太陽能光伏發(fā)電儲能系統(tǒng)

1、太陽能光伏發(fā)電儲能系統(tǒng)介紹 * 離網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)離網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 除了太空電站外，其它光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用都受到白天有日照和夜 晚無日照的影響。而對于其負(fù)載無論白天和晚上都可能要運(yùn)行。對 于這一類負(fù)載在整個系統(tǒng)中就要選用蓄電池作為能源存貯單元。通 常的獨(dú)立光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。 電能的儲存及管理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中很重要。目前， 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的儲能裝置是鉛酸蓄電池，但 它存在如循環(huán)壽命短，功率密度低，維護(hù)量大等一些 難以克服的缺點(diǎn)，并且占整個發(fā)電系統(tǒng)的成本很高， 而光伏發(fā)電系統(tǒng)存在輸入能量極不穩(wěn)定，間隙性大等 特性，會導(dǎo)致蓄電池過早失效或容量損失，進(jìn)一步加 大了發(fā)電系統(tǒng)的成本，這是光伏發(fā)電系統(tǒng)亟待

2、解決的 問題。 儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀及主要問題儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀及主要問題 蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)與放電深度的關(guān)系蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)與放電深度的關(guān)系 蓄電池蓄電池電量的測量電量的測量 蓄電池的容量就是蓄電池的蓄電能力。通常以充足電后的蓄電 池，放電至其端電壓到終止電壓時，電池所放出的總電量。當(dāng) 蓄電池以恒定電流放電時，它的容量(Ah)等于放電電流(A)與其 持續(xù)時間(h)的乘積。 即： Q=It 1.1.測量內(nèi)阻測量內(nèi)阻( (電導(dǎo)電導(dǎo)) )法法 在蓄電池的老化過程中，其內(nèi)阻的上升明顯早于充電時端電壓的提 高，直到內(nèi)阻上升了60%以上時，端電壓才有明顯的增大，而端電 壓的增大正是電解液干涸的表現(xiàn)，因此，內(nèi)

3、阻具有很好的預(yù)測性， 其與容量的關(guān)系如圖所示。 蓄電池內(nèi)部溫度對其性能有很大的影響，當(dāng)電解液的溫度在10 35的范圍內(nèi)變化時，每變化1，則其容量變化約0.8%。所以在 判斷蓄電池的性能時，要考濾溫度的影響，故溫度測量不可少。 2.2.安時安時(AH)(AH)方法方法 當(dāng)電池處于放電工作時，對于很多場合都需要知道電池的剩余容量 及供電時間，根據(jù)電池的額定容量和放電電流的監(jiān)測，不難實(shí)時計 算出剩余容量，假定負(fù)載相對穩(wěn)定，則換算出供電時間。一般情況 下，電池制造廠都給出在不同放電倍率下的電池容量。 3.3.電壓法電壓法 這種方法主要用在簡單測量，它是通過測量開路電壓和負(fù)載電 壓的大小，開路電壓以及負(fù)

4、載電壓的減少，都表明容量的不足 。蓄電池的開路電壓與容量有密切的關(guān)系。這里指的開路電壓 是在蓄電池內(nèi)部完全穩(wěn)定時測量的電壓。雖然開路電壓的測量 是一種非在線的(斷開了所有的負(fù)載)且需要長的穩(wěn)定時間，但 可以利用它與容量的良好關(guān)系來了解容量。對于連續(xù)使用的蓄 電池在初始使用時得到初始容量。 光伏系統(tǒng)蓄電池充電控制及分析光伏系統(tǒng)蓄電池充電控制及分析 在能量管理系統(tǒng)中，蓄電池的充放電控制技術(shù)直接影響到系統(tǒng) 的性能。充電控制方法的優(yōu)劣，一方面影響到蓄電池的荷電量 的大小，另一方面關(guān)系到其使用壽命。對鉛酸蓄電池的充電方 法有很多，包括恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、兩階段 充電、三階段充電、快速充電、

5、智能充電、均衡充電等方法。 光伏系統(tǒng)由于考慮到能源有限、成本投資有限及充電電源特殊 等特點(diǎn)，因此在光伏系統(tǒng)的充電控制有其特殊性。 1.恒流充電恒流充電 恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著蓄電池電壓的變化要進(jìn) 行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于又多個蓄電池串聯(lián)的蓄電池組進(jìn) 行充電，能使落后的蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電 模式。 這種充電方式的不足之處是，蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又 偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長，特別在充電后期，析出氣體多，對 極板沖擊大，能耗高，其充電效率不足65%。由于析氣較多，VRLA蓄電池不宜使 用

6、此法。 2.恒壓充電恒壓充電 恒壓充電就是指以一恒定電壓對蓄電池進(jìn)行充電。因此在充電初期由于蓄電池電 壓較低，充電電流很大，但隨著蓄電池電壓的漸漸升高，電流逐漸減小。在充電 末期只有很小的電流通過，這樣在充電過程中就不必調(diào)整電流。相對恒流充電來 說，此法的充電電流自動減小，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低 ，充電效率可達(dá)80%，如充電電壓選擇適當(dāng)，可在8小時內(nèi)完成充電。此法的充電 特性曲線如圖所示，此法也有其不足之處： 1)在充電初期，如果蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電控制 器的安全，而且蓄電池可能因過流而受到損傷； 2)如果蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電

7、時間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量 多的電池組充電; 3)蓄電池端電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成 。 3.三段式充電三段式充電 恒流充電階段，充電器充電電流保持恒定，充入電量快速增加，電池電壓上 升； 恒壓充電階段，充電器充電電壓保持恒定，充入電量繼續(xù)增加，電池電壓緩 慢上升，充電電流下降； 蓄電池充滿，充電電流下降到低于浮充轉(zhuǎn)換電流，充電器充電電壓降低到浮 充電壓； 浮充充電階段，充電器充電電壓保持為浮充電壓； 效果：蓄電池這樣蓄電池在初期充電不會出現(xiàn)很大的電流，在后期也不會出現(xiàn)高 電壓，使蓄電池產(chǎn)生析氣。 充電電路拓?fù)渑c控制框圖充電電路拓?fù)渑c控制框圖 超級電容器超級電容

8、器 超級電容器又叫法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一 種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種 儲能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電 數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無 反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì) 中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個容性存儲 層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近 。 結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類 超級電容器的結(jié)構(gòu)形式大致分為兩種,其一是柱狀電容器 ,即把基片卷繞起來裝進(jìn)園形金屬外殼內(nèi),這種電容器適 用于低電壓大電流充放電的情況；另一種是疊層式的,即 將電極基片疊起來,組裝在塑料或金屬殼內(nèi),

9、這種電容器 用在高電壓小電流充放電的情況下比較合適。 超級電容器的優(yōu)缺點(diǎn)：超級電容器的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn) 在很小的體積下達(dá)到法拉級的電容量；無須特別的充電 電路和控制放電電路；和電池相比過充、過放都不對其 壽命構(gòu)成負(fù)面影響；從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色 能源；超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢 固等問題； 缺點(diǎn) 如果使用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容 器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路； 與蓄電池的比較與蓄電池的比較 1.超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位， 且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄 的電壓范圍，如果過充過放可能造成永久性破壞。

10、 2.超級電容器的荷電狀態(tài)（SOC）與電壓構(gòu)成簡單的函數(shù)，而 電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。 3.超級電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相 反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命會大打折扣。 4.超級電容器可以快速充電而電池快速充電則會受到損害。 5.超級電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個 循環(huán)。 光伏系統(tǒng)使用超級電容的可行性光伏系統(tǒng)使用超級電容的可行性 文獻(xiàn)表明，無論是將蓄電池與超級電容直接連接還是通過 無源或有源方式相連接，超級電容均可補(bǔ)償蓄電池的輸出 電流，緩解蓄電池輸出大電流的壓力并使得蓄電池端電壓 下降減少，電源系統(tǒng)內(nèi)部損耗減少，改善蓄電池的特性， 延長其壽命。 超級電容器蓄電池混合儲能方案超級電容器蓄電池混合儲能方案 充電控制器對光伏陣列的輸出能量進(jìn)行控制,根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài), 以一定的方式向后級供電,包括MPPT方式、限流方式和恒壓方式。 系統(tǒng)中