集成式光充电能量储存系统:驱动未来的新一代电源

【作者】 曾强； 李林鸿； 赖延清； 刘芳洋；

【机构】 中南大学冶金与环境学院；

【摘要】 光伏发电技术可直接将太阳能转换成电能,被认为是一种最清洁有效的太阳能利用方式之一。将光伏器件与储能器件集成并构筑一体化电源是解决光伏发电间断性问题的一种简单有效的方式。经过十余年的探索,目前已经开发出了基于超级电容器,二次电池和氧化还原液流电池的光充电储能器件。但是,针对这一新型集成式电源的认识仍然不够全面,对未来发展方向的把握仍较模糊。因此,详细了解各种类型光充电储能器件的发展历程,分析其存在的问题和面对的挑战,尤其是器件能量转换部分与能量储存部分之间的参数匹配(例如电压,电流,功率,能量和寿命等),对该领域的发展有着重要意义。我们系统、全面地综述了一体化光充电储能器件的工作原理和最新进展,并对该领域未来的发展提出建议。分别讨论了基于超级电容器,二次电池和氧化还原液流电池的光充电储能器件设计原则、工作原理、优缺点和性能,着重分析了各类器件中光伏器件和储能器件之间的参数匹配。三类光充电储能器件中,光充电电容器具有快速充放电、功率匹配良好的特点,但能量不匹配问题较为突出,因此更适合为光伏器件起到稳定输出的作用。而光充电二次电池和光充电液流电池的能量密度较高,具有良好的能量匹配,可分别应用于便携式移动电源和大规模光伏储能电站。但是,电池的充电过程需要在一定的电压下进行且光伏器件的电流输出并不稳定,因此合理优化光伏器件与电池之间的电压匹配以及电池非恒流充电特性是获得高光电转换-储存效率器件的关键。此外,光伏器件与储能器件之间的使用寿命匹配也值得注意,例如基于晶硅太阳电池的光充电二次电池器件中,太阳电池寿命远高于二次电池,因此能量转换部分可以考虑使用寿命较短但成本更低且易柔性化的钙钛矿或有机光伏电池。此外,我们还简要介绍了目前集成式光充电储能器件的实际应用案例;提出一种更加全面的集成器件性能评估方案;并对集成式光充电储能器件的未来发展方向做出展望。更多还原