超级电容和燃料电池系统在太阳能贮存中的应用
新能源发电系统中储能系统的应用分析
新能源发电系统中储能系统的应用分析随着社会经济的发展和人们环保意识的增强，新能源发电系统的应用逐渐得到推广。
在新能源发电领域中，储能系统被视为解决能源瓶颈、提高新能源使用率的利器。
储能系统能够在新能源发电高峰时段将多余电能储存起来，在新能源发电低谷时段释放使之成为稳定可靠的能源供应系统，保证能量的平稳输出。
本文将从储能系统的类型、优缺点，以及在新能源发电系统中的应用进行分析。
一、储能系统的类型根据其实现原理和能量转换方式储能系统可分为电化学储能、电动机动能储能和电磁储能。
电化学储能是目前应用最广的储能方式。
常见的电化学储能系统包括蓄电池、超级电容器、氢氧燃料电池等。
电池储能系统具有能量密度高、寿命长、使用方便等优点，适用于低功率、长周期的应用环境。
超级电容器可以释放出巨大的电流，电池和超级电容器结合使用可以在高功率、短周期的应用环境中产生较好的效果。
燃料电池储能系统采用可再生能源直接制氢，然后将氢与氧反应产生电能，更加环保和高效。
电动机动能储能是通过电动机把机械能转化为电能储存，具有反应速度快、效率高、无污染等优点。
常见的电动机动力储能设备包括飞轮储能、压缩空气储能等。
电磁储能是通过电磁感应原理将电能转换为磁能存储，然后通过改变磁场使之恢复成电能，从而实现能量的转换。
电动机、电容式储能系统等均采用了电磁储能。
1. 优点（1）保证能量平稳输出：储能系统能够保证在新能源发电高峰时段将多余电能储存起来，在新能源发电低谷时段释放使之成为稳定可靠的能源供应系统，保证能量的平稳输出。
（2）提高新能源使用率：利用储能系统将新能源和传统能源有机结合，可以实现资源利用的高效化和能源的可持续利用，提高新能源使用率。
（3）促进电网建设：储能系统能够增加电网容量、提高电网稳定性，减少电网建设成本。
特别是在偏远地区或是山区，由于电网投资高、维护困难，使用储能系统解决电网不稳定的问题也是一个非常好的解决方案。
（4）加速新能源发展：储能系统在新能源领域中的应用，能够加速新能源的发展，为产业链的建设提供更好的支持，也是新能源产业链发展的重要环节之一。
超级电容器的主要应用领域
超级电容器的主要应用领域超级电容器发展展望：超级电容器也叫做电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，比容量为传统电容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/kg，循环寿命大于100000次，可储蓄的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。
由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。
而且超级电容器对环境无污染，可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。
当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。
近年来，由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。
依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元（见下图1），其中，在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。
根据中商情报预测，截至2014年，我国超容产业的增长率都在30%以上。
超级电容器的主要应用领域：1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。
太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。
光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。
自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来，世界上就便开始了太阳能光伏发电的应用。
目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。
在独立运行系统中，储能单元一般是必须有的，它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。
目前，国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。
超级电容原理及应用
超级电容原理及应用摘要随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。
在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。
电池技术的缺陷Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。
众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。
同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。
超级电容器的特点和优势超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。
同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。
除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。
所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。
因此，必须采用恒流或恒压充电器。
１０年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约１～２美元／法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。
在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。
关键词电子技术;超级电容器;综述;原理;应用AbstractAlong with society economy of development, people for green energy and ecosystem environment more and more concern, the super capacitor be 1 kind to newly keep ability spare part, because it have no can act for of the superiority be more and more valued by people.In some demand the Gao the design of the power, high-efficiency solution, engineer already beginning adoption super capacitor to replace tradition of battery.The blemish of battery techniqueThe new battery of the Li ion, NiMH etc. can provide the energy of a credibility storage project, and already extensive in a lot of realm usage.Know to all, the chemistry battery pass electricity chemical reaction, creation the farad electric charge transfer to storage electric charge of, the service life be shorter, and be subjected to temperature influence bigger, this also similarly adoption the lead sour battery(storage battery) of design face of difficulty.In the meantime, big electric current would direct influence the life span of thesebatteries, therefore, for request longevity life, Gao credibility of some application, these show according to the battery of chemical reaction various shortage.The characteristics and advantage of super capacitorThe principle not new technique of super capacitor, familiar super capacitor mostly is double electricity layer structure, compared with the electrolysis capacitor, this kind of super density and power density of the capacitor energy all very Gao.Together tradition of the capacitor and two battery compare, super capacitor storage electric charge of ability ratio common capacitor Gao, and have to refresh and discharge speed quick, efficiency Gao, free from pollution to environment, circulation life span long, usage temperature scope breadth, the safety Gao Deng3's characteristics.In addition to fast charge with turn on electricity, the another main characteristics of super capacitor be a low resistance.So, when a super capacitor drive all turn on electricity, it performance small electric resistance characteristic, if there is no restriction, it would the Ye take possibility of source electric current.Therefore, have to the adoption Heng flow or constant pressure charger.10 year ago, super capacitor every year can sell go to seldom of amount,and price cost a lot, about USD 1~2/method pull, now, super capacitor alreadyBe standard product large quantity quantity supply market, the price alsoconsumedly lower, average USD 0.01~0.02/method pull.In the last few years in,the super capacitor have already started get into a lot of application realm,such as consume realms such as electronics, industry and transportation industryetc..KEY WORD electron technology;supercapacitors;review;principles;applications目录第一章绪言 (1)第二章超级电容器的原理及结构 (1)第一节超级电容器结构 (1)第二节工作原理及超级电容器储能系统...... (3)第三节主要特点 (4)第三章超级电容器特性 (5)第一节额定容量 (5)第二节额定电压 (5)第三节额定电流 (6)第四节最大存储能量 (6)第五节能量密度 (6)第六节功率密度 (6)第七节等效串联电阻 (6)第八节阻抗频率特性 (7)第九节工作与存储温度 (7)第十节漏电流 (7)第十一节寿命 (7)第十二节循环寿命 (7)第十三节发热 (8)第四章等效电路模型 (8)第五章超级电容器使用实例 (11)第六章超级电容器使用注意事项...... (18)第七章如何选择超级电容器超级电容器的两个主要应用...... .. (18)第八章结论 (20)谢辞 (21)参考文献 (22)第一章绪言电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。
太阳能电池电容
太阳能电池电容通常是指在太阳能发电系统中所使用的储能元件，尤其是在离网型或混合型太阳能发电系统里。
这里的“电容”可能指的是：
1. 滤波电容：在太阳能逆变器或充电控制器等电路中，用于平滑直流电源输出的纹波、稳定电压和提高功率因数，保证电力质量。
2. 储能电容器：虽然电容器的储能密度相比电池要低很多，但在某些特定应用中，如瞬态负载补偿或者高频开关电源中，超级电容器（也称为双电层电容器或法拉电容器）可以作为一种快速充放电的储能元件使用，协助太阳能系统更好地应对负载变化和峰值需求。
3. 缓冲电容：在太阳能电池板与负载或电池之间，用来暂时存储并释放能量，以减小由于光照强度波动导致的电压和电流不稳定性。
4. 串联电容：在某些光伏阵列设计中，为了改善MPPT （最大功率点跟踪）效果或进行电压匹配，可能会在电池串中加入适当电容。
总之，在太阳能发电系统中，电容主要用于提供必要的滤波、储能以及电压调节功能，确保整个系统的稳定运行和高效能源利用。
新型材料MXene在电能储存中的应用
新型材料MXene在电能储存中的应用随着科技的发展，电能储存技术已经成为了人们关注的热点。
因其具有高效、安全、环保等优点，电能储存逐渐取代了传统的化石燃料。
新型材料MXene在电能储存方面的应用备受瞩目，下面我们就来看看这种材料的特点和应用。
一、MXene简介MXene是一种新型的二维材料，它是一种由金属、碳和氟共价键构成的复合材料。
MXene既具有金属的导电性，又具有石墨烯的二维特性，同时还具有出色的机械性能和化学稳定性。
由于其独特的结构和性质，MXene在电能储存领域的应用十分广泛。
二、MXene在超级电容器中的应用超级电容器是一种高效、快速充放电的电能储存设备。
MXene 材料由于其高导电性和高比表面积的特点，能够在超级电容器中发挥出色的储能性能。
此外，MXene材料还具有高的功率密度和长的循环寿命，是一种理想的超级电容器电极材料。
三、MXene在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前商业化应用最广泛的电力储存设备，其主要原理是通过负极和正极之间的化学反应来储存电能。
MXene作为一种新型材料，具有优异的电导率、离子传输能力和机械强度，可作为锂离子电池的电极材料。
与传统的锂离子电池相比，MXene材料可以显著提高锂离子电池的性能表现，并具有更长的使用寿命。
四、MXene在太阳能电池中的应用太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备。
MXene材料可以作为太阳能电池的电极材料，通过改变其结构和组成，可以控制其光电学性能，从而实现更高效率的太阳能电池。
五、MXene在其他领域的应用除了以上几个领域，MXene材料还可以应用于储氢、储能电容、光电导等多个方面。
由于其独特的结构和性能，MXene材料可以应用于各种领域，并有着广阔的发展前景。
总之，MXene是一种具有优异性能的新型材料，其应用领域广泛，具有十分重要的意义。
未来，MXene材料将会在电能储存、光电材料、催化剂等一系列领域得到更深入的研究和应用，为各类电子设备的性能提升创造更加广阔的可能性。
电池与超级电容器的能量存储机制及应用
电池与超级电容器的能量存储机制及应用能源是人类生存发展的基础。
以化石能源为主的传统能源的短缺和对环境的污染问题日益突出，因此新能源的开发和利用备受瞩目。
而在新能源领域中，电池和超级电容器作为两种重要的储能设备，其储能能力和应用价值也逐渐受到重视。
本文将重点介绍电池和超级电容器的能量存储机制及其在不同领域中的应用。
一、电池的能量存储机制电池是一种可以将化学能转换为电能储存起来的装置。
电池的主要部分包括电解液、正极、负极和隔膜等组件。
电池正负极不同材料之间经过化学反应，就会产生电势差并随之产生电流，实现能量的转换和储存。
不同类型的电池其能量存储机制也有所不同。
下面就国内应用相对较广的锂离子电池为例，简单介绍其能量存储机制。
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优点，已经广泛应用于移动电源、电动车辆和储能系统等领域。
锂离子电池的储能机制是通过将锂离子在电极材料（正极为LiCoO2，负极为石墨）中的嵌入和脱出来实现。
在充电过程中，锂离子从正极材料中向负极材料中嵌入，同时释放出电子，形成了锂金属和氧气；在放电过程中，锂离子从负极材料中向正极材料中脱出，同时接受了电子，通过电路流动靠近正极。
锂离子电池的储能机制是一个可逆过程，通过周期性的充、放电可以实现对电荷的转换和储存。
二、超级电容器的能量存储机制超级电容器是一种普遍应用于高功率和长寿命场合的电化学储能装置。
它具有能量密度低、功率密度高、循环寿命长和快速充放电能力等优点。
超级电容器的能量存储机制是通过电极材料表面所进行的离子吸附/脱附实现。
超级电容器的电极材料是一种多孔材料，它通过吸附电荷，从而存储能量的。
与电池最大的不同就是它的电极材料是物理吸附电荷，而电池是通过化学反应来吸附电荷。
超级电容器的电极材料比电池的电极材料更加透气，离子交换更加快速，从而可以实现较高的功率密度。
但是由于超级电容器的电容存储机制，使其能量密度远低于锂离子电池和燃料电池。
超级电容器技术在可再生能源领域的应用
超级电容器技术在可再生能源领域的应用时下，可再生能源的开发和利用成为了全球范围内一个重要的议题。
随着人们对能源需求的增长和对环境保护的追求，寻找可再生能源的替代方案变得日益迫切。
在这一领域中，超级电容器技术作为能量存储和回收的一种创新解决方案，正逐渐引起研究和产业界的重视。
超级电容器是一种可以高效储存能量并快速释放的设备，也被称为电化学超级电容器或电化学电容器。
其储能原理不同于传统的化学电池，而是通过在两个电极之间积累静电的方式来存储能量。
相对于传统的电化学电池，超级电容器具有更高的能量密度、更快的充放电速度和更长的循环寿命，因此在可再生能源领域有着广泛的应用前景。
首先，超级电容器可以作为可再生能源系统中的能量存储解决方案。
可再生能源，如风能和太阳能，受天气条件的限制，其能量产生的不稳定性一直是一个难题。
超级电容器能够快速储存和释放能量，使得可再生能源系统能够应对能源的间断性。
当可再生能源产生的能量超过需求时，超级电容器可以储存多余的能量；而当可再生能源产生的能量不足时，超级电容器可以释放存储的能量来满足能源需求。
其次，超级电容器还可以用于电动车和轨道交通中的能量回收和再利用。
电动车和轨道交通在使用过程中会产生大量的制动能量和车辆动能，传统上这些能量都被浪费掉。
而超级电容器可以将这些能量储存起来，以便在需要的时候进行回收和利用。
通过能量回收和再利用，超级电容器可以大幅度提高能源利用效率，减少对传统能源的依赖，同时减少对环境的污染。
此外，超级电容器还可以用于微电网系统中的能量调节和平衡。
微电网系统是一个小规模、独立运行的能量分布和控制系统，通常使用多种能源资源进行供电。
由于多种能源资源产生能量的不稳定性，微电网系统需要一种能够进行能量调节和平衡的技术。
超级电容器的高速充放电特性使其可以迅速响应系统的需求，为微电网系统提供能量调节和平衡的支持。
最后，超级电容器还可以用于智能电网中的能量存储和调节。
智能电网是一种基于信息技术的电力系统，通过实时监控和控制，将电力分布和使用进行优化。
五种常见的能源储存技术及其在能源行业中的应用效果
五种常见的能源储存技术及其在能源行业中的应用效果能源储存技术在当今能源行业中起着至关重要的作用。
随着能源消耗的不断增加和可再生能源的快速发展，寻找高效的能源储存技术成为了科学家和工程师们的重要课题。
本文将介绍五种常见的能源储存技术，并分析它们在能源行业中的应用效果。
一、化学能储存技术1. 锂离子电池锂离子电池是目前最常见和最广泛应用的化学能储存技术之一。
它采用锂离子在正负极之间的反复嵌入和脱嵌实现能量的存储和释放。
锂离子电池在手机、电动汽车等领域得到了广泛应用，其高能量密度和长循环寿命使其成为理想的能源储存解决方案。
2. 燃料电池燃料电池将化学能直接转化为电能，不同类型的燃料电池采用不同的燃料来产生电能。
其中最常见的是氢燃料电池，它将氢气和氧气反应产生电能和水。
燃料电池在交通运输、航空航天等领域有着广泛的应用前景，并且具有零排放、能量密度高等优势。
二、机械能储存技术1. 抽水蓄能抽水蓄能是一种将多余的电能转化为重力势能或压缩空气，然后在需要时通过水轮机或透平发电机将其转化回电能的技术。
这种技术具有响应迅速、可靠性高等特点，广泛应用于电网调峰、电能储备等领域。
2. 声能储存声能储存是一种将电能转化为机械能储存，再通过声能转换器将其转化回电能的技术。
它可以利用声波的高频振动和长时间存储的特点，广泛应用于声能电池、超级声能电池等领域。
三、热能储存技术1. 热电转换储能技术热电转换储能技术通过将热能转化为电能来实现能源的储存。
它采用热电材料的热电效应将热能转化为电能，具有高效率、稳定性好等特点。
热电转换储能技术在太阳能、核能等领域有着广泛的应用前景。
2. 季节性热储季节性热储是指将夏季的多余热 energy 存储起来，在冬季或其他需要的时候释放出来供热。
这种技术采用地下储热器、水储热器等设备，以及导热管路、热交换器等系统实现能源的高效储存和利用。
四、电磁能储存技术1. 超导磁体能量存储超导磁体能量存储是利用超导材料在低温状态下抵抗电流损耗和能量损失的特性，将电能转化为磁能储存。
电力电子在能量储存系统中的应用
电力电子在能量储存系统中的应用随着能源需求的增加和可再生能源的推广，能量储存系统在能源领域发挥着越来越重要的角色。
而电力电子技术作为能量转换和控制的基础，在能量储存系统中也起着至关重要的作用。
本文将探讨电力电子在能量储存系统中的应用。
一、能量储存系统的概述能量储存系统是指通过将能量转化为其他形式并储存起来，以供之后使用的系统。
它可以将能源高效地存储和释放，解决了能源供需不平衡的问题，提高了能源利用率。
电力电子技术在能量储存系统中发挥着关键性的作用。
二、电力电子技术在能量储存系统中的应用1. 电力电子技术在电池储能系统中的应用电池储能系统是最常见的能量储存系统之一，它通过将电能转化为化学能进行存储。
而电力电子技术在电池储能系统中的作用是实现电能与化学能之间的高效转换，并控制电池的充放电过程。
例如，在电池充电时，电力电子技术可以通过控制电流和电压来实现恰当的充电速率，保护电池免受过载损坏。
而在电池放电时，电力电子技术可以提供稳定的电流输出，以满足不同负载的需求。
2. 电力电子技术在超级电容器储能系统中的应用超级电容器储能系统是能量储存系统中容量大、充放电速度快的一种形式。
电力电子技术在超级电容器储能系统中起着重要的作用。
它可以控制超级电容器的充放电过程，确保充电过程高效、放电过程稳定。
电力电子技术还可以对超级电容器进行继电器控制，实现对输出电压的调节和控制。
3. 电力电子技术在燃料电池储能系统中的应用燃料电池储能系统通过将燃料气体的化学能转化为电能进行存储，是一种高效、清洁的能量储存方式。
电力电子技术在燃料电池储能系统中可以实现电能与化学能的高效转换，并控制燃料电池的工作状态。
例如，在燃料电池系统中，电力电子技术可以实现对电压和电流的调节，以保证燃料电池输出的电能稳定并满足负载需求。
4. 电力电子技术在超导储能系统中的应用超导储能系统是一种高效、低损耗的能量储存方式。
电力电子技术在超导储能系统中可以控制超导磁体的充放电过程，确保超导磁体工作在最佳状态。
光伏发电的储存方法
光伏发电的储存方法光伏发电是目前较为常见的一种清洁能源发电方式，但光伏发电存在着间歇性和不稳定性的问题，因此储存光伏发电能量成为了一项重要的课题。
本文将介绍几种常见的光伏发电的储存方法。
一、电池储存法电池储存法是光伏发电最常见的储存方法之一。
通过将光伏电池板直接连接到电池组，将通过光伏发电产生的电能储存起来。
电池储存法具有储存容量大、使用寿命长、反应迅速等优点。
目前常用的电池储存方法有铅酸电池、锂离子电池等。
铅酸电池具有成本低、可靠性高等优点，但是体积大、重量重；锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高等优点，但是成本较高。
二、燃料电池储存法燃料电池储存法是一种将光伏发电转化为氢能的储存方法。
通过光伏发电产生的电能，将水分解为氢气和氧气，然后将氢气储存起来。
当需要使用储存的能量时，通过燃料电池将氢气和氧气反应产生电能。
燃料电池储存法具有能量密度高、储存容量大、反应迅速等优点。
然而，燃料电池储存法存在着氢气储存不稳定、成本较高等问题。
三、压缩空气储存法压缩空气储存法是一种将光伏发电转化为压缩空气能的储存方法。
通过光伏发电产生的电能，将空气压缩储存起来。
当需要使用储存的能量时，通过释放压缩空气驱动涡轮发电机产生电能。
压缩空气储存法具有储存容量大、成本较低等优点。
然而，压缩空气储存法存在着能量损失较大、储存效率低等问题。
四、超级电容储存法超级电容储存法是一种将光伏发电转化为电场能的储存方法。
通过光伏发电产生的电能，将电能储存到超级电容中。
超级电容储存法具有充放电速度快、寿命长、环保等优点。
然而，超级电容储存法存在着储存容量较小、成本较高等问题。
五、储热储能法储热储能法是一种将光伏发电转化为热能的储存方法。
通过光伏发电产生的电能，将热能储存起来。
当需要使用储存的能量时，通过释放储存的热能来供暖或发电。
储热储能法具有储存容量大、成本较低等优点。
然而，储热储能法存在着能量损失较大、储存效率低等问题。
光伏发电的储存方法有电池储存法、燃料电池储存法、压缩空气储存法、超级电容储存法和储热储能法等。
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系统应用的流程图
当需要电力时， 由燃料电池堆利用已储存的氢和 氧发电或者由超级电容直接供电。 太阳能发电一燃料 电池一超级电容联合使用， 实际上是太阳能一氢能一 燃料电池一电能一用户、 以及太阳能一电能一用户的 能量输送链， 其中燃料电池和超级电容在能量转换过 程中起关键的作用。 太阳能一燃料电池一超级电容联 合发电系统具有储能密度高， 使用寿命长以及没有污
3 电 玻 。年 ， 4} ， 琳2。 第 。 2期
研 究 与开 发
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燃料电池原理及优点
燃料电池 ( Fu 1Ce l 发电是一种新型发电技 e l ) 术，是以电化学反应把燃料的化学能直接转变为电 能的高效发电装置， 1 是燃料电池的工作原理图。 图 氢气在燃料极分解为电子与质子，质子能通过电解 质到达氧气极，电子经外电路到达氧气极，然后反 应生成水。只要让氢、氧源源不断地送入，在外电
研 究与开发
超级 电容和燃料 电池系统 在 太 阳能贮存 中的应用
刘世梅
黄允千
(上海海事大学 上海 200135) 摘要 太阳能是可再生资源，具有很大的开发潜能，但其能量密度低，不稳定。本文阐述 了
在太阳能中应用超级电容和燃料电池系统，能使太阳能同其它常规能源一样，成为连续、均匀、
稳定的能源。 关键词: 太阳能贮存; 超级电容; 燃料电池
燃料 电池工作原理图
燃料电池能量转换效率高，与热机不同，它直 接将化学能转变为电能，不受卡诺循环的限制，目
前热机带动发电机发电的效率仅为3 %一 5 40%， 而燃
料电池理论上能量转换效率在 60%左右，在实际应 用时，综合利用热能后，其总效率能达到 8 %。以 0 氢为原料时，其产物是水，不污染环境，是绿色能 源。 燃料电池工作时其内部构件一般处于静止状态， 这使得燃料 电池高度可靠、工作寿命长。燃料电池 的发电装置是模块结构，操作和维修十分方便。 燃料电池被认为是未来的发电技术之一，发达 国家已对燃料电池进行了深入的研究和开发。
20Ol35)
Abstr act The solar ener y is a kind of reProducible ener y which has great Potential f r g g o exPloitation， its low density make it not suit f r daily use. The aPPlication of SuPer CaPacitor and but o Fuel Cell System discussed in this PaPer can make the solar energy continuum、 equality、 tranquilization and be suit f r daily use. o Key wor ds: stock of solar ener y; SuPer CaPacitor ; Fuel Cell g
鉴于在能量转换效率高、低温性能好、使用寿 命长、没有环境污染等方面的优点，超级电容和燃 料电池很适合应用于太阳能能的贮存。 太阳能一燃料电池一超级电容系统中由太阳能 光电池发电，产生的电能一部分给超级电容充电，以 电能的形式存储起来; 另一部分用来电解水，制出氢 和氧并储存起来。虽然超级电容过充无危险，但是为 了随时都能满足用户的需要，仍旧需要在超级电容两 端并联电压表，用以显示超级电容的贮能状态。在超 级电容器与用户之间串连一个 DC心C 变换器，这样 一来允许超级电容深度放电，且可以对用户提供较为 稳定的电压。系统的简单流程如图 3 所示。
存在的空间矢量定向、矢量作用时间计算、矢量位 置判断等困难， 本文采用直接计算合成参考 电压矢 量的方法， 大大简化了计算过程， 便于数字实现， 实验 结果验证了控制算法的科学性。 参考文献
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太阳能光电 池供电，光电 池的总面积为 32 m“ 3 ，能提 供30kw 电 力。多余的电力用来电 解水制氢和氧并储
存起来，电解槽为 7O 压力、2 kw 。产生的氢气和 Pa 6 氧气分别压缩至 1120Pa 和 7O 储存。 Pa 当需要电力时， 由一台碱性燃料电池利用已储存的氢和氧发电。燃料 电池为西门子公司产品，功率 6kw ，输出 45~6O 。 v 超级电容应用于贮能的实例还没有投入运行，但是该 系统的优越性会使其有大的发展。
作者简介
于伟庆( 97 .1 ， 辽宁省大连市， 1 9 ) 男， 大连理工大学电 信学院自 动化
系研究生， 研究 向: 基于TMS320LF2407 DSP的电力机车四象限整流研究
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中国 科技产业. 2 0 ， 062
[10 孙进旭.燃料电池在建筑热电冷三联供中的应用分 ] 析.制冷空调与电力机械. 200 ， 1 6一 5 6 0 2 : 6 [11 王殿华.储存能源的疑难 百科知识. 2006 7 ] ，
作者简介
刘世梅 ( 1 83一 上海海事大学 “ 9 ) 电力电子与电力传动” 学科硕士生。
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引言
2 太阳能的新贮存形式
由于太阳能使用的对象及条件的不同，太阳能 贮存的方式也不同，主要有热能、机械能、电能、 化学能等贮存方式。 热能贮存是太阳能的一种主要贮存方式，是直 接用集热器把太阳光的能量收集起来，以备后用。 把太阳能转换为电能是贮存太阳能的另一主要 方式。在发电系统中，蓄电池必不可少。但蓄电池 具有污染大，使用寿命短等无法解决的问题，为此 提出了新的电能贮存系统— 超级电容和燃料 电池 相结合的贮存系统。 超级电容和燃料电池系统可以把太阳能光电池 产生的电能分别以氢能和电能的形式储存，具有使 用寿命长、储能量大、无污染、效率高、维护方便 等优点，而且在用户需要电力时，可以及时满足要 求，解决了以前的储能系统无法解决的问题。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源， 也是人类可利用的最丰富的能源。在我国广阔的土地 上，太阳能资源非常丰富，理论储量达每年 1 00 亿 7 0 吨标准煤， 太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。 与其它形式的能源相比，太阳能有很多其他能 源无法比拟的优点: 太阳能取之不尽，用之不竭; 使用方便，分布广泛; 清洁，无污染; 是可再生的 能源 。但太阳能利用在技术上存在一些问题 ，太阳 能的能量密度低， 天气也会造成接收徒量的不稳定。 因此发展还比较缓慢， 不能得到广泛、 普遍的使用。 为此，收集阳光充足、强烈时的太阳能，并贮 存起来， 使太阳能同其它常规能源一样， 成为连续、 均匀、稳定的能源，是促进太阳能应用的关键。本 文阐述的超级电容和燃料电池系统在这一方面起到 了重要作用。
4 超级电容器原理及优点
超级电 容器 (Super c 即acitor)， 又称双电 层电 容
器。 其电极材料由碳材料构成， 并使用有机电解液作 为介质， 活性炭与电解液之间形成离子双电层， 通过 极化电解液来储能， 其原理如图 2 所示。 超级电容器 是一种电化学元件， 在其储能过程中并不发生化学反 应， 且储能过程是可逆的， 因此超级电容器反复充放 电可以达到数十万次，且不会造成环境污染。 超级电容器具有非常高的功率密度，为电池的 0 0 1 ~1 0 倍， 可以在短时间内放出几十到几百安培的 电流，这个特点使得电容器非常适合用于短时间高 功率输出的场合。充电速度快且模式简单，其充电 是双电层充放电的物理过程或电极物质表面的快速 可逆的电化学过程，可以采用大电流充电，能在几 十秒到 分钟内完成充电过程，是真正意义上的快
电解液界面
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氢气 ( 燃料 )
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氧气
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图2
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未反应 的氢气
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图1
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未反应的氧 气、水蒸气
超级 电容原理图
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太阳能一燃料电池一超级电容系统联合
使用
APPlication of SuPer CaPacitor and Fuel Cell System in the s tock of s olar Energy
Liu s himei Huang y nqian u
( Shanghai Mar time University Shangha i i
路接通时，燃料 电池就对负载供以直流电。
速充电; 而且无需检测是否充满， 过充无危险; 使用 寿命长，超级电容器充放电过程中发生的电化学反 应具有很好的可逆性，实际可达到十万次以上，比 电池高 10~100 倍; 低温性能优越， 超级电容充放 电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质 表面进行，所以容量随温度的衰减非常小。鉴于其 优 良特性，超级电容非常适合在太阳能一 燃料性也是不可忽视的问题。超级电容和 燃料电池在太阳能贮存中的应用只是在试验阶段， 费用较高，但是随着技术的不断发展和完善，会相 对比较经济，联合系统的性能也将不断提高。