蓄電池的選擇

-.z.獨(dú)立光伏系統(tǒng)蓄電池的選擇時(shí)間：2021-04-0913:08:01來(lái)源：電源在線網(wǎng)1引言伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速開展，能源消耗持續(xù)增加，環(huán)境問(wèn)題日益突出，開發(fā)、利用太陽(yáng)能作為新能源成為大勢(shì)所趨。太陽(yáng)能發(fā)電無(wú)需燃料，具有無(wú)污染、平安、無(wú)噪聲、運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠、資源的相對(duì)廣泛性和充足性、長(zhǎng)壽命等其他常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點(diǎn)。光伏能源被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新能源、可再生的綠色能源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，依據(jù)應(yīng)用的形式不同一般可分為兩大類：獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。其中獨(dú)立光伏系統(tǒng)應(yīng)用相對(duì)廣泛，日常生活中可見太陽(yáng)能手電筒、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能充電器等均屬于此類系統(tǒng)。獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般由四個(gè)根底局部組成：光伏電池陣列、儲(chǔ)能系統(tǒng)〔蓄電池〕、直流控制系統(tǒng)、負(fù)載，如圖1所示。圖1獨(dú)立光伏系統(tǒng)組成在獨(dú)立的光伏系統(tǒng)中，蓄電池的作用主要是儲(chǔ)存能量，在晚上或多云等氣候情況下，光伏陣列不能提供足夠的能量時(shí)，蓄電池供應(yīng)負(fù)載，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它是僅次于太陽(yáng)能光伏陣列的重要組成局部，也是對(duì)系統(tǒng)性能可靠性、系統(tǒng)本錢影響最大的局部之一。本文探討如何在保證系統(tǒng)正常工作、最大使用壽命、最大限度降低本錢的情況下，為獨(dú)立光伏系統(tǒng)選擇并確定參數(shù)合理、數(shù)量適宜的蓄電池。2蓄電池的選擇〔1〕方法獨(dú)立光伏系統(tǒng)蓄電池的選擇過(guò)程主要包括三個(gè)方面：蓄電池種類、蓄電池的容量和蓄電池組串并聯(lián)確實(shí)定。蓄電池種類很多，主要有鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫電池等。目前，由于產(chǎn)品技術(shù)的成熟性和本錢等因素，一些小型簡(jiǎn)單的獨(dú)立光伏系統(tǒng)中使用鎳氫電池，但應(yīng)用較少；多數(shù)的獨(dú)立光伏系統(tǒng)中使用鉛酸蓄電池，應(yīng)用廣泛。國(guó)家還制定了GB/T22473-2021"儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池"標(biāo)準(zhǔn)，用以標(biāo)準(zhǔn)該類鉛酸蓄電池產(chǎn)品的要求。本文以下的內(nèi)容均以鉛酸蓄電池為根底。蓄電池的容量選擇與很多因素有關(guān)，主要有日負(fù)載需求、蓄電池最大放電深度、獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、安裝地環(huán)境溫度。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的蓄電池容量，要保證系統(tǒng)在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)正常工作。在光照度低于平均值的情況下，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電能，不能完全補(bǔ)充每日負(fù)載需求從蓄電池中消耗能量而產(chǎn)生的空缺，這樣蓄電池就會(huì)處于虧電狀態(tài)。如果在一定時(shí)間內(nèi)光照度始終低于平均值，蓄電池持續(xù)放電以供應(yīng)負(fù)載的需要，蓄電池的荷電狀態(tài)持續(xù)下降。但是為了防止蓄電池的損壞，這樣的放電過(guò)程只能允許持續(xù)一定的時(shí)間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)平安的最低值，即蓄電池的最大放電深度。這里我們將持續(xù)放電時(shí)間稱為：獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，即光伏系統(tǒng)在沒有任何外來(lái)能源的情況下蓄電池供應(yīng)負(fù)載正常工作的天數(shù)。獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)確實(shí)定主要與兩個(gè)因素有關(guān)：光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣象條件〔最**續(xù)陰雨天數(shù)〕、負(fù)載對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度。通常我們將光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最**續(xù)陰雨天數(shù)作為光伏系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，同時(shí)還要綜合考慮負(fù)載對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度。對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)合重要的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，如通信、醫(yī)院等重要部門，必須考慮系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)較長(zhǎng)，一般考慮為〔7～14〕天，相對(duì)應(yīng)的電池容量也需較大。對(duì)于其他應(yīng)用場(chǎng)合的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、以及對(duì)應(yīng)的電池容量大小可以根據(jù)實(shí)際情況確定。同時(shí)，由于鉛酸蓄電池的額定容量會(huì)隨著溫度的變化而變化〔見圖2〕，當(dāng)蓄電池溫度下降時(shí)，蓄電池的容量會(huì)下降，所以安裝地氣溫對(duì)確定蓄電池的容量非常重要。如果安裝地的氣溫較低，實(shí)際需要的蓄電池容量就要比常溫條件下需要的蓄電池容量大，才能保證在不影響蓄電池使用壽命的情況下滿足負(fù)載的用電需求。大多數(shù)鉛酸蓄電池生產(chǎn)企業(yè)一般會(huì)提供相關(guān)的蓄電池溫度-容量修正曲線。在該曲線上可以查到對(duì)應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)。圖2溫度與容量關(guān)系綜合上述所有的影響因素，可以得到如下獨(dú)立光伏系統(tǒng)蓄電池容量計(jì)算公式：日負(fù)載需求〔Ah〕×獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)蓄電池容量=------------------------------------〔1〕最大放電深度×容量修正系數(shù)蓄電池串并聯(lián)確實(shí)定直接關(guān)系到單體蓄電池?cái)?shù)量確實(shí)定，依賴于系統(tǒng)工作電壓、單體蓄電池標(biāo)稱電壓和容量以及計(jì)算出的系統(tǒng)的蓄電池容量。系統(tǒng)工作電壓主要涉及到太陽(yáng)電池組件的輸出電壓、控制器的額定工作電壓以及負(fù)載的工作電壓。通過(guò)單體蓄電池的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)工作電壓的匹配。系統(tǒng)串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)量計(jì)算如下：系統(tǒng)工作電壓串聯(lián)單體蓄電池?cái)?shù)=-----------------------〔2〕單體蓄電池標(biāo)稱電壓?jiǎn)误w蓄電池的并聯(lián)數(shù)量由計(jì)算出的系統(tǒng)的蓄電池容量除以單體蓄電池容量得到。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，要盡量減少并聯(lián)數(shù)目，最好是選擇大容量的單體蓄電池以減少所需的并聯(lián)數(shù)目。因?yàn)椴⒙?lián)的單體蓄電池在充放電的時(shí)候會(huì)發(fā)生電流不平衡現(xiàn)象。并聯(lián)的組數(shù)越多，發(fā)生蓄電池不平衡的可能性就越大。〔2〕實(shí)例根據(jù)上述計(jì)算公式，用一個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)作為范例。假設(shè)該太陽(yáng)能路燈光伏系統(tǒng)負(fù)載為24V、60W的LED燈，每天工作時(shí)間約為10h。這是一個(gè)負(fù)載對(duì)電源要求并不是很嚴(yán)格的系統(tǒng)，我們選擇6天的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，并使用深循環(huán)電池，放電深度為80％，單體蓄電池標(biāo)稱電壓12V、額定容量200Ah。安裝地環(huán)境溫度為15℃～25℃〔假設(shè)該溫度下容量不需修正〕。從而可得：日負(fù)載需求：60×10/24=25(Ah)；蓄電池容量：6×25/0.8×1=187.5(Ah)；需要串聯(lián)的單體蓄電池?cái)?shù)：24V/12V=2〔只〕；需要并聯(lián)的單體蓄電池?cái)?shù)：187.5/200＝0.93，取整數(shù)為1。所以該太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)需要使用12V/200Ah的蓄電池個(gè)數(shù)為：2串聯(lián)×1并聯(lián)=2〔只〕。3結(jié)語(yǔ)一般情況下，在選定蓄電池種類后，根據(jù)日負(fù)載需求、獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、最大放電深度、安裝地氣溫等信息數(shù)據(jù)和上述計(jì)算公式，就可以選擇和確定獨(dú)立光伏系統(tǒng)蓄電池的容量大小以及蓄電池?cái)?shù)量。但在實(shí)際應(yīng)用中，蓄電池容量的選擇還要考慮其他因素，比方安裝地點(diǎn)，如果在很偏遠(yuǎn)的地區(qū)，考慮到維護(hù)本錢、維護(hù)周期的原因，必須使用比計(jì)算值大的蓄電池容量。因此，光伏獨(dú)立系統(tǒng)蓄電池的選擇是理論計(jì)算與本錢等其他因素綜合衡量的結(jié)果。參考文獻(xiàn)[1]太陽(yáng)能發(fā)電-光伏能源系統(tǒng)StefanKrauter[2]獨(dú)立光伏系統(tǒng)中蓄電池的作用及選擇*鳳鳴[3]獨(dú)立光伏電站鉛酸蓄電池的運(yùn)行管理參數(shù)可再生能源[4]太陽(yáng)能光伏應(yīng)用中的蓄電池研究陳維沈輝■目前光伏系統(tǒng)大多采用蓄電池作為貯能元件。而能夠與光伏電池配套使用的蓄電池種類有很多，目前廣泛使用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池等。目前常使用的是鉛酸免維護(hù)蓄電池，因其維護(hù)方便，性能可靠，且對(duì)環(huán)境污染較小，特別是用于無(wú)人值守的光伏電站時(shí)如圖１，有著其他蓄電池所無(wú)法比較的優(yōu)越性。本文以光伏系統(tǒng)中的鉛酸免維護(hù)蓄電池１２Ｖ，１２ＡＨ為例進(jìn)展實(shí)驗(yàn)比較不同的充電檢測(cè)方法。１關(guān)于蓄電池的充放電蓄電池充放電是根據(jù)化學(xué)反響進(jìn)展的，即電池主要組件的構(gòu)造和化學(xué)成分發(fā)生連續(xù)和深度的變化。所以與一般電子零部件相比，蓄電池對(duì)溫度變化更為敏感。此外，反響速率，即充電電流或放電電流，影響反響參數(shù)并由此影響蓄電池的性能。光伏系統(tǒng)中的蓄電池的工作條件與蓄電池在其他場(chǎng)合的工作條件不同，其充電率和放電率都非常小，且充電時(shí)間受到限制，即只有在日照時(shí)才能充電，所以不能按一固定的充電規(guī)律對(duì)其進(jìn)展充電。由于蓄電池應(yīng)用在這個(gè)特殊的環(huán)境下，致使其壽命比所預(yù)定的短，成為整個(gè)光伏系統(tǒng)中最易損壞的局部，其損壞的原因主要為"過(guò)充〞與"過(guò)放〞。免維護(hù)鉛酸蓄電池的充放電電池反響為：２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２ＯＰｂ＋ＰｂＯ２＋２Ｈ２ＳＯ４過(guò)充是指蓄電池單格電壓超過(guò)*一水平一般為２．３５Ｖ／單格～２．４０Ｖ／單格，此時(shí)蓄電池?zé)o法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合。充電電壓過(guò)高，在負(fù)極上生成的氫很難在電池內(nèi)部被吸收，在電池中因積累而產(chǎn)生壓力并且導(dǎo)致水份損失。嚴(yán)重過(guò)充時(shí)，水分解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，使得蓄電池底部濃度比其他地方高出許多，導(dǎo)致負(fù)極板底部硫酸鹽化，正極板腐蝕和膨脹，造成容量損失。過(guò)放是指蓄電池放電超過(guò)了規(guī)定的放電終止電壓如圖２，蓄電池放出了過(guò)量的容量。在鉛酸蓄電池中，兩個(gè)電極對(duì)過(guò)放都是敏感的。在溶解再沉積機(jī)理中，當(dāng)鉛Ｐｂ和二氧化鉛ＰｂＯ２分別溶解在電解液中并作為新的化合物硫酸鉛ＰｂＳ０４沉淀出來(lái)時(shí)，活性物質(zhì)發(fā)生了徹底的轉(zhuǎn)變并且失去原有的構(gòu)造。負(fù)電極由于有反極的危險(xiǎn)，對(duì)過(guò)放也是敏感的?；钚晕镔|(zhì)中的膨脹劑可能會(huì)因氧化而失去作用，而鉛酸蓄電池在隨后再充電時(shí)枝晶增長(zhǎng)的危險(xiǎn)會(huì)大大增加。在設(shè)計(jì)光伏系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)蓄電池的容量進(jìn)展檢測(cè)以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電。目前大局部采用電壓?jiǎn)苇h(huán)的在線式檢測(cè)方案。２在線式檢測(cè)方案在線式檢測(cè)，即在充電過(guò)程中不斷地對(duì)蓄電池的端電壓進(jìn)展監(jiān)測(cè)，當(dāng)蓄電池的端電壓大于*個(gè)限定值時(shí)，就視為已充滿，停頓太陽(yáng)電池向蓄電池充電。由于這種電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。目前應(yīng)用最為廣泛。它的電路構(gòu)造可以基于比較控制器建立蓄電池檢測(cè)電路如圖３。此電路可以用比較器來(lái)控制電池組的充電電流。蓄電池電壓ＶＤ分別經(jīng)分壓后輸入比較器：當(dāng)ＶＤ＜８Ｖ時(shí)，比較器被觸發(fā)，太陽(yáng)電池經(jīng)防反二極管向蓄電池充電；當(dāng)ＶＤ＞１５Ｖ時(shí)，停頓充電。門限電壓可設(shè)定文中所用８Ｖ與１５Ｖ為經(jīng)歷所得值。此電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，本錢低，且易于維護(hù)，其在光伏應(yīng)用初期曾得到廣泛運(yùn)用。但它不能實(shí)現(xiàn)涓流充電，造成了能源的極大浪費(fèi)，使得本來(lái)效率就不高的光伏系統(tǒng)性價(jià)比更低。隨著集成電路的廣泛使用，如今市場(chǎng)上的光伏產(chǎn)品中普遍采取基于專業(yè)芯片的檢測(cè)電路，而主控電路采用ΔＶ型，充電專用ＩＣ中常用的類型。鉛酸電池在充電時(shí)，電壓隨充電時(shí)間的增長(zhǎng)而上升，但充足電后端電壓開場(chǎng)下降。設(shè)計(jì)主控電路時(shí)，利用該特性監(jiān)測(cè)電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降，以控制充電完畢，到達(dá)自動(dòng)充電的目的，這也稱為—ΔＶ法。以以下出芯片功能實(shí)現(xiàn)框圖圖４。它能有效地防止蓄電池的"過(guò)充〞與"過(guò)放〞，并能實(shí)現(xiàn)涓流充電，有利于光伏系統(tǒng)效率的提高，是當(dāng)前運(yùn)用最為廣泛的蓄電池檢測(cè)電路。３離線式檢測(cè)方案蓄電池的電壓受很多因素的影響，例如溫度、濕度等，特別是在充電過(guò)程中，蓄電池的端電壓并不能很好地反映其容量。上述在線式檢測(cè)方案中蓄電池都與太陽(yáng)電池直接相連，其端電壓受太陽(yáng)電池端電壓制約，ＶＤ并不能準(zhǔn)確地反映蓄電池的容量。這突出表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時(shí)，由于太陽(yáng)電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)重，太陽(yáng)能板端電壓隨溫度升高而降低，而蓄電池端電壓則剛好相反，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象常稱之為"虛滿〞。這在很大程度上影響了蓄電池容量檢測(cè)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而阻礙了整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，造成能源的極大浪費(fèi)。針對(duì)這一問(wèn)題，我們?cè)谶@里提出一種新穎的蓄電池容量檢測(cè)方案——離線式檢測(cè)。雖然蓄電池的電壓在充電過(guò)程中其端電壓并不能很好地反映其容量，但在斷開充電回路一段時(shí)間后，其端壓會(huì)自動(dòng)下降，下降后的端壓能很好地引導(dǎo)我們對(duì)蓄電池充電情況作出正確的判斷。我們利用蓄電池端壓的這一特性，設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)電池對(duì)多個(gè)蓄電池模塊輪換進(jìn)展充電，每個(gè)蓄電池的端壓在充電電路斷開后都有足夠的時(shí)間恢復(fù)正常，使測(cè)得電壓值能更加準(zhǔn)確地反映蓄電池容量?，F(xiàn)僅以雙模塊為例說(shuō)明本方案如圖５。檢測(cè)電路原理如下：太陽(yáng)電池同時(shí)對(duì)兩蓄電池模塊充電，同時(shí)對(duì)它們的端電壓進(jìn)展監(jiān)測(cè)。設(shè)定一個(gè)比實(shí)際過(guò)充電壓略低的過(guò)充電壓值Ｖ，并據(jù)之對(duì)兩模塊粗略地進(jìn)展過(guò)壓檢測(cè)，當(dāng)其端壓高于Ｖ時(shí)，切斷其中一個(gè)蓄電池模塊Ａ的充電回路，而對(duì)另一個(gè)模塊Ｂ進(jìn)展涓流充電，與此同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器。當(dāng)過(guò)一段時(shí)間，模塊Ａ的端電壓有所降低并能準(zhǔn)確地反映電池容量時(shí)，再對(duì)Ａ的端壓進(jìn)展檢測(cè)，即準(zhǔn)確過(guò)壓檢測(cè)。假設(shè)還未充滿，則可接通其充電回路，使繼續(xù)充電；假設(shè)已充滿，控制其進(jìn)展涓流充電。當(dāng)定時(shí)器到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，重新啟動(dòng)定時(shí)并自動(dòng)切換開關(guān)，使模塊Ｂ的充電回路斷開而對(duì)模塊Ａ進(jìn)展涓流充電，靜置一段時(shí)間后，再對(duì)模塊Ｂ重復(fù)以上對(duì)模塊Ａ的操作，如此不斷循環(huán)。這種電路雖會(huì)造成蓄電池總?cè)萘康脑黾?，但它能較準(zhǔn)確地判斷蓄電池的充電情況，減小了蓄電池老化損壞的可能性，使光伏系統(tǒng)的壽命得到延長(zhǎng)；兩個(gè)蓄電池的輪流充放電充分地利用了太陽(yáng)能源，提高了光伏系統(tǒng)的效率。但要具體實(shí)現(xiàn)上述方案并不容易，還需要克制許多理論和技術(shù)問(wèn)題。如一個(gè)蓄電池的端壓穩(wěn)定時(shí)間與蓄電池本身的性能有關(guān)，該實(shí)驗(yàn)中使用的為鉛酸免維護(hù)蓄電池１２Ｖ，１２ＡＨ，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得斷電后得蓄電池端壓的變化曲線如圖６可以確定準(zhǔn)確測(cè)量的定時(shí)器間隔時(shí)間實(shí)驗(yàn)中的間隔時(shí)間?。担恚椋?。但時(shí)間設(shè)定需視蓄電池種類和容量的不同而定；蓄電池在充滿前其端電壓會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的跳動(dòng)，使檢測(cè)電路產(chǎn)生誤判；由于實(shí)驗(yàn)中，主要需要考察不同的充電檢測(cè)方案對(duì)蓄電池壽命的影響，所以在充電方式的選擇上，我們主要采用了兩段恒流的充電方式，放電都采用５Ａ放電。新的檢測(cè)方式與普通的檢測(cè)方式的充電比較如下：實(shí)驗(yàn)證明用新的離線式的端壓檢測(cè)方法來(lái)指導(dǎo)充電可以明顯提高蓄電池的使用次數(shù)。４一些其它的檢測(cè)方法不同于上面所說(shuō)的在線式和離線式檢測(cè)方案中，比較有代表性的是一種基于ｓｍａｒｔｂａｔｔｅｒｙ的檢測(cè)方案。最早由Ｉｎｔｅｌ與Ｄｕｒａｃｅｌｌ開發(fā)的智能電池構(gòu)造如以下圖７。它是一個(gè)典型的智能電池系統(tǒng)。它由系統(tǒng)主機(jī)、智能電池控制器及電池保護(hù)電路、電量監(jiān)測(cè)電路等幾局部組成。系統(tǒng)主機(jī)和充電電路及控制器之間由ＳＭＢｕｓ連接，傳輸ＳＢＤ格式的數(shù)據(jù)?？刂破魍ㄟ^(guò)電池保護(hù)電路、電量監(jiān)測(cè)電路由專用芯片實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)及過(guò)流保護(hù)等功能。國(guó)外智能電池仍然是以芯片形式推向市場(chǎng)的。智能電池尚在開展中，國(guó)外提供的器件或者電池包要完成智能電池的成效還要做一些相應(yīng)的后期開發(fā)和設(shè)計(jì)工作，且智能電池本錢相對(duì)過(guò)高，故在短時(shí)期內(nèi)很難大量使用。５結(jié)論將本文中所提出的新檢測(cè)方案與舊有的在線式檢測(cè)方案相比較可知，在許多方面都存在著優(yōu)越性，有利于大型光伏系統(tǒng)效率的提高：１新方案中，兩個(gè)蓄電池模塊輪流充放電使太陽(yáng)電池板總的等效閑置時(shí)間減少，利用率有所提高。２方案中對(duì)蓄電池端電壓的判斷更加準(zhǔn)確，使得"過(guò)充〞、"過(guò)放〞的可能性減小，這將直接影響到蓄電池的使用壽命。３蓄電池作為光伏系統(tǒng)中最易損壞的環(huán)節(jié)，由于蓄電池的壽命提高，光伏系統(tǒng)的壽命會(huì)因此而得到延長(zhǎng)，相對(duì)本錢也會(huì)因此而降低。VRLA蓄電池在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用中國(guó)幅員遼闊，人口分布不均，東密西疏，因地理環(huán)境和經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后等原因，造成一些地區(qū)的電力相對(duì)匱乏，國(guó)家電力電網(wǎng)無(wú)法覆蓋，無(wú)法集中供電，或者電網(wǎng)質(zhì)量不穩(wěn)定，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)開展，人民生活的改善造成一定的障礙。尤其在中國(guó)的北方、西北等地問(wèn)題尤為突出，迫切需要有適合當(dāng)?shù)貐^(qū)使用的穩(wěn)定可靠的電力系統(tǒng)。現(xiàn)在常用的單獨(dú)供電系統(tǒng)有發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組，以一次能源作為動(dòng)力源推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)做磁力線切割運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能。而一次能源資源越來(lái)越稀少，價(jià)格越來(lái)越高，并且嚴(yán)重影響自然環(huán)境。太陽(yáng)能系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，以自然界取之不盡用之不完的光能、風(fēng)能作為能量源，通過(guò)一定裝換裝置轉(zhuǎn)化為可以使用的電能，此能源自然、環(huán)保，充分表達(dá)了節(jié)能、環(huán)保、愛地球的理念。而此類電源能夠持續(xù)供電的能力需要儲(chǔ)能設(shè)備提供保障，目前主要使用的儲(chǔ)能設(shè)備有鎘鎳電池、VRLA蓄電池。但由于本錢，原材料缺乏等原因，鎘鎳電池逐步被VRLA蓄電池取代。下面以光伏系統(tǒng)為例介紹一下VRLA蓄電池在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。光伏系統(tǒng)介紹一．光伏系統(tǒng)的工作原理在光照條件好的情況下，太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)組件的串并聯(lián)形成太陽(yáng)能電池方陣，使得方陣電壓到達(dá)系統(tǒng)輸入電壓的要求。一局部供應(yīng)電力系統(tǒng)使用，一局部通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)展充電，將光能轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能儲(chǔ)存起來(lái)。在光照條件達(dá)不到要求時(shí)，蓄電池組再通過(guò)逆變器提供電力系統(tǒng)所需的電力。二．光伏系統(tǒng)的組成光伏系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器等設(shè)備組成。其各局部設(shè)備的作用是：〔1〕太陽(yáng)能電池方陣：在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即產(chǎn)生"光生電壓"，這就是"光生伏打效應(yīng)"。在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，將光能轉(zhuǎn)換成電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽(yáng)能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽(yáng)能電池，多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池三種?！?〕蓄電池組：其作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電?！?〕控制器：自動(dòng)控制電力的選擇，在市電、太陽(yáng)能電、蓄電池電之間選擇，對(duì)蓄電池充電?！?〕逆變器：是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。光伏系統(tǒng)對(duì)蓄電池性能要求分析一．光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池的工作條件在光伏電站使用環(huán)境中，光照條件好時(shí)〔白天〕，太陽(yáng)能電池組件接收太陽(yáng)光，輸出電能，一局部直流和交流負(fù)載工作，另一局部供應(yīng)蓄電池充電；光照條件不好時(shí)〔夜晚或陰雨天〕，太陽(yáng)能電池組件無(wú)法工作，蓄電池組供電，供應(yīng)直流或交流負(fù)載，蓄電池是處于循環(huán)狀態(tài)，所以，在這種使用環(huán)境下，蓄電池的壽命為循環(huán)壽命。應(yīng)用于光伏系統(tǒng)中的蓄電池的工作條件和蓄電池應(yīng)用在其它場(chǎng)合的工作條件不同。其主要區(qū)別可以概括為以下幾點(diǎn):〔1〕充電率非常小,由于本錢，位置空間等問(wèn)題，太陽(yáng)電池投入數(shù)量會(huì)受到很大的限制，為了保證電力系統(tǒng)的正常使用，往往提供應(yīng)蓄電池的充電電力變得十分有限，平均充電電流一般為0.05C10～0.1C10,很少到達(dá)0.1C10A?！?〕放電率非常小,太能系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到最大負(fù)載容量，最長(zhǎng)后備時(shí)間，配置的蓄電池容量較大，而實(shí)際使用過(guò)程中負(fù)載相對(duì)設(shè)計(jì)負(fù)載小得多，蓄電池放電率通常為C20～C240,或者更小?！?〕由于受到自然資源的限制,蓄電池只有在有日照時(shí)才能充電:即充電時(shí)間受到限制。〔4〕不能按給定的充電規(guī)律對(duì)蓄電池進(jìn)展充電。二．光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)VRLA蓄電池的性能要求光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池頻繁處于充電—放電的反復(fù)續(xù)循環(huán)中，由于日照的不穩(wěn)定性，過(guò)充電和深放電的不利情況時(shí)有發(fā)生，加之光伏發(fā)電系統(tǒng)大局部在西部地區(qū)使用，海拔都在2500M以上。因此，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池有如下要求：〔1〕具有深循環(huán)放電性能，充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)；〔2〕耐過(guò)充電能力強(qiáng)；〔3〕過(guò)放電后容量恢復(fù)能力強(qiáng)；〔4〕良好的充電承受能力；〔5〕電池在靜態(tài)環(huán)境中使用時(shí)，電解液不易分層；〔6〕具有免維護(hù)或少維護(hù)的性能；〔7〕應(yīng)具備良好的高、低溫充放電特性；〔8〕能適應(yīng)高海拔〔海拔都在2500M以上〕地區(qū)的使用環(huán)境；〔9〕蓄電池組中各蓄電池一致性良好。三．影響光伏發(fā)電系統(tǒng)用儲(chǔ)能VRLA蓄電池壽命的因素〔1〕正極活性物質(zhì)軟化脫落VRLA蓄電池在循環(huán)使用條件下,電池的失效主要是由正極活性物質(zhì)(ＰＡＭ)的軟化、脫落所致。鉛酸電池循環(huán)過(guò)程中,正、負(fù)極活性物質(zhì)經(jīng)歷了可逆的溶解再沉積過(guò)程,改變了多孔二氧化鉛電極的構(gòu)造。尤其對(duì)二氧化鉛電極,可能會(huì)引起表觀體積的增加,改變顆粒和孔尺寸的分布，多孔二氧化鉛構(gòu)造中顆粒之間的機(jī)械結(jié)合性能和導(dǎo)電性能降低，隨著循環(huán)的繼續(xù),這種情況還會(huì)進(jìn)一步的惡化,結(jié)果使得該區(qū)域的活性物質(zhì)軟化和脫落?！?〕放電電流對(duì)蓄電池壽命影響在光伏系統(tǒng)中,蓄電池的放電電流非常小。在小電流條件下形成的PbSO4比大電流條件下形成的PbSO4轉(zhuǎn)化困難得多。這是因?yàn)樵谛‰娏鳁l件下形成的PbSO4結(jié)晶顆粒要比大電流條件下形成的PbSO4結(jié)晶顆粒粗大，粗大的PbSO4結(jié)晶顆粒減少了PbSO4的有效面積,這樣在再充時(shí)加速了極板極化,導(dǎo)致PbSO4轉(zhuǎn)化困難，隨著循環(huán)的繼續(xù),這種情況還會(huì)更加加劇,結(jié)果使得極板充不進(jìn)電，最后導(dǎo)致蓄電池壽命終止?！?〕深度放電后蓄電池容量恢復(fù)在光伏系統(tǒng)中,蓄電池的放電率要比蓄電池應(yīng)用在其它場(chǎng)合低,通常介于C20～C240，甚至更低。小電流下深度放電意味著極板上的活性物質(zhì)將得到更充分的利用。在許多光伏系統(tǒng)中,通常不會(huì)發(fā)生深度放電,除非充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的壞天氣。在這種情況下,如果蓄電池得不到及時(shí)的再充電,硫化問(wèn)題將更加嚴(yán)重,進(jìn)一步導(dǎo)致容量損失?！?〕酸分層對(duì)蓄電池壽命影響電解液分層現(xiàn)象是由于重力的作用在電池的充放電過(guò)程中產(chǎn)生的，即充電時(shí)正負(fù)極板外表都產(chǎn)生Ｈ2ＳＯ4,它的密度大,因重力的作用而下沉。在放電時(shí),正負(fù)極板外表均消耗Ｈ2ＳＯ4,故外表液層密度小,低密度的電解液順著極板間上升,而極群上部高密度的電解液則從極群側(cè)面向下流,電解液流動(dòng)的結(jié)果造成了上部密度低、下部密度高。分層現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)蓄電池的使用壽命和容量均產(chǎn)生不利影響，加速了板柵的腐蝕和正極活物質(zhì)的脫落,導(dǎo)致負(fù)極板硫酸鹽化?！?〕電液密度對(duì)鉛蓄電池壽命的影響電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關(guān)，而且與正極板柵的腐蝕和負(fù)極活性物質(zhì)硫酸鹽化有關(guān)。過(guò)高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負(fù)極活性物質(zhì)硫酸鹽化，并導(dǎo)致失水加劇?！?〕板柵合金的影響VRLA蓄電池，由于長(zhǎng)期使用,正極板柵會(huì)在電解液的作用下逐步腐蝕并長(zhǎng)大,板柵的長(zhǎng)大使活物質(zhì)和板柵的結(jié)合性降低,從而導(dǎo)致電池容量逐漸喪失。這種正極板柵的腐蝕和長(zhǎng)大主要受板柵的合金組成、電解液密度以及板柵筋條形狀等因素的影響。在蓄電池充電過(guò)程中,板柵和活性物質(zhì)的接口上形成非導(dǎo)電層,這些非導(dǎo)電層或低導(dǎo)電性層在板柵和ＰＡＭ界面引起了高的阻抗,導(dǎo)致充放電時(shí)發(fā)熱和板柵附近ＰＡＭ膨脹,從而限制了電池的容量〔即所謂的PCL效應(yīng)〕?！?〕極板的厚度的影響極板的厚度應(yīng)屬于電池設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，較厚極板的循環(huán)壽命要長(zhǎng)于較薄極板，而活性物質(zhì)利用率相比之下要差一些。但有利于循環(huán)循環(huán)壽命的延長(zhǎng)。〔8〕裝配壓力的影響裝配壓力對(duì)ＶＲＬＡ電池壽命有很大影響,ＡＧＭ隔板彈性差,組裝時(shí),極群不加壓或壓力過(guò)小,隔板和極板之間不能保持良好的接觸,電池容量大大下降。在循環(huán)過(guò)程中，活性物質(zhì)的膨脹、疏松、脫落是電池壽命提前終結(jié)的原因之一，而采用較高的裝配壓力可以防止活性物質(zhì)在深循環(huán)過(guò)程中的膨脹。假設(shè)裝配壓力太低，還會(huì)導(dǎo)致隔板過(guò)早地與極板別離，引起電液傳輸困難，電池內(nèi)阻迅速增大，容易導(dǎo)致蓄電池壽命終止。因此，采用較高的裝配壓力是電池具有長(zhǎng)循環(huán)壽命的保證。〔9〕溫度的影響高溫對(duì)蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用，低溫會(huì)引起負(fù)極失效，溫度波動(dòng)會(huì)加速枝晶短路等等，這些都將影響電池壽命。在一定環(huán)境溫度范圍放電時(shí)，使用容量隨溫度升高而增加，隨溫度降低而減小。在環(huán)境溫度10～45℃范圍內(nèi)，鉛蓄電池容量隨溫度升高而增加，如閥控密封鉛蓄電池在40℃下放電電量，比在25℃下放電的電量大10%左右，但是，超過(guò)一定溫度范圍，則相反，如在環(huán)境溫度45～50℃條件下放電，則電池容量明顯減小。低溫〔<5℃〕時(shí)，電池容量隨溫度降低而減小，電解液溫度降低時(shí)，其粘度增大，離子運(yùn)動(dòng)受到較大阻力，擴(kuò)散能力降低；在低溫下電解液的電阻也增大，電化學(xué)的反響阻力增加，結(jié)果導(dǎo)致蓄電池容量下降。其次低溫還會(huì)導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在-10℃環(huán)境溫度環(huán)境溫度下放電時(shí)，負(fù)極板容量?jī)H達(dá)35%額定容量。通常情況下，假設(shè)在25℃條件下使用時(shí)，蓄電池的壽命為3年，則30℃條件下使用時(shí)，就下降至2.5年；40℃時(shí)就下降至1.5年。即以25℃為基準(zhǔn)，每升高10℃，其使用壽命縮短一半四．光伏系統(tǒng)用儲(chǔ)能VRLA蓄電池的設(shè)計(jì)實(shí)踐根據(jù)光伏系統(tǒng)用蓄電池的工作條件以及對(duì)光伏系統(tǒng)用蓄電池性能的特殊要求，結(jié)合上述影響蓄電池壽命的因素，在原VRLA蓄電池的根底上進(jìn)展了一系列的研究和技術(shù)改良，設(shè)計(jì)開發(fā)了光伏系統(tǒng)專用VRLA蓄電池。具體改良措施包含以下幾方面：