基于超級電容的光伏電站儲能 1 發展前景： 能源是人類社會存在和發展的重要物質基礎，隨著社會的發展，能源日漸減少，太陽能作為重要能源之一，以其永不枯竭，無污染等優點，正得到迅速的發展。但太陽能存在間歇性、不穩定性和不可控性等缺陷, 為保證其供電的均衡性和連續性, 儲能裝置成為光伏發電系統的關鍵配套部件。儲能系統種類較多, 如鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池和釩液流電池等其技術雖成熟度不一, 但均較易實現大容量儲能。但電池類儲能的充放電速度、充放電次數等受到限制, 不能用于實現快速的動態功率補償, 抑制動態振蕩、平滑風力發電輸出的快速變化，但超級電容由于儲能過程屬于物理反應，因此充/放電流可瞬時達到幾百安，實現快速充/放電，斷電ms時間內響應，充分保護用電設備的安全，而且在合適的使用條件下充/放電次數在50萬次以上，免維護等優勢，在光伏-發電儲能系統中有重大潛力。
2 光伏電站組成：
1） 太陽能電池板 按晶體硅電池板劃分：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。 按非晶硅電池板劃分：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。 （1） 單晶硅太陽能電池： 單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本很大，使用壽命一般可達15年，最高可達25年。 （2） 多晶硅太陽能電池： 光電轉換效率約12％左右，從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，總的生產成本較低，多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池短。3） 薄膜太陽能電池： 新型薄膜式太陽電池，它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，目前水平為8％左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。 3 光伏發電使用儲能系統的必要性： 太陽能光伏發電系統需要儲能蓄電池。對于獨立光伏發電系統需要蓄電池是可以理解的；對于并網光伏發電系統，為了減少太陽能發電對電網穩定的影響，對電網有功分量的補償只有依靠蓄電池或者其他儲能裝置。 1） 光伏發電對儲能系統的5項基本要素： 1.1：高的瓦時效率 由于太陽電池發電成本比較高，所以蓄電池的充電、放電效率，是太陽能光伏發電儲能蓄電池的最重要、最基本的就是指標，但是又是被絕大多數蓄電池生產企業所忽視的指標。 蓄電池的效率分電壓效率、安時效率和瓦時效率，對于太陽能光伏發電系統我們最關心的是瓦時效率，這是因為太陽能光伏發電的成本比較高，我們不希望光伏發電的電能在存儲的過程中無端損失掉，這對于提高太陽能光伏發電系統效率非常重要。鉛酸蓄電池瓦時效率只有70-80%；而且，蓄電池的瓦時效率是指25℃條件下的效率，當環境溫度在零下或者40℃以上時實際效率要下降許多。 1.2：蓄電池應該有比較平坦的充電特性曲線 對于小型獨立光伏發電系統，系統對MPPT（最大輸出功率點）的跟蹤，絕大多數情況是依靠蓄電池對太陽電池組件工作點的鉗位，如果蓄電池的充電特性曲線比較平坦，將有效提高太陽電池的利用效率。即使對于有MPPT（最大輸出功率點跟蹤）的獨立光伏發電系統或者是并網光伏發電系統，由于有了比較平坦的充電特性曲線，MPPT里面的DC/DC變換器的電壓差可以做到最小，所以跟蹤效率將有所提高。 1.3：充電放電循環次數多 充電放電循環次數多實際上是表現在使用的壽命長，這是一個非常重要的指標。當然，這里還涉及放電深度問題、使用環境溫度問題、充放電倍率問題；單體電池串聯、并聯的平衡問題等等，因為光伏電池組件壽命一般為25年左右，因此超長壽命的儲能單元可以最大限度的節省使用和維護成本。 1.4： 快速的充/放電響應 由于太陽能發電存在隨機性、不穩定性、谷-峰相差大等特性，要求儲能系統可吸收頻繁微弱光照，儲能迅速等特性。 1.5：不污染環境如果蓄電池在充電/放電過程中或者廢棄回收過程中污染了環境，這種蓄電池就悖于太陽能光伏發電綠色環保的初衷，抵消了太陽能電池的節能減排效果；在這方面物理法儲能要獨特的優勢。
 2） 各種儲能器件性能對比：
1） 電池類儲能： 蓄電池種類較多, 如鉛酸電池、鋰電池、鈉硫電池和釩液流電池等其技術雖成熟度不一, 但均較易實現大容量儲能。但電池類儲能的充放電速度、充放電次數等受到限制, 不能用于實現快速的動態功率補償, 抑制動態振蕩、平滑光伏發電輸出的快速變化。 （2) 超導磁儲能： 超導磁儲能一般由超導線圈及低溫容器、制冷裝置、變流裝置和測控系統 4 個主要部分組成。其主要特點是: 響應速度快, 可以達到 1 ms～ 5 ms; 儲能效率高, 可達到 90%以上; 可實現大功率輸出，但要求溫度保持在臨界溫度以下，對環境要求過于苛刻。 （2） 超級電容器： 超級電容器的存儲容量可以達到數千F以上，理論上超級電容器應具備很高的功率密度和循環壽命。與蓄電池和傳統物理電容器相比, 超級電容器的主要技術特點 體 現 在: 功 率 密 度 高, 遠高于目前蓄電池的功率密度水平; 循環壽命長, 在幾秒的高速深度循環 1 萬次~ 50 萬次后, 超級電容器的特性變化很小, 容量和內阻僅降低10%～20% 響應速度較快, 對過充電和過放電有一定的承受能力。由上分析可得出超級電容在光伏電站儲能方面有無與倫比的優越性，具體的有以下幾點：
2.1 良好的充/放電特性，近似為線性關系：
通過電容的充放電曲線可看出電容在太陽微弱光照情況下依然可以進行儲能，而傳統蓄電池只要在電壓達到一定門限時才能吸收能量，這樣無異于對能量的巨大浪費，我公司通過長期實驗得出結論：超級電容可使太陽能電池板轉化吸收效能提高3%以上，對薄膜電池來講意味著提高37.5%的吸收率，大大的增加了儲能效率，降低了成本。 2.2 超長的循環壽命（50萬次以上）： 太陽能由于自身的特點——陽光強度的不穩定，可能引起蓄電池反復頻繁充電，導致電池壽命縮短。而超級電容器因具有50萬次以上的充放電循環壽命和完全免維護、高可靠性等特點，很快成為貯能緩沖裝置的首選，此外，在有瞬間強負載的系統中，利用該電容器可以發揮穩定系統電壓，減少系統電源容量配置的作用。 2.3 快速響應特性（ms級）： 超級電容放電響應時間在ms之內，遠遠短于傳統蓄電池，可以有效、及時保護負載的安全。 2.4 綠色能源，不污染環境。 3） 超級電容與蓄電池混合的優勢： 超級電容的缺點是能量密度相比于蓄電池較低，無法長時間、大量的能量支撐。
 2.7V/3000F電容能量密度為： E=1/2×C×U2=10935J/（3600×0.54Kg）=5.6Wh/Kg如果將超級電容與蓄電池混合使用，使蓄電池的能量密度大的特點與超級電容響應時間短、功率密度大、循環壽命長等特點結合起來，無疑將大大提升儲能系統性能。 在光伏等可再生能源儲能系統中，儲能裝置不但要面對負載功率脈動的問題，還會經常處于發電功率不穩定狀態。 由于超級電容的濾波作用，在光伏系統的輸出功率和負載功率大幅波動時，能保證蓄電池的充放電電流在比較平滑的范圍內波動，避免了蓄電池因充放電電流過大而過早失效。此外，超級電容有一定的容量儲存能力，減小了蓄電池由于氣候原因所導致的不必要的充/放電小循環，延長了系統使用壽命。