大规模储能技术主要受制于：电池性能以及成本；完善的解决方案；激励政策。电池方面，我国大规模示范的电池包含锂电池，液流全钒电池，以及在一些微网中应用铅碳电池，而其中的佼佼者就是锂电池，有权威人士曾经说过，锂电池要将成本降到1500元/kwh，循环次数达到5000次以上才有竞争力，才有可能进行大规模的储能应用，储能的示范项目也是在验证这些电池的性能，推动电池行业的发展。而笔者通过分析完善的解决方案：PCS是衔接电池与电网之间的核心环节，由电力电子器件组成，结合精确地控制系统可以与电网调度等系统相结合，肩负着能量转换的重任。包含削峰填谷，调频调峰，平滑洁净能源输出等应用模式，无一不需要通过PCS来实现。而现在PCS的拓扑结构呈现多元化，接口联通性都不佳，不利于系统的整合，所以需要出台一系列的标准来规范。PCS的结构功能的标准化，可以为形成完备的解决方案扫清硬件障碍。打个比方来说，如果一个50MW的风场，如何配置合适的容量（kW/kWh）来满足其平滑输出的功能？这需要一系列的数值统计，模拟验证等研究工作来支撑，这就体现了现在的示范项目的作用，可以通过示范研究得出基本的方法论，来为形成解决方案铺平道路。