基于超级电容器的光伏储能系统设计

TECHNOLOGY AND INFORMATION104 科学与信息化2023年10月下基于超级电容混合储能的分布式光伏发电系统李跃飞中电建新能源集团股份有限公司 北京 102600摘 要 探讨了超级电容混合储能的分布光伏发电系统的质量控制措施。

首先介绍了该系统的含义和主要组成，包括光伏发电模块、超级电容、逆变器等；然后从组件质量控制、系统设计和工程实施、运行和维护管理3个方面详细阐述了质量控制措施。

通过这些措施，可以确保系统的性能、可靠性和安全性，为可持续能源发展做出贡献。

关键词 超级电容；混合储能；分布式；光伏发电Distributed Photovoltaic Power Generation System Based on Supercapacitor Hybrid Energy Storage Li Yue-feiPowerChina Renewable Energy Group Co., Ltd., Beijing 102600, ChinaAbstract The quality control measures of distributed photovoltaic power generation system for supercapacitor hybrid energy storage are discussed. Firstly, the meaning and main components of the system are introduced, including photovoltaic power generation modules, supercapacitor, inverter, etc.; Then, the quality control measures are elaborated from three aspects: component quality control, system design and engineering implementation, operation and maintenance management. Through these measures, the performance, reliability and safety of the system can be ensured, which contribute to the development of sustainable energy.Key words supercapacitors; hybrid energy storage; distributed; photovoltaic power generation引言随着可再生能源的快速发展，超级电容混合储能的分布光伏发电系统作为一种重要的能源解决方案，受到了广泛关注。

基于超级电容的光伏电站储能1发展前景：能源是人类社会存在和发展的重要物质基础，随着社会的发展，能源日渐减少，太阳能作为重要能源之一，以其永不枯竭，无污染等优点，正得到迅速的发展。

但太阳能存在间歇性、不稳定性和不可控性等缺陷, 为保证其供电的均衡性和连续性, 储能装置成为光伏发电系统的关键配套部件。

储能系统种类较多, 如铅酸电池、锂电池、钠硫电池和钒液流电池等其技术虽成熟度不一, 但均较易实现大容量储能。

但电池类储能的充放电速度、充放电次数等受到限制, 不能用于实现快速的动态功率补偿, 抑制动态振荡、平滑风力发电输出的快速变化，但超级电容由于储能过程属于物理反应，因此充/放电流可瞬时达到几百安，实现快速充/放电，断电ms时间内响应，充分保护用电设备的安全，而且在合适的使用条件下充/放电次数在50万次以上，免维护等优势，在光伏-发电储能系统中有重大潜力。

2光伏电站组成：1）太阳能电池板按晶体硅电池板划分：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。

按非晶硅电池板划分：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。

（1）单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。

（2）多晶硅太阳能电池：光电转换效率约12％左右，从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，总的生产成本较低，多晶硅太阳能电池的使用寿命要比单晶硅太阳能电池短。

（3）薄膜太阳能电池：新型薄膜式太阳电池，它的主要优点是在弱光条件也能发电。

但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前水平为8％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。

3光伏发电使用储能系统的必要性：太阳能光伏发电系统需要储能蓄电池。

对于独立光伏发电系统需要蓄电池是可以理解的；对于并网光伏发电系统，为了减少太阳能发电对电网稳定的影响，对电网有功分量的补偿只有依靠蓄电池或者其他储能装置。

基于光伏发电与超级电容的分布式储能系统近年来，随着电动汽车和可再生能源的兴起，分布式储能系统也成为了一个备受关注的话题。

分布式储能系统是指利用分散在不同地方的储能设施，将电能储存下来，随时提供给需要的用电设备，实现能源的高效利用。

在分布式储能系统中，光伏发电和超级电容技术的结合应用备受青睐。

光伏发电利用太阳能将光能转化为电能的技术，是目前越来越流行的一种可再生能源。

然而，光伏发电系统的一个缺点是随着天气的变化，其发电效果也会受到影响。

在晴天时，光伏发电效果最好，而在阴雨天气中，光伏发电效率会大大降低。

为了解决这一问题，分布式储能系统运用超级电容技术能够收集不同地方的能量，储存起来，在天气变化或用电高峰时提供电能。

超级电容作为一种新型的能量储存装置，与传统的电池相比，有着许多优点。

首先，超级电容可以更快地充电和放电，容量略小。

其次，超级电容的使用寿命很长，可重复充放电几万次以上，且充放电效率高，能量损失少。

此外，超级电容还具有卓越的低温性能和电磁兼容性，不会受到外界电磁干扰和环境温度的影响。

光伏发电与超级电容结合起来，可以构筑出更为高效的分布式储能系统。

光伏发电系统通过太阳能捕获发电，将发电用超级电容进行储存，当需要用电时，可以通过超级电容释放储存的电能。

这种分布式储能系统不但可以有效地解决光伏发电天气变化的问题，还可以更快速、更稳定地提供电能。

当然，在建设分布式储能系统时，还需要考虑到许多实际问题。

光伏发电系统的布局和设计要充分考虑使用的超级电容的容量和工作电压，以及储存和提取电能的控制系统。

此外，超级电容还有较高的成本，需要通过技术的不断发展和市场的扩大来实现成本的下降。

总的来说，分布式储能系统的应用不仅可以实现能源的高效利用，还能够减少对传统能源的依赖，对环境保护和可持续发展有着积极的意义。

光伏发电与超级电容的结合，为分布式储能系统的建设提供了新的可能，并为可再生能源的发展和推广提供了更为有效的途径。

基于混合型超级电容器的光伏发电系统能量存储研究混合型超级电容器（hybrid supercapacitor）具有高能量密度和高功率密度的特点，因此在光伏发电系统能量存储研究中具有重要的应用潜力。

本文将就基于混合型超级电容器的光伏发电系统能量存储进行研究，并讨论其优势、挑战以及未来发展前景。

光伏发电系统是一种直接利用太阳光转化为电能的技术，但太阳能的可利用程度受到日照时长、天气状况等因素的影响。

为了提高光伏发电系统的可靠性和稳定性，能量存储技术被引入其中。

光伏发电系统能量存储的目的是将太阳能转化的电能暂时存储起来，以便在太阳能不可利用时继续供应电能。

传统的光伏发电系统能量存储多采用锂离子电池等化学电池作为存储设备，这些设备具有较高的能量密度，可以存储大量的电能。

然而，传统化学电池在高功率输出时存在容量下降、寿命短等问题，不能很好地满足光伏发电系统的要求。

与传统化学电池相比，混合型超级电容器具有更高的功率密度和更长的循环寿命，因此成为了理想的光伏发电系统能量存储设备。

混合型超级电容器通过在电极材料中引入导电聚合物或活性材料，使得电容器兼具超级电容器和电化学电池的特点。

首先，混合型超级电容器具有较高的功率密度，可以在瞬时负载变化的情况下快速释放储存的能量。

这对于光伏发电系统来说非常重要，因为光伏发电系统在晴天时会产生较大的功率，需要能够快速存储和释放能量。

混合型超级电容器的高功率输出特性可以很好地满足光伏发电系统的要求。

其次，混合型超级电容器具有较长的循环寿命，能够进行数万次的充放电循环而不出现明显的容量衰减。

这使得光伏发电系统能够长时间稳定地利用储存的能量，提高系统的可靠性和寿命。

而传统化学电池在高功率输出时容易发生容量下降，需要频繁更换，增加了系统维护成本和不稳定性。

然而，混合型超级电容器在光伏发电系统能量存储中仍面临一些挑战。

首先，混合型超级电容器的能量密度相对较低，存储的能量相对有限。

这对于光伏发电系统来说可能不足以支持夜间或云雾天气的供电需求。

超级电容器储能控制系统的研究摘要随着国民经济的发展和科技的进步，人民生活水平的不断提高，无论是工业、农业，还是商业，以及人民的日常生活都对电能质量提出了越来越高的要求。

于是，各种各样的电网补偿元件出现在实际生产中。

由于具有良好的性能，储能元件越来越受到人们的关注。

本文中对超级电容器的储能控制技术系统了研究。

超级电容器是一种新型的储能元件，具有储电能力强，功率密度高的优点，可以快速充放电，而且寿命长，充电反复次数高，是高效实用的储能元件。

文中首先对超级电容器出现的背景进行了说明，并且介绍了超级电容器的结构和原理，并对简单的储能控制技术进行研究。

然后，本文在上文理论基础上建立了简单的超级电容器储能控制系统，研究设计了其中各个模块的构成和作用。

最后，利用MATLAB对该系统的作用进行仿真，得出结论。

结果表明：超级电容器储能控制系统能够很好的提高和改善电网电能质量。

关键词：电能质量；超级电容器；储能控制系统；仿真目录1 绪论..................................................................... １问题的提出.............................................................. １电压质量及其重要性...................................................... １电压干扰的方面........................................................ ２电压质量问题的重要性.................................................. ４引起电压干扰的原因与解决办法............................................ ４引起电压干扰的原因.................................................... ５解决电压质量波动的措施................................................ ５储能设备的发展现状...................................................... ５本章小结................................................................ ６2 超级电容器简介........................................................... ７超级电容器的产生背景.................................................... ７超级电容器的原理及分类.................................................. ７超级电容器的特点........................................................ ８超级电容器的应用........................................................ ８本章小结................................................................ ９3 超级电容器储能系统结构及控制技术....................................... １０超级电容器的等效电路模型.............................................. １０超级电容器储能系统基本理论............................................ １０超级电容器储能控制系统主电路.......................................... １１整流单元的选择........................................................ １１逆变器的选择与控制.................................................... １３逆变器的选择........................................................ １３逆变器的控制方法.................................................... １４DSP控制系统........................................................... １６ ABC-DQ0坐标变换........................................................ １６本章小结.............................................................. １８4 SPWM控制技术.......................................................... １９PWM控制技术........................................................... １９SPWM调制方法.......................................................... １９采样型SPWM法......................................................... ２１自然采样法.......................................................... ２１规则采样法.......................................................... ２２SPWM波形的实现........................................................ ２４模拟调制方法........................................................ ２４ SPWM 芯片控制....................................................... ２４本章小结.............................................................. ２５5 超级电容控制系统的设计................................................. ２６超级电容器控制系统的主电路构成........................................ ２６功率主电路的设计...................................................... ２６DSP控制电路和抗干扰设计............................................. ２７ DSP控制电路的设计理论............................................. ２７ TMS320C5410芯片的基本介绍........................................... ２７ DSP控制电路设计..................................................... ３１..................................................................... ３５ DSP控制系统的抗干扰设计............................................. ３６PI控制器设计......................................................... ３７ PI控制器原理....................................................... ３７ PI调节器的参数整定.................................................. ３８本章小结.............................................................. ３９6 超级电容器控制系统仿真............................................... ４０仿真模型的建立........................................................ ４０滤波器的设计........................................................ ４０ PI控制器设计........................................................ ４１仿真数据.............................................................. ４１结果分析.............................................................. ４２本章小结.............................................................. ４２7 结论................................................................... ４３1 绪论问题的提出随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，社会和人民生活对电力需求越来越大，这极大地促进了电力事业的发展，使电网不断扩大，与此同时，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高，甚至连电源的瞬时中断也不能接受，任何微小的电力问题都会对社会造成无法估计的损失。

摘要：能源是航标灯正常发光的重要保证，本文论述了当前航标光伏供电系统存在的问题，重点研究了基于超级电容补偿性的航标灯光伏电源系统设计。

系统的研究和实验表明，光伏发电功率脉动时，蓄电池能够工作在优化的充电状态，有效降低小电流充电次数，延长蓄电池使用寿命。

关键字：超级电容航标灯光伏系统太阳能作为一种清洁、环保的能源在航标设备中应用越来越多，利用太阳能光伏发电系统和储能系统可将太阳能转换成电能提供给航标设备发光发讯。

目前，在航标灯上的供电方式较多的采用太阳能电池＋蓄电池的模式或者太阳能电池＋控制器＋蓄电池的模式。

这种供电方式对安装位置较偏远或者海上工作的航标设备来讲，提供了很大的便利。

在这种传统光伏系统中，光伏电池的发电功率受制于日照强度、环境温度等自然条件的变化，使输出功率不稳定，导致光伏发电系统功率低下，大多数蓄电池在低电流情况下充电效果不佳，尤其在无人值守灯塔、灯浮标使用时具有不稳定性和不可预测性。

本文分析了传统航标灯光伏储能系统存在的弊端，以提高弱光照情况下储能装置的充电效率和优化蓄电池充电过程以延长其使用寿命为目标，结合现有的航标灯工作模式，提出了一种光伏混合储能型航标灯系统设计方法。

1传统型光伏供电系统的弊端分析基于电化学反应的可充电蓄电池在传统光伏储能系统中存在着一定的局限性，很难达到预期的性能要求和技术指标，具体体现在以下4个方面：1）循环寿命问题蓄电池在储能过程中电极活性物质参与化学反应，会引起电极结构的膨胀和收缩，频繁的充放电过程会导致蓄电池容量的过早衰减。

蓄电池可能因为日照强度、环境温度等因素的变化而处于时充时放的充放电小循环状态，导致蓄电池过早的容量损失或失效，缩短了使用寿命。

2）深度放电后的容量恢复问题当蓄电池处于深度放电状态时，如果受到自然资源或系统故障等因素的影响，光伏发电系统不能发电或发电量很小，蓄电池放电后的容量得不到及时恢复，就会导致极板硫酸盐化严重和实际容量的损失，甚至过早失效。

基于超级电容储能的光伏发电系统研究一、内容概览随着全球能源危机的日益严重和环境污染问题日益突出，太阳能作为一种清洁、可再生的能源受到了越来越多的关注。

光伏发电系统作为一种利用太阳能进行发电的方式，具有无污染、可再生等优点，已经成为全球能源领域的重要发展方向。

然而光伏发电系统的稳定性和持续性仍然面临着很大的挑战，尤其是在阴雨天气和夜间等光照不足的情况下。

为了解决这一问题，本文将研究基于超级电容储能的光伏发电系统，以提高其稳定性和持续性，为实现可持续发展提供技术支持。

超级电容储能技术是一种新型的储能技术，具有充放电速度快、能量密度高、寿命长等特点，可以有效地解决光伏发电系统在光照不足时的能源储备问题。

本文首先介绍了超级电容储能技术的原理和特点，然后分析了超级电容储能在光伏发电系统中的应用现状和发展趋势。

接着本文设计了一种基于超级电容储能的光伏发电系统模型，并对该模型进行了仿真验证。

通过对比实验结果，分析了超级电容储能技术在提高光伏发电系统稳定性和持续性方面的作用，为进一步推广应用提供了理论依据。

1. 研究背景和意义随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题的日益严重，新能源技术的研究和应用已成为各国关注的焦点。

光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的发展潜力。

然而光伏发电系统的稳定性和可靠性仍然面临着诸多挑战，如天气波动、电网接入、储能等问题。

为了解决这些问题，研究者们开始关注超级电容储能技术在光伏发电系统中的应用。

超级电容储能是一种新型的储能技术，具有充放电速度快、循环寿命长、能量密度高、环保无污染等优点。

将超级电容储能技术应用于光伏发电系统，可以有效提高系统的稳定性和可靠性，降低对化石能源的依赖，减少温室气体排放，对于推动新能源产业的发展具有重要的意义。

首先基于超级电容储能的光伏发电系统可以提高光伏发电的稳定性。

在晴天和多云天气条件下，光伏发电系统的输出功率存在较大差异，而超级电容储能可以在光伏发电功率低时进行充电，在光伏发电功率高时进行释放，从而实现对光伏发电功率的有效调节，提高整个系统的稳定性。

关于超级电容器储能LED太阳能草坪灯系统的设计摘要：本论文介绍了一种基于超级电容器储能、LED灯和太阳能电池板的草坪灯系统，利用环保、节能的太阳能作为能源，通过智能化的充放电系统和控制电路，实现了草坪灯节能高效、光线柔和、使用寿命长等优点。

我们对该系统进行了设计，包括草坪灯电路、电源电路、充电电路等部分的详细设计，并进行了实验验证，证明了该系统的优越性。

关键词：超级电容器、LED太阳能草坪灯、储能系统、光源控制、太阳能电池板正文：随着环保意识的增强，节能减排的要求越来越高，太阳能作为一种绿色、清洁的能源逐渐受到人们的关注，草坪灯作为公共环境照明设备之一，在节能、环保上也有着应用前景。

为此，我们设计了一种基于超级电容器储能、LED灯和太阳能电池板的草坪灯系统。

首先，我们选用LED作为光源，这是因为LED有高效、寿命长等优点，较传统草坪灯更加节约能源，而且LED光源颜色温和、似自然光线，可避免让人产生眩光等不适感受。

同时，我们采用超级电容器作为储能元件，超级电容器充电速度快、放电能量密度大、寿命长、安全可靠等特点，可以较好地解决充放电效率低、电化学储能器寿命短等问题，以保证草坪灯的使用寿命和可靠性。

其次，我们设计了草坪灯的电路，通过适当增加滤波电容和二极管，能够实现稳压输出和光源控制功效。

草坪灯电路由太阳能电池板的直流输出供电，经过草坪灯自带的电源电路进行电平的整流和稳压，最后把电能储存在超级电容器中。

当夜晚来临，草坪灯的照明控制自动开启，将储存在超级电容器中的电能转换为光能，以供给LED光源进行照明。

同时还设计了充电电路，采用太阳能电池板直接充电或交流/直流转换器来充电，使超级电容器得到充分的充电，以保证草坪灯系统的长期稳定运行。

实验结果表明，该系统具有储能功率大、使用寿命长、光线柔和等优点，可以满足不同灯杆高度和照度需求，还具有可拓展性和可维护性。

因此，这种基于超级电容器储能、LED灯和太阳能电池板的草坪灯系统在今后的绿色环保方面将有广阔的应用前景。