太阳能光伏发电储能系统

充电电路拓扑与控制框图
超级电容器
超级电容器又叫法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一 种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种 储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电 数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无 反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质 中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储 层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近 。
结构分类
超级电容器的结构形式大致分为两种,其一是柱状电容器 ,即把基片卷绕起来装进园形金属外壳内,这种电容器适 用于低电压大电流充放电的情况；另一种是叠层式的,即 将电极基片叠起来,组装在塑料或金属壳内,这种电容器 用在高电压小电流充放电的情况下比较合适。
超级电容器的优缺点：
优点 在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电 电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其 寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色 能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢 固等问题；
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太阳能光伏发电储能系统介绍
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离网系统结构
除了太空电站外，其它光伏发电系统的应用都受到白天有日照和夜 晚无日照的影响。而对于其负载无论白天和晚上都可能要运行。对 于这一类负载在整个系统中就要选用蓄电池作为能源存贮单元。通 常的独立光伏系统结构如下图所示。
储能系统的现状及主要问题
电能的储存及管理在光伏发电系统中很重要。目前， 在光伏发电系统中常用的储能装置是铅酸蓄电池，但 它存在如循环寿命短，功率密度低，维护量大等一些 难以克服的缺点，并且占整个发电系统的成本很高， 而光伏发电系统存在输入能量极不稳定，间隙性大等 特性，会导致蓄电池过早失效或容量损失，进一步加 大了发电系统的成本，这是光伏发电系统亟待解决的 问题。
光伏系统使用超级电容的可行性
文献表明，无论是将蓄电池与超级电容直接连接还是通过 无源或有源方式相连接，超级电容均可补偿蓄电池的输出 电流，缓解蓄电池输出大电流的压力并使得蓄电池端电压 下降减少，电源系统内部损耗减少，改善蓄电池的特性， 延长其寿命。
超级电容器蓄电池混合储能方案
充电控制器对光伏阵列的输出能量进行控制,根据系统的实际状态, 以一定的方式向后级供电,包括MPPT方式、限流方式和恒压方式。 系统中配置一定容量的超级电容器,除了作为能量储备装置外,还对 光伏的输出能量进行滤波,优化蓄电池的工作环境(包括充电电流和 放电电流)。蓄电池直接接负载,作为系统主要的能量储备装置。并 联控制器是超级电容器向蓄电池传递能量的控制环节,对其控制的 目的,就是使蓄电池处于较理想的工作状态,并使充放电循环次数最 少。
3.三段式充电
① 恒流充电阶段，充电器充电电流保持恒定，充入电量快速增加，电池电压上 升； ② 恒压充电阶段，充电器充电电压保持恒定，充入电量继续增加，电池电压缓 慢上升，充电电流下降； ③ 蓄电池充满，充电电流下降到低于浮充转换电流，充电器充电电压降低到浮 充电压； ④ 浮充充电阶段，充电器充电电压保持为浮充电压； 效果：蓄电池这样蓄电池在初期充电不会出现很大的电流，在后期也不会出现高 电压，使蓄电池产生析气。
1.恒流充电
恒流充电就是以一定的电流进行充电，在充电过程中随着蓄电池电压的变化要进 行电流调整使之恒定不变。这种方法特别适合于又多个蓄电池串联的蓄电池组进 行充电，能使落后的蓄电池的容量易于得到恢复，最好用于小电流长时间的充电 模式。 这种充电方式的不足之处是，蓄电池开始充电电流偏小，在充电后期充电电流又 偏大，充电电压偏高，整个充电过程时间长，特别在充电后期，析出气体多，对 极板冲击大，能耗高，其充电效率不足65%。由于析气较多，VRLA蓄电池不宜使 用此法。
2.恒压充电
恒压充电就是指以一恒定电压对蓄电池进行充电。因此在充电初期由于蓄电池电 压较低，充电电流很大，但随着蓄电池电压的渐渐升高，电流逐渐减小。在充电 末期只有很小的电流通过，这样在充电过程中就不必调整电流。相对恒流充电来 说，此法的充电电流自动减小，所以充电过程中析气量小，充电时间短，能耗低 ，充电效率可达80%，如充电电压选择适当，可在8小时内完成充电。此法的充电 特性曲线如图所示，此法也有其不足之处： 1)在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大，不仅危及充电控制 器的安全，而且蓄电池可能因过流而受到损伤； 2)如果蓄电池电压过低，后期充电电流又过小，充电时间过长，不适合串联数量 多的电池组充电; 3)蓄电池端电压的变化很难补偿，充电过程中对落后电池的完全充电也很难完成 。
蓄电池充放电循环次数与放电深度的关系
蓄电池电量的测量
蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力。通常以充足电后的蓄电 池，放电至其端电压到终止电压时，电池所放出的总电量。当 蓄电池以恒定电流放电时，它的容量(Ah)等于放电电流(A)与Biblioteka Baidu 持续时间(h)的乘积。 即： Q=It
1.测量内阻(电导)法
在蓄电池的老化过程中，其内阻的上升明显早于充电时端电压的提 高，直到内阻上升了60%以上时，端电压才有明显的增大，而端电 压的增大正是电解液干涸的表现，因此，内阻具有很好的预测性， 其与容量的关系如图所示。 蓄电池内部温度对其性能有很大的影响，当电解液的温度在10～ 35℃的范围内变化时，每变化1℃，则其容量变化约0.8%。所以在 判断蓄电池的性能时，要考滤温度的影响，故温度测量不可少。
光伏系统蓄电池充电控制及分析
在能量管理系统中，蓄电池的充放电控制技术直接影响到系统 的性能。充电控制方法的优劣，一方面影响到蓄电池的荷电量 的大小，另一方面关系到其使用寿命。对铅酸蓄电池的充电方 法有很多，包括恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、两阶段 充电、三阶段充电、快速充电、智能充电、均衡充电等方法。 光伏系统由于考虑到能源有限、成本投资有限及充电电源特殊 等特点，因此在光伏系统的充电控制有其特殊性。
缺点 如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容 器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；
与蓄电池的比较
1.超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位， 且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄 的电压范围，如果过充过放可能造成永久性破坏。 2.超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而 电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。 3.超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相 反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命会大打折扣。 4.超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 5.超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个 循环。
2.安时(AH)方法
当电池处于放电工作时，对于很多场合都需要知道电池的剩余容量 及供电时间，根据电池的额定容量和放电电流的监测，不难实时计 算出剩余容量，假定负载相对稳定，则换算出供电时间。一般情况 下，电池制造厂都给出在不同放电倍率下的电池容量。
3.电压法
这种方法主要用在简单测量，它是通过测量开路电压和负载电 压的大小，开路电压以及负载电压的减少，都表明容量的不足 。蓄电池的开路电压与容量有密切的关系。这里指的开路电压 是在蓄电池内部完全稳定时测量的电压。虽然开路电压的测量 是一种非在线的(断开了所有的负载)且需要长的稳定时间，但 可以利用它与容量的良好关系来了解容量。对于连续使用的蓄 电池在初始使用时得到初始容量。