蓄电池和超级电容器在光伏发电混合储能系统的应用

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1、蓄电池和超级电容器在光伏发电混合储能系统的应用1绪论1.1课题背景及研究意义随着人类的文明一步一步地发展和前进，消耗的各种资源的量也在不断增长，然而煤、石油、天然气等一次能源储量有限，按照如今的开采速率，化石能源将会在21世纪内濒临枯竭，而且，不经过净化处理地使用化石能源还会造成雾霾等环境问题。因此，能源和环境面临的巨大压力已经成为了全球范围内各国政府都要面临的严峻挑战。解决化石燃料短缺和环境污染问题的根本方法之一是用可再生能源来替代传统的化石燃料，例如开发太阳能发电、风力发电、生物质能发电，地热能发电等新型的分布式发电方式，它们不消耗地球资源、无环境污染，近年来得到了快速的发展。从

2、长期发展的角度来看，其中的光伏发电技术是这些新能源中最具吸引力的：丰富的太阳光照资源和光伏电池制作材料的资源，清洁的发电过程。由于我国地形、气候等特点，太阳能等可再生能源资源量巨大，因此，发展太阳能光伏发电等新能源对调整和改善我国能源结构具有重大意义[1]。表1.1为火力发电[2,3]和光伏发电[4,5]的对比。光伏的发电原理基于光伏效应，因为光子的撞击而直接在太阳能电池板上产生电动势的现象来进行发电。太阳能光伏发电属于清洁能源，因此具有所有清洁能源共同的优势，具体可概括为以下4个方面[6]。（1）不会产生能源危机。光伏发电技术是将太阳光的光能不经过其他形式的转换直接变为电能的技术，

3、因此，只要有太阳光直射在光伏电池上，就能源源不断的产生电能。由于太阳100亿年的寿命才过了45亿年，所以，以太阳光为原动力的光伏发电技术具有无穷无尽的优点。（2）储量丰富。我国幅员辽阔，西北部地区地广人稀，日照充足，所蕴含的太阳能资源十分丰富，不论是开发前景和应用潜力都十分巨大。（3）环保。光伏发电技术的原理是基于光生伏打效应，在发电过程中没有其他步骤，中途也不会产生任何废弃物，无污染，不会对环境造成影响（4）成本相对低廉。光伏发电所需的主要原材料为硅，取材方便，成本低廉。........1.2储能系统研究现状电能存储技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。电

4、能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，其实到现在为止也没有一种非常完美的储能技术，经过多个领域近几十年的努力，储能技术在形式和性能都不断创新，新型的储能方式逐个问世，并渐渐走入市场，主流的储能形式按照原理可以归纳为三类：机械储能、电磁储能和电化学储能。各种储能具体分类如图1.1所示[14]。除了以上几种储能方式外，还有抽水储能、压缩空气储能等方式，抽水储能在电力系统调度中用得较多，并且主要是用来削峰填谷[15]。压缩空气储能是将空气压缩到高压容器中，它的实质是一种燃气轮机发电厂，其主要作用也是调峰。但是和传统的燃气轮机相比，当负荷突然增加时，消耗的燃料较少，仅为60%。表1.2

5、为各种储能方式性能比较[16]。从表1.2可以看出，现阶段由于技术和成本的原因，铅酸蓄电池的优势还比较明显，但是从长远考虑，随着其他储能方式价格的下降、技术的成熟和环保要求的逐渐提高，其他储能以及混合储能将会在社会各个领域得到更加广泛的运用。.......2光伏发电混合储能系统组成和分析光伏发电储能系统由太阳能光伏电池板、BUCK充电器、储能单元、MPPT控制器、光伏逆变器以及支撑设备等组成。通过BUCK充电器将太阳能电池输出的直流转换为储能装置和逆变器所需的电压，储能装置用来储存光伏电池所发出的电能，在需要时为负载或电网提供能量，控制器用于MPPT控制、变换器开关管的P控制和并网逆

6、变控制，在不同外界条件下，切换为与之相对应的运行模式，从而实现能量在整个系统中合理流动和分配。2.1光伏发电储能系统2.1.1储能在光伏发电系统中的重要性光伏发电系统根据其是否与大电网并网，可分为离网型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。目前，我国对分布式光伏发电并没有明确的界定，分布式光伏一般包括离网、并网发电系统以及多能互补的微电网。储能是分布式光伏的必然选择，表现为在无电和弱网架地区发展分布式光伏、微电网，没有储能这些地区的供电很难解决。另外，储能是城市分布式发电与电网进行友好交互的一个关键设备。但目前正是由于储能问题尚未解决，从我国电网角度看，新能源并网都是风电、光伏与火电打捆

7、，调动传统火电调节新能源并网，会有两个不良的影响，一是成本高，二是进一步加剧了电网对传统火电机组的依赖。发展新能源需要上更多的火电厂，这与发展新能源的初衷形成悖论。离网型光伏发电系统和并网型光伏发电系统在运行方式、作用和结构复杂度等方面都有较大的差别。离网型光伏发电系统中，储能设备的作用主要是电能的存储和释放，当光伏系统发电量充足的时候存储多余电能，在夜间或阴雨天的时候代替光伏电池作为为电源。并网型的光伏发电系统中储能设备的作用不仅仅是备用电源，由于系统并