储能技术在太阳能发电系统中的应用研究 赵元宝

储能技术在太阳能发电系统中的应用研究赵元宝

发表时间：2019-08-26T13:05:38.083Z 来源：《电力设备》2019年第7期作者：赵元宝

[导读] 摘要：在经济的高速发展中，能源问题备受关注，面临短缺的问题。因此，为了实现对这一问题的缓解与解决，需要积极进行新能源的开发工作，尤其是将重点放在可再生能源的开发领域

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司江苏南京 211106）

摘要：在经济的高速发展中，能源问题备受关注，面临短缺的问题。因此，为了实现对这一问题的缓解与解决，需要积极进行新能源的开发工作，尤其是将重点放在可再生能源的开发领域。太阳能光伏的选择和应用在这一问题的应对方面极具价值。太阳能光伏在发生能量转化的过程中，很容易出现能量损失现象，因此，要重视储能系统的选择，降低能量损耗量。在储能系统的应用和支持下，能够保障能量供应的连续性。本文全面分析了太阳能光伏与储能系统，介绍了储能技术在光伏发电系统中的应用，探讨了复合储能型光伏并网系统。关键词：太阳能光伏；储能系统；并网

1 引言

随着全球范围内的能源危机和环保问题逐渐加剧，化石能源已不再适合作为人类发展进程的主要资源，清洁能源的开发利用成为各个国家关注的重点。其中，太阳能光伏发电凭借清洁、广泛等优良特点，近年来发展迅速，研究与应用成果显著，在电力系统中的渗透率不断增加。然而，不同于传统发电形式，光伏发电易受光照强度等自然因素影响，出力具间歇性和波动性，大规模光伏发电并网对电网产生的不利影响不可忽略。储能技术是电力系统中一种新兴的电能存储技术，可以有效地实现电力系统需求侧管理、消除昼夜间峰谷差、平滑负荷，提高电力设备的利用率，降低供电成本，对于加强系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动具有良好作用。在新能源技术快速发展的大背景下，如果能在光伏发电系统中配置适当的储能方式并采用适当的控制方法，可以有效解决光伏发电出力的随机性等问题，减少对电网造成的波动和冲击，提高电力系统运行的稳定性。因此，研究储能技术在光伏系统中的应用具有极大实际价值。

2 光伏发电与储能系统介绍

所谓光伏发电，简单讲即利用半导体界面的光生伏特效应，将太阳能转化为电能，供给电路负载。简单的光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分组成。与传统化石燃料燃烧发电相比，光伏发电的优点主要体现在：①来源无枯竭且质量高；②能源清洁无污染；③不受地缘限制；④可就地发电供电，不需额外架设输电线路和消耗燃料；⑤建设周期较短。光伏发电系统主要可分为三类：独立式、分布式和并网式。分布式光伏发电，即在用户现场或者用电现场直接配置规模较小的光伏发电系统，用以满足特定用户的需求，或者支持现有电网设施的经济运行，亦或同时满足这两方面的需求。考虑我国人口分布不均很以及地理因素、光照条件等，分布式光伏发电在我国可以说极具发展前景。

储能技术可以说是解决光伏发电供电不平衡不稳定这一问题的最直接有效的方法。其优势在于：一是储能系统可以作为供能的缓冲，起到“削峰填谷”的作用。即使在光伏发电系统出现剧烈波动时也能稳定供电；二是可以储存电能。在光伏系统不能正常供电时起到应急作用，同时也可在光照较强输出功率较大时，向太阳能电池充电；三是保护系统。当电路发生故障或者用户用电发生危险时，系统会自动断电，储能系统可以将断电后光伏系统产生的电能收集起来，从而保护整个系统和电路。

3 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。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。

3.1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。有人利用超级电容容量大、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。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。

3.2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。

3.3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。

4 复合储能型光伏并网系统

现在，简单的光伏系统具有输出功率不稳定的特点，负荷储能型光伏并网系统是储能技术在光伏并网当中的应用具有一定的代表性，