太阳能光伏应用中的储能系统的研究

陈晓波

摘 要：随着社会经济的不断发展，对于能源的需求量逐渐增多，相应的能源短缺问题日益严重，这就需要开发可再生能源。太阳能光伏作为重要的可再生能源，在进行能量的转化过程中难以避免会造成能量损失，这就需要为其配备相应的储能系统，进而提高能量的利用率。本文对太阳能光伏的储能系统进行了一定的论述，在此基础上，结合太阳能光伏的工作特点，对其应用过程中的储能系统进行了比较深入的分析，有助于促进太阳能光伏系统能量利用率的不断提高，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：太阳能；光伏；储能

1 前言

太阳能作为一种可再生的能源，具有非常广泛的应用范围，尤其是将其应用于发电工作中，能够对当前的能源短缺问题起到一定的缓解作用。在采用太阳能进行发电的过程中，由于受到地球自转的影响，其整个发电过程不是连续进行的，也就无法进行全天候的发电。因此，太阳能发电难以满足对负荷的连续性需求，为了确保人们日常工作和生活对于能源的需求，这就需要采取相应的储能设备，用于存储多余的电能，进而实现电能的持续稳定供应。通过对太阳能光伏应用中的储能系统进行系统全面的分析，并结合太阳能发电的特点，选用适宜的储能系统，进而为储能系统的高效运行提供可靠保障。

2 太阳能光伏的储能系统

在太阳能光伏发电的过程中，常用的储能系统主要有：蓄电池、飞轮以及超导磁场等，其具有不同的特点，需要结合实际的运行需求进行选择，下面将分别进行论述。

2.1 蓄电池储能

蓄电池作为电化学领域的主要代表，其在电化学领域获得了非常广泛的应用，为人们的生活和工作带来了诸多便利。在蓄电池进行储能的过程中，主要表现为能量向直流电能的转化，在转化过程中会伴随有一定的能量损失，这主要取决于蓄电池自身的特性。蓄电池向外进行供能是建立在电池内氧化还原反应的基础上，进而能够将其存储的能源以直流电的形式输送至用能单位。按照所采用电化学介质的不同，可以将蓄电池划分为：铅酸、锂离子以及金属氢化物镍等3种不同的类型，其中铅酸蓄电池以其较好的应用效果，获得了非常广泛的应用。

2.2 飞轮储能

飞轮作为一种新式的储能系统，其具有非常明显的优势，例如，经济合理、绿色高效以及安全可靠等，能够满足多种不同工作条件下的储能需求。飞轮所储存的能源主要来自于风能、过剩的电能以及太阳能等，这3者所占的比例主要取决于地区，并且其机电储能效果良好，在多个领域都具有应用。双程飞轮作为一种常见的飞轮储能形式，其具有非常高的能源转化率，能够减少不必要的能源损失，并且当其位于高峰值状态，其能够提供非常大的功率容量，进而满足大量能量的存储需求。同时，双程飞轮在运行过程中，其功率管理工作较为简单，便于操作，对于操作人员的专业水平要求较低，能够满足多种工况下的管理需求。当电压和电流处于给定的情况下，双程飞轮的设计较为灵活，能够满足各种复杂工况的设计需求，这就为其在更大的范围内进行推广应用建立了良好的基础。

2.3 超导磁场储能

超导磁场储能是建立在磁场的基础上，通过将超导体圆环置于磁场之中，并对其进行相应的降温处理，将其温度降低至临界温度之下，再清除整个磁场。由于电磁自身具有一定的感应性特征，处于电磁场中的超导体圆环内部会产生一定的感应电流，为了避免电能损失，确保电流的持续稳定供应，这就需要降低圆环电阻，通过将其温度降低至临界点之下，能够为电能的有效存储建立良好的基础。超导磁场储能系统具有非常明显的优势，能够在较短的时间内完成充电，大大提高工作效率，并且还能满足高功率的需求，其在工业领域获得了较为广泛的应用，促进了工作效率的不断提高，为企业带来了良好的经济效益。

3 太阳能光伏应用中的储能系统

在太阳能光伏发电的过程中，为了对其所产生的电能进行有效存储，这就需要为其配备相应的储能系统，当前，我国的铅酸蓄电池产量较大，并且还具有技术上的领先优势，已经在河北省建立了大型的储电站，其主要目的是实现对风电出力的跟踪，有效提升电能的直流，提升电能供给的可靠性。

3.1 飞轮储能应用

由于飞轮储能具有广泛的适应性，通过将其有效的应用于太阳能光伏发电储能工作中，能够实现与电场的配合发电，这就有助于对当地电网系统进行科学合理的调频控制，从根本上改善电能质量，为电用户提供高质量的电能服务。在实际进行调频的过程中，飞轮储能设备表现出了非常优良的性能，主要有以下几方面：

首先，响应速度快，在相同容量环境的条件下，相较于水电和其所采用的调频资源而言，将飞轮应用于调频工作中，能够显著提高整体效益，甚至达到前者两倍以上的效果；其次，实现真正意义上的节约能源，通过建设配套的飞轮调频电站，能够满足火电站全负荷条件下的运行需求，减少不必要的能源浪费，有助于在一定程度上提高能源利用率。此外，电网能够保持原容量状态下运行，并不需要对其进行增容处理，相应的发电量峰值就能得以提升。通过采用飞轮储能系统，还能延长电网容量的使用寿命，从根本上延迟电网的容量升级，能够大大缩减新电厂建设的审批时间，这也就实现了真正意义上的节约；最后，运行过程中不会产生污染，能够与周围环境协调发展，在飞轮储能的实施过程中，并不需要采用燃料，也不会产生有毒有害的气体或固体。飞轮中的转子是由质量较轻，但是强度非常高的复合材料制成的，通过采用树脂将其中的玻璃纤维和石墨材料进行有效的结合，能够适应各种恶劣的工况。同时，为了尽可能避免不必要的摩擦损耗，减少能量损失，将电机转子和飞轮在真空环境中进行了系统全面的密封处理。

3.2 超级电容储能应用

超级电容作为大功率的二次电源，其具有非常广泛的应用范围。首先，作为电车的电源，超级电容具有非常高的能量密度，能够满足高功率的运行负荷需求，这就为电车的加速和启动提供了可靠保障。同时，还可以将其作为混合电动车的启动电源，通过将蓄电池与超级电容器进行并联连接，能够大大改善蓄电池体积大和质量重的缺点，延长其使用寿命；其次，用于电子电源，作为卫星普遍使用的混合型电源，其也就是将电池与太阳能进行有机结合，能够大大提高设备的运行质量。同时，超级电容还能够用于电动工具的快速充电，还可以用作医疗系统的急救电源，并且不需要进行充放电的维护保养，能够大大减轻管理人员的维护保养工作量；最后，在电力系统中的应用，通过采用超级电容能够对分闸提供持续的电能供应，这就为传统分合闸装置优势的充分发挥建立了良好基础。超级电容的体积较小，能够满足空间受限的操作需求，即光伏电池能够向超级电容进行充电，能够进一步提高光伏发电的有效性。

4 结语

总而言之，太阳能作为一种可再生的能源，通过进行光伏发电能够对其进行有效的利用，但是由于受到太阳能发电间断性的影响，可以增设相应的储能系统，进而为太阳能光伏发电的广泛应用起到一定的促进作用。

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