光伏發電儲能技術及其進展
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摘 要：當前狀況下我國經濟發展迅速，各行各業都取得了較大程度的發展，極大地促進了國家的發展以及人民生活水平的提高。但經濟高速發展的同時也帶來了資源消耗問題。就發電領域而言，我國仍以火力發電為主，每年都會消耗大量的煤炭資源。隨著科學技術水平的提高以及國家對于新能源的重視，光伏發電儲能技術的應用逐漸興起。本文就針對光伏發電儲能技術及其進展進行研究與分析。
關鍵詞：光伏發電系統；儲能技術；發展
中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0171-02
0 引言
對于光伏發電儲能技術而言，它是一種新型的資源節約型、清潔型發電技術，其主要原理是對太陽能進行一定程度的轉換，使其成為電能。光伏發電儲能技術的應用一方面保證了能源開發過程中的清潔性，另一方面還可以對能源的循環利用進行有效的實現。從理論上來說，只要是太陽光能夠照射到的地方，都可以利用光伏發電將天陽能轉化為電能，因此光伏發電技術能夠有效減少對于不可再生資源的利用。在光伏發電儲能技術環境之下，即使是在一些電力建設較為落后的山區，都可以實現通電。在光伏發電系統之中，儲能單元是一個十分重要的模塊，它可以對轉化成的電能進行有效的存儲，同時也在一定程度上對光伏發電系統的穩定性與安全性進行了提高。
1 光伏發電系統
對于光伏發電而言，它是一種將太陽能轉換成電能的新型技術，這種轉化主要是通過半導體界面的光伏特效應有效實現的。光伏發電系統是由三個部分共同組成的，分別是太陽能電池板、控制器以及逆變器。相比于傳統的火力發電方式，光伏發電技術表現出了很大的優勢，主要表現在如下幾個方面：（1）光伏發電技術所利用的來源為太陽能，太陽能取之不盡，具有無枯竭性，不用擔心資源的過渡消耗而帶來的其它一系列問題；（2）從理論上來說，只要有太陽照射到的地方，都具備實現光伏發電的條件，因此光伏發電技術不會受到區域限制；（3）光伏發電具有便捷性特點，不同于活力發電，它的操作環境并不需要燃燒煤炭等資源，同時也不需要對復雜的電線進行架設。當然，光伏發電技術發展不就，還有一些不完善的地方，難免會存在一些弊端，主要表現在如下幾個方面：（1）太陽光照射的分布密度相對較小，為了滿足發電需求，必須大面積地對太陽能電池板進行建設；（2）光伏發電技術會在很大程度上收到天氣因素的影響，只有再晴朗的天氣環境下，才能對太陽能進行有效的收集，并在此基礎之上將其轉化為電能；（3）雖然太陽能本身沒有污染，且資源具有無枯竭性的特點，但是在對光伏板進行制造時，會存在高污染、高能耗的弊端。
2 儲能技術研究現狀
2.1 蓄電池儲能技術
對于蓄電池儲能系統而言，其運作原理如下：蓄電池正負極會發生一定程度的氧化還原反應，在這種反應之下，正負極活性物質會在此基礎之上進行化學能與電能的轉化。就目前狀況而言，在電力系統之中較常使用的蓄電池儲能技術主要有鎳鎘蓄電池、鈉硫蓄電池鉛酸蓄電池等，不同類型的蓄電池有著不同的特性，所表現出的優劣勢也有一定程度的差異。鉛酸蓄電池雖然價格低廉，但是這種類型的蓄電池重量大，使用年限相對較短，且在充電速度上也存在較大的劣勢，當前狀況下，鉛酸蓄電池在電力系統中的運用主要體現在電力調峰、穩定電力系統以及對電能質量進行一定程度提高等方面。對于鎳鎘蓄電池而言，它同樣存在著高污染的特性，但不同于鉛酸蓄電池，鎳鎘蓄電池有著較高的充電效率，除此之外，鎳鎘蓄電池在放電的過程之中電壓的變化并不是很大，切內阻相對較小，因此它受到充電環境的限制較小。鋰離子電池是目前切綜合性能較好的的蓄電池，然而由于此類型電池的技術含量較高，受到這一方面的限制難以全面推廣使用。而對于鈉硫電池而言，它是當前狀況下較為熱門的電池儲能方式，其優勢主要表現為較高的儲能密度，正是因為這一特性，再配合以串聯或者并聯的聯結方式，使其能夠發揮出良好的儲能效果。
2.2 飛輪儲能技術
飛輪儲能技術的構成具有較高的復雜性，是由多個子模塊共同組成的一個綜合性儲能系統，主要包含有飛輪、磁懸浮軸支撐系統、發電機和電機、功能轉換器、電子控制系統、真空泵、應急備用軸承等。對于飛輪儲能技術而言，其運作原理主要如下：首先，飛輪系統會對動能進行一定程度上的吸收，在這一過程之中外部的電網會給予電力提供支持，在受到外部電網電力的作用之下，飛輪會以很高的速度進行旋轉，旋轉中不斷產生動能并將之有效存儲。這樣一來，會促使電力進入機械能源，然后在飛輪儲能系統之中對電能進行有效的釋放，當飛輪形式的高速旋轉到原動機驅動電機發電時，通過功率轉換器對電流和電壓進行一定程度上的輸出，從而實現機械能向著電能的有效轉變。對于飛輪儲能技術而言，優勢主要表現在兩個方面：一方面，飛輪儲能技術的電能轉化效率高，在特定的條件之下可以將機械能轉化為電能，其轉化率可以達到百分之九十以上；另一方面，飛輪儲能技術具有高使用年限、無污染、無噪音等方面的優勢。目前狀況下，飛輪儲能技術在混合動力電動車中有著廣泛的使用。車輛通過一個無限可變的錐和變速箱驅動飛輪系統而獲得動力。車輛通過使用齒輪變速箱驅動飛輪的方式進行減速，因此可以把車輛的動能轉化到飛輪中，這是回收制動力的一種有效方式。
2.3 超導磁儲能技術
對于超導磁能系統而言，其運作原理是對電力系統的相關需求進行一定程度的結合，然后在此基礎之上對儲能線圈進行充電控制。其優勢主要表現在如下幾個方面：首先，這一系統轉換效率較高，且在響應速度上具備較大的優勢；其次，通過超導磁儲能技術可以實現與電力系統的實施大容量交換和功率補償。就目前狀況而言，已經存在100MJ的超導磁儲能系統應用于高壓輸電網中，并發揮出十分重要的作用。我國于20世紀60年代起開展低溫超導研究工作，隨著科學技術水平的發展以及研究的日益深入，目前超導磁儲能技術已經實現了多種功能的集成，研究成果已經安裝在門頭溝變電站，并進行改善電能質量的試驗運行，成為我國首座超導變電站。 3 光伏發電儲能技術的發展與改進
3.1 超級電容器儲能技術
當前狀況下，隨著科學技術的不斷發展與完善，超級電容器儲能技術已經應用于光伏發電系統當中。超級電容器儲能技術又被稱作為電化學電容器，它是一種新型的儲能原件，出現用于上世紀六十年代，并隨著時代的發展不斷完善。超級電容器最為突出的一個優勢為超大的電容量。這主要是因為超級電容器是建立雙電層原理基礎之上的；除此之外，超級電容器還同時具有使用年限長功率密度高、充電時間短、溫度特性好、節約能源和綠色環保的優勢，正是因為超級電容器的這些優勢，使其在各行各業之中都得到了較為廣泛的應用。在進行不同的工作時，超級電容器能夠運行差異性的模式，具有很強的適用性。例如當當儲能裝置進行放電時，前級變換器工作于Boost升壓模式，后級全橋變換器工作于逆變模式；而當儲能裝置進行充電時，前級變換器工作于Buck降壓模式，后級全橋變換器工作于PWM整流模式。但是，目前超級電容器的成本很高，價格十分昂貴，因此在它在電力系統中的應用受到了一定程度的限制。目前狀況下，它在電力系統中多用于短時間、大功率輸出場合，可以對電力系統控制起到一定程度的穩定效果。通過將超級電容器儲能技術應用到光伏發電系統中，能夠對光伏發電系統的儲能穩定性進行較大程度的提升。除此之外，它還可以對伏發電系統波動問題起到一定程度的限制作用，對并網的特點進行有效的改善。
3.2 儲能變流器
儲能變流器是一種針對電池儲能系統應用的大功率并網雙向變流器，它可以對蓄電池的充電與放電過程進行一定程度上的控制，并在此基礎之上實現交直流的變化。在無電網的情況之下，能夠直接為交流負荷進行有效供電。對于儲能變流器而言，它主要是由兩個部分組成的，分別是雙向變流器與相應的控制單元。其運作原理如下：控制器接收到后臺的控制指令，并依據功率指令的符號與大小對變流器進行看控制，并由此實現對電池的充電或者放電，進而調節電網的有功功率與無功功率。除此之外，儲能變流器的控制系統還能夠通過CAN接口與BMS通訊對電池組的狀態信息進行有效的獲取，進而對電池的安全運行進行科學而有效的保證。當前狀況下較為先進的儲能變流器為ES系列產品，它具有十分強大的功能，主要表現在兩個方面：一方面，ES系列儲能變流器能夠實現削峰填谷；另一方面，ES系列儲能變流器還可以平抑新能源發電出力波動。因此，將ES儲能變流器與光伏發電儲能技術進行有機的結合，不僅可以對供電成本進行一定程度上的降低，同時也對可再生資源的應用起到有效的促進作用。對于雙向儲能變流器而言，它可以實現自動同步并網，因此不會對電網造成沖擊，在對其進行設計的過程當中，往往會注重其一體化的特點，安裝起來較為便利，且能夠實現觸摸屏顯示。例如某公司提供的1MW儲能變流器及監控系統，一方面對電力儲能設備的穩定與可靠運行進行了有效的保證，另一方面也在很大程度上提高了供電效率與供電的有效性。在這一基礎之上，將雙向儲能變流器運用到光伏發電系統之中，能夠對光伏發電的穩定與可靠性進行有效的提升。
4 結語
本文主要對光伏發電儲能技術及其進展進行研究與分析。首先對光伏發電技術與儲能技術進行了一定程度的闡述，介紹了當前狀況下較常使用的蓄電池儲能技術、飛輪儲能技術以及超導磁儲能技術。然后在此基礎之上從超級電容器儲能技術以及儲能變流器兩個方面對光伏發電儲能技術的發展與改進進行了分析?？偠灾?，光伏發電儲能技術具有很大的優勢，相比于傳統的發電方式更為便捷、高效且無污染，在電力系統之中能夠發揮出很大的優勢，適合應用與推廣。
參考文獻
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