獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)及放電管理分析

孟航曄 雷剛

摘要：近年來(lái)，光伏發(fā)電在新能源領(lǐng)域當(dāng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)具有極其重要的意義，儲(chǔ)能構(gòu)件的可使用時(shí)間與整個(gè)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的可使用時(shí)間有著直接關(guān)系；而對(duì)于放電的深度、周圍環(huán)境的溫度以及充電時(shí)的電壓等因素都對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中儲(chǔ)能構(gòu)件的正常運(yùn)作產(chǎn)生著影響。本文首先對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了探討，之后對(duì)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的放電管理模塊進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)；儲(chǔ)能技術(shù)；放電管理

引言

在世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的形勢(shì)下，能源得到了越來(lái)越廣泛的使用，因此也使其被源源不斷的開采。現(xiàn)如今，因全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要而導(dǎo)致了能源的大量消耗，自然能源不但在滿足人類發(fā)展要求方面已經(jīng)顯示出了匱乏的狀態(tài)，而且在煤和石油等化石燃料的過(guò)度消耗過(guò)程中也造成了全球變暖和生態(tài)環(huán)境不斷惡化的后果，使人類在生存上受到了嚴(yán)重的威脅。所以，可再生能源技術(shù)逐漸被越來(lái)越多的人關(guān)注。而在眾多的可再生能源技術(shù)當(dāng)中，光伏發(fā)電更是受到了人們的重視，并且新的可再生綠色能源的出現(xiàn)也在和大程度上改善了現(xiàn)階段能源匱乏的問(wèn)題。

1.獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于一種與公共電網(wǎng)相獨(dú)立的光伏發(fā)電的架構(gòu)，其輸出的功率輸出到本地的交流或者直流負(fù)載上。多數(shù)都是使用在不適合架設(shè)輸電線路的偏遠(yuǎn)地帶，其在供電方面并不是很可靠也不是特別的穩(wěn)定，特別容易被負(fù)荷與氣候等因素所影響，如此一來(lái)，加設(shè)能量的儲(chǔ)存與管理的環(huán)節(jié)是非常具有必要性的。系統(tǒng)當(dāng)中基本上有光伏陣列和DC/DC變換器，還包括蓄電池組和其管理模塊以及逆變器和負(fù)載等相關(guān)構(gòu)件。DC/DC變換器是使光伏陣列當(dāng)中產(chǎn)生出來(lái)的電能所具有更高的穩(wěn)定性，然后將此電能輸送到蓄電池組內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，以備在日照不夠充足的時(shí)候使用。

2現(xiàn)階段我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)以及儲(chǔ)能與蓄電池管理的基本狀況

2.1光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)的光伏電池技術(shù)最早出現(xiàn)在建國(guó)的初期，最開始是用來(lái)制造衛(wèi)星，而在工業(yè)領(lǐng)域使用則是始于上世紀(jì)七十年代，一路走來(lái)，到今天在其生產(chǎn)的能力上已達(dá)4.5兆瓦，此后，我國(guó)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)便發(fā)展的更加迅猛，產(chǎn)量呈直線上升的趨勢(shì)。2005年《可再生能源法》的實(shí)施，讓不同類型的具有可再生性質(zhì)的能源能夠在該政策的輔助下實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)然，這其中也包括光伏發(fā)電。與此同時(shí)，在北京舉辦第二十九屆奧運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)，光伏發(fā)電技術(shù)又在奧運(yùn)的建筑建設(shè)當(dāng)中得到了使用，之后在國(guó)家體育館當(dāng)中也使用了130千瓦的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。然而，雖然我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)取得了一定的成就，但比起一些發(fā)展速度較快的國(guó)家，實(shí)施有著一定差距的。所以說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)階段的光伏產(chǎn)業(yè)仍有一定的發(fā)展空間。

2.2儲(chǔ)能與蓄電池管理的基本狀況

由于儲(chǔ)能的相關(guān)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的電網(wǎng)控制技術(shù)當(dāng)中的不足，因此，其也得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，而且在光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電等系統(tǒng)當(dāng)中也占據(jù)著重要的地位，儲(chǔ)能技術(shù)的提升對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有很大的影響作用，主要體現(xiàn)在負(fù)荷的調(diào)節(jié)，電網(wǎng)的削峰和減慢或者降低輸配電建設(shè)的成本方面。目前，儲(chǔ)能和放電管理技術(shù)在我國(guó)得到了大力的推廣和使用。首先，科技信息部、發(fā)改委和財(cái)政部門等政府機(jī)構(gòu)共同提倡實(shí)施一項(xiàng)風(fēng)光儲(chǔ)送示范的工程建設(shè)，其規(guī)?？胺Q目前全球之最，此工程的建設(shè)耗費(fèi)的資金達(dá)到了百億元，與100兆瓦的光伏發(fā)電及500兆瓦的風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃相結(jié)合之后，其儲(chǔ)能的能力更是達(dá)到了75兆瓦；其次，在我國(guó)頒布的相關(guān)文件中提到，對(duì)新能源的發(fā)展一定要加以重視，不斷提高對(duì)于新能源的儲(chǔ)能技術(shù)和充放電管理的相關(guān)研究工作。光伏系統(tǒng)當(dāng)中的儲(chǔ)能部件在使用的過(guò)程中還尚存一些有待解決的問(wèn)題，首先，具有一定先進(jìn)性的儲(chǔ)能構(gòu)件要在合理的應(yīng)用方式輔助之下才能夠使用，然而在光伏系統(tǒng)的使用過(guò)程中，用于儲(chǔ)能的蓄電池會(huì)因?yàn)槭艿綔囟群头烹姷纳疃鹊认嚓P(guān)因素的影響而使其正常使用的時(shí)間變短，以此降低系統(tǒng)整體的使用性能；其次，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境當(dāng)中的時(shí)候，還會(huì)產(chǎn)生供電不足和放電過(guò)度的問(wèn)題，此問(wèn)題的產(chǎn)生也會(huì)在一定程度上對(duì)蓄電池乃至整個(gè)系統(tǒng)的使用造成影響。所以，在對(duì)其加以使用的時(shí)候一定要對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行解決。

3.對(duì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)當(dāng)中的儲(chǔ)能技術(shù)和相關(guān)模型的研究

在新能源不斷的被開發(fā)與使用的過(guò)程中，獨(dú)立光伏系統(tǒng)中的儲(chǔ)能構(gòu)件得到了大力的推廣，大眾對(duì)于儲(chǔ)能構(gòu)件的模型研究和充放電控制辦法的分析也越來(lái)越重視，搭建的模型大致包括以下幾種：

3.1蓄電池等效式模型

初級(jí)的模型、在初級(jí)模型基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的模型、動(dòng)態(tài)式的模型以及Thevenin的模型，以上這些蓄電池模型與能量的相關(guān)管理措施都是優(yōu)缺點(diǎn)并存的，基本上都要以實(shí)際的情況作為依據(jù)對(duì)其加以改進(jìn)之后再使用。

3.2蓄電池超級(jí)電容器模型

蓄電池和超級(jí)電容器結(jié)合而產(chǎn)生的混合式電源可以在很大程度上體現(xiàn)出其具有的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在蓄電池的比能量大以及超級(jí)電容器能夠?qū)崿F(xiàn)快速的充電與放電并且循環(huán)使用的時(shí)間長(zhǎng)等方面，對(duì)減少電源內(nèi)的損耗度起著很大的作用，以此使電源的供電的持續(xù)能夠更久。

3.3太陽(yáng)能光伏當(dāng)中的制氫儲(chǔ)能燃料式電池發(fā)電系統(tǒng)

在獨(dú)立光伏的發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，主要使用的是制氫儲(chǔ)能的方法，此方法很好的取替了過(guò)去利用蓄電池儲(chǔ)能的方式。光伏制氫的儲(chǔ)能方式具有高密度性的特點(diǎn)，同時(shí)其可使用的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，且大大減少了運(yùn)行的成本，使光伏發(fā)電系統(tǒng)所具有的性能得以充分的體現(xiàn)。

4.關(guān)于放電控制和溫度補(bǔ)償?shù)难芯吭O(shè)計(jì)

放電模塊對(duì)于蓄電池組和負(fù)載的有效連接起著至關(guān)重要的作用，在獨(dú)立光伏的整體發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中占據(jù)著重要地位。而這里所說(shuō)的放電模塊基本上包括溫度的補(bǔ)償電路、DoD制式的控制電路、DC/DC制式的穩(wěn)壓電路、狀態(tài)監(jiān)管檢測(cè)電路和放電狀態(tài)下的指示電路，放電模塊所起到的主要作用就是在出現(xiàn)負(fù)載的相關(guān)需求時(shí)，使蓄電池在放電上得到控制，傳導(dǎo)出負(fù)載所需要的不同幅值的穩(wěn)定性直流式電壓，并將其輸送到直流負(fù)載中使用，再者就是在DC/DC制式的變換器輔助之下，把幅值比較低的蓄電池所導(dǎo)出的直流電壓轉(zhuǎn)變成幅值比較高的直流電壓，然后輸送給逆變器，最后通過(guò)逆變器把該部分高電壓轉(zhuǎn)化成達(dá)到相關(guān)頻率與幅度等要求的交流式電壓，以此使交流負(fù)載對(duì)其加以利用。蓄電池所具有的放電深度與溫度與蓄電池的可使用時(shí)長(zhǎng)有著密切的關(guān)系，因此，在獨(dú)立光伏的發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，蓄電池也必須要確保有足夠的電量讓系統(tǒng)能夠正常的持續(xù)運(yùn)作，這樣也就要求在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要提供出一個(gè)與氣象條件有關(guān)的參數(shù)，即連續(xù)陰雨天數(shù)。也就是說(shuō)，蓄電池要能夠在一定的天數(shù)里對(duì)負(fù)載不間斷的供電，對(duì)于供電的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其也被稱作系統(tǒng)自給天數(shù)。一般設(shè)計(jì)時(shí)都以所在地最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)作為參數(shù)，并綜合考慮負(fù)載的要求。而蓄電池按其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)基本上分蓄電池組串并聯(lián)組合和蓄電池內(nèi)部容量的選取。在獨(dú)立光伏發(fā)電的系統(tǒng)當(dāng)中，一定要將技術(shù)以及成本等因素相結(jié)合，選擇適合的蓄電池。

5.結(jié)束語(yǔ)

能量的存儲(chǔ)技術(shù)和放電管理對(duì)于現(xiàn)階段的光伏發(fā)電系統(tǒng)起著至關(guān)重要的意義，這當(dāng)中涵蓋了新型儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)生以及放電管理的改善措施等，本文在對(duì)現(xiàn)階段獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能原理加以探討的同時(shí)，也對(duì)整個(gè)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)能技術(shù)與放電模塊的控制展開了分析，希望對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的的順利發(fā)展起到幫助的作用。

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