太阳能光伏-燃料电池联合发电系统蓄电池和燃料电池的配置研究 (2011年)

建立了联合系统的太阳能光伏阵列、燃料电池、电解槽、蓄电池等模块的数学模型，并对每个模块进行matlab/simulink仿真模拟，重点模拟了在1kW光伏条件下，蓄电池、燃料电池以不同功率（0W/1000W，200W/800W，500W/500W，800W/200W，1000W/0W）分配时，输出功率特性以及各个情况下的费用问题，并通过实验进行验证，可知蓄电池、燃料电池按照200W/800W功率分配时，其效率、费用总体优于其他方案。 ### 太阳能光伏-燃料电池联合发电系统蓄电池和燃料电池的配置研究 #### 一、引言 随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，清洁能源的开发利用成为各国关注的重点。太阳能作为一种无限可再生的绿色能源，得到了广泛的应用和发展。然而，由于太阳能光伏发电受到天气和时间的影响，其供电具有一定的不稳定性。为了克服这一缺点，研究人员提出了太阳能光伏-燃料电池联合发电系统，该系统结合了太阳能光伏板和燃料电池的优点，能够实现稳定高效的能源供应。 #### 二、研究背景与目的 本研究基于我国丰富的水力资源和太阳能资源，提出了一种新的能源解决方案——太阳能光伏-燃料电池联合发电系统。该系统利用太阳能光伏板将阳光转化为电能，同时通过电解水制氢技术将多余的电能存储为氢能，再通过燃料电池将氢能转换为电能，从而实现能源的有效利用和储存。通过对该系统中的关键部件——蓄电池和燃料电池的不同配置进行研究，旨在找到一种既能保证系统高效运行又能降低成本的最佳配置方案。 #### 三、系统组成与数学模型建立 本研究中的联合发电系统主要包括以下几个部分：太阳能光伏阵列、燃料电池、电解槽和蓄电池。针对每个模块，研究者建立了相应的数学模型，并使用MATLAB/Simulink软件进行了仿真模拟。 - **太阳能光伏阵列**：模型考虑了光照强度、温度等因素对光伏阵列性能的影响。 - **燃料电池**：模型分析了燃料利用率、温度等因素对燃料电池效率的影响。 - **电解槽**：模型评估了电能转换为氢能的效率。 - **蓄电池**：模型研究了充放电效率、自放电率等因素对蓄电池性能的影响。 #### 四、仿真模拟与结果分析 在仿真过程中，特别关注了当光伏输出为1kW时，不同功率配置下（0W/1000W，200W/800W，500W/500W，800W/200W，1000W/0W）蓄电池和燃料电池的工作情况及其经济效益。具体而言： 1. **0W/1000W**：此时全部电力由燃料电池提供，没有电能储存在蓄电池中。 2. **200W/800W**：部分电能（200W）储存在蓄电池中，其余电能（800W）由燃料电池提供。 3. **500W/500W**：电能平均分配于蓄电池和燃料电池。 4. **800W/200W**：大部分电能（800W）储存在蓄电池中，少量电能（200W）由燃料电池提供。 5. **1000W/0W**：所有电能都储存在蓄电池中，燃料电池不工作。 通过对以上五种配置方案的仿真模拟，结果显示，当蓄电池和燃料电池功率配置为200W/800W时，整个系统的效率和费用表现最优。这是因为该配置方案在保证系统稳定运行的同时，也有效降低了整体成本。 #### 五、实验验证 为了进一步验证仿真结果的准确性，研究团队还进行了实际的实验测试。实验结果与仿真结果一致，证实了200W/800W的配置方案在实际应用中同样表现出较高的效率和较好的经济效益。 #### 六、结论 本研究通过建立太阳能光伏-燃料电池联合发电系统的数学模型，并对其进行仿真模拟和实验验证，发现当蓄电池和燃料电池的功率配置为200W/800W时，整个系统的综合性能最佳。这一成果为未来清洁能源系统的优化设计提供了重要的理论依据和技术支持。