对太阳能光伏发电系统独立储能单元的设计研究

摘 要 储能在光伏发电系统中起着重要的作用，它的优劣会直接影响到光伏发电系统的好坏。所以在对光伏发电系统进行设计时，储能的设计是重要环节。本文对太阳能储能技术和蓄电池进行分析与探讨。

关键词 太阳能；光伏发电；储能

中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-019-1

1 太阳能的储能技术

太阳能发电属于间歇性电源，它不能全年满足负荷需求，所以储能以它自身的特征来配合这种电力系统的顺畅运行。目前，用于独立太阳能光伏发电系统的储能技术主要包括：电化学电池、飞轮等。

在我们常用的电池中最常见的就是电化学电池，它是通过氧化还原所释放的能量，并把它直接转化为直流电能供负载使用。目前，可用作太阳能储能单元的电化学介质主要有六种：铅酸单元电压为2.0 V，它是最低成本的技术；镉镍单元电压为1.2 V，具有记忆效应；金属氧化物镍单元电压为1.2 V，对于温度较为敏感；锂离子单元电压为3.6 V，相对安全。不含金属性锂；锂聚合物单元电压为3.0 V，含有金属性锂；锌-空气单元电压为1.2 V，要求良好的空气管理以限制自放电速度。

飞轮储能电池的概念起源于20世纪70年代的早期，但飞轮真正得到发展是在20世纪90年代，是因为强度高但质量轻的复合纤维转子以及可以告诉运转的磁轴承取得了进展，和全世界对污染的重视，这种电池才得到了的快速的发展，从实验室真正的走向社会。飞轮储能的优势在于，它的双程飞轮系统的转换率可高达90%，寿命较长、功率管理简单的优点，使得飞轮储能拥有很好的市场前景。由于我国在这方面才刚起步，一定要在吸取大量的经验之后对飞轮产品进行更好的研发，使飞轮储能技术能够在太阳能储能领域中得到重要的发展与发挥。

如果当我们将一个超导体的圆环放到磁场之中，对其进行降温，降到圆环材料的临界温度下，然后撤去磁场，这是圆环会产生感应电流，只要温度不发生变化，这种电流将一直持续下去。这种储能的理想装置我们叫做超导储能。超导储能有很多的优点：质量轻、体积小、功率大等等，所以它被广泛使用。如果将超导储能用于太阳能光伏系统中，那么超导储能的充放电时间极短的优点就会使光伏发电在很短的时间内需要很大功率的工业领域大有作为。下面我们对刚提到的三种电池进行对比：在储能方式上，化学电池是化学能，飞轮电池是机械能，超导电池是电磁能；使用寿命，化学电池为3-5，飞轮电池为﹥20，超导电池为～20；在技术方面，化学电池技术成熟，飞轮电池和超导电池均处于验证期；在同功率的相对尺寸上，化学电池尺寸大，飞轮电池尺寸最小，而超导电池尺寸适中；储能密度，化学电池储能密度小，飞轮电池和超导电池储能密度大；放电深度，化学电池放电深度浅，而飞轮电池和超导电池放电深度较深；价格方面，化学电池价格低，飞轮电池价格高，超导电池价格较高；在环境影响方面，化学电池存在污染，而飞轮电池和超导电池无污染。从以上的数据我们可以看出，飞轮电池和超导电池在性能上比化学电池有着不可超越的优势，但由于价格和技术的原因，蓄电池还是太阳能光伏发电储能的主要方式。

2 新型光伏储能系统

储能体系分为：物理储能和化学储能。其中物理储能靠括机械储能（例如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）、电磁储能（例如超导电磁储能等）。化学储能主要包括：钠硫电池、液流电池、铅酸电池、锂子电池、超级电容器等。一般在建筑物中多使用锂离子电池和钠硫电池，在电网中多使用铅酸电池、液流电池和钠硫电池。一般储能电池组的连接方式采用先并后串的方式对电池成组、并联时考虑环流电流必须小于电池单位的最大工作电流；或采用标准电池模块，只允许并联使用，不允许串联使用，若要组件一个100兆瓦的储能电站则需要200个标准储能模块并联。

超级电容。新型的光伏储能系统，它的基本能源是太阳能，并且引用新型绿色能源即超级电容作为主要储能装置，而锂子电池作为备用储能装置，高效储能、绿色环保、节能耐用，这种系统可以应用于各种太阳能灯及气象自动站，例如：航标灯、黄闪灯、爆闪灯和交通信号灯等。新型的光伏储能系统是由新型绿色能源超级电容器和锂离子电池混合使用，是通过控制电路与太阳能电池板连接，共同组成新一代的光伏储能系统。在新型的光伏储能系统中，超级电容器作为主要储能装置，在光照条件好的情况下能够独立满足负载的正常工作，减少电池的使用周期并延长电池的使用寿命，电池在新型光伏储能系统中作为备用电源，平时处于浅充浅放状态下，只在超级电容器电量不足时为负载供电。超级电容器的低压充放电范围宽、充电电流要求低、物理循环充放电次数多，且充电速度快而且耐高低温等多种特点，使其能够高效的吸收太阳能转换的电能，增大太阳能吸收效率，更好的满足负载的供电需求。超级电容器和锂电池的温度特性均较好，整个系统可应用于各高寒地区。

新型光伏储能系统可连续阴雨天平均每天可延长2小时，比起一般的储能系统可延长5倍以上。在储能效率方面，其能量利用率可增大10%以上。它所表现出的低温特性为，正常光照下，在气温不低于-40℃时可满足负载正常工作。在光照不足时，大于-25℃温度情况下可可满足负载正常工作。新型的光伏储能系统设有防过充过放安全控制电路，提高了整个系统的可靠性。该系统采用光控技术，自动控制系统工作，方便使用。

综上所述，太阳能光伏系统的运行情况主要会受储能系统的影响。所以为了更好的保证太阳能光伏系统的设计，我们必须合理确定储能系统的设计方案。随着社会的不断发展与进步，飞轮储能和超导储能都将会被广泛的应用到我国光伏产业的发展中去。我们也将借助国外的新技术，去研制更好的储能系统，使它能够为我国的太阳能光伏产业所服务。

参考文献

[1]付朝雪.太阳能电池特性研究及独立光伏发电系统实现[D].太原科技大学，2011.

[2]姜齐荣，张春明，李虹.风能与太阳能发电系统—设计、分析与运行[M].北京：机械工业出版社，2008：163-165.

[3]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社，2009：106-108.