光伏電站設(shè)計技術(shù) 習(xí)題及解答 項目3 儲能技術(shù)習(xí)題解答

項目3儲能技術(shù)習(xí)題解答(參考解答)1.簡述儲能種類及其特點？解答：分類名稱特點物理儲能抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能采用水、空氣等作為儲能介質(zhì)；儲能介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)變化化學(xué)儲能鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、熔融鹽電池、鎳氫電池電化學(xué)電容器利用化學(xué)元素做儲能介質(zhì)；充放電過程伴隨儲能介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或者變價其他儲能超導(dǎo)儲能、燃料電池、金屬一空氣電池

2.比較超級電容儲能與鉛酸蓄電池儲能特點。解答：使用壽命長，充放電大于50萬次，是鋰離子電池（Li-Ion）電池的500倍，是鎳氫電池（Ni-MH）和鎳鎘電池（Ni-Cd）的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達50年以上。充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95％以上。超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。(3)產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。(4)在很小的體積下達到法拉級的電容量，無須特別的充電電路和控制放電電路，和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負(fù)面影響。(5)保用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象。它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路使用。(6)超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出，而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。(7)超級電容器與傳統(tǒng)電容器的不同超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。

4.一個離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)負(fù)載如下所示,確定蓄電池容量。解答（案例）：一家用離網(wǎng)光伏發(fā)電負(fù)載用電及類型如下表4-7所示。該地區(qū)最低的光照輻射是1月份，傾斜面峰值日照時數(shù)為4.0，組件損耗系數(shù)取0.9，離網(wǎng)逆變器工作效率為0.8，蓄電池充放電效率0.9，蓄電池放電效率的修正系數(shù)取1.05，蓄電池的維修保養(yǎng)率取0.8，蓄電池的放電深度取0.5，連續(xù)陰雨天數(shù)取5。表4-7家用離網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載用電負(fù)載電器名稱規(guī)格型號耗電功率數(shù)量每日工作時間日耗電量Wh照明節(jié)能燈11W86528電腦液晶顯示150W281000電冰箱150L100W124800洗衣機550W11550微波爐1000W122000空調(diào)1.5P1200W144800衛(wèi)星天線50W16300彩色電視21LCD150W16900水泵400W12800總計3838W11678圖4-25離網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.電池組件選配家用離網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載為交流負(fù)載，每天消耗電能11678Wh，則逆變器輸入端提供電能為14597.5wh，系統(tǒng)電壓選取48V，所以每天為蓄電池提供304Ah電能。根據(jù)：可計算出如下表4-5所示的電池組件選型配置方法。304/(2.92*4*0.9*0.9*0.8)=304/(10.53*4*0.9*0.9*0.8)表4-8電池組件選配型號功率峰值電壓峰值電流串聯(lián)數(shù)并聯(lián)數(shù)總功率W110034.2V2.92A233、4080002125W34.2V3.65A2266500318017.1V10.53496480424534.2V7.162146860530034.2V8.772116600可見，選擇180W電池組件最經(jīng)濟。2.蓄電池容量選擇該地區(qū)最大連續(xù)陰雨天5天，則蓄電池放電容量為304Ah×5=1520Ah。根據(jù)：11678Wh/24h=486.6wh=120*1.05*486.6/(0.8*0.5*0.8=0.32)=191600wh/48=3991Ah/可得：C=4987.5Ah(3991Ah)。下表為各類蓄電池選型配置情況。3838 394表4-9蓄電池選型與配置電池類型額定電壓V10h放電容量串聯(lián)數(shù)并聯(lián)數(shù)6GFM-80012870-900466GFM-1000121060-1090456GFM-1500121700-1720433.光伏控制器選型根據(jù)上述分析，蓄電池通過控制器每天提供304Ah，則平均流過控制器電流為12.7A，工作電壓為48V?？蛇x擇如下表4-10參數(shù)的光伏控制器。表4-10光伏控制器參數(shù)額定工作電流50A額定工作電壓48V太陽能板電壓<100V浮充電壓54.8V欠壓保護42.8V欠壓恢復(fù)50.4V4.光伏逆變器選擇系統(tǒng)離網(wǎng)逆變器輸入電壓48V，輸出220V交流電，從負(fù)載工作表可知，負(fù)載最大功率總和為3838W。則可以采用48V轉(zhuǎn)220V的5KW純正弦波光伏逆變器。下表4-11參數(shù)的離網(wǎng)逆變器。輸出電壓220VAC工作電壓48VDC功率5000W瞬間功率100000W輸出波形純正弦波輸出頻率50Hz/60Hz空載損耗<28W效率>90%輸入電壓40-60V保險絲10A五、系統(tǒng)框圖

5.分析鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)參數(shù)等。參考解答：（1）鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)主要由正極板、負(fù)極板、接線端子、隔板、安全閥、電解溶液、跨橋、電池蓋、接頭密封材料及附件等部分組成。（2）工作原理。蓄電池通過充電過程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使用時通過放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。鉛酸蓄電池充放電反應(yīng)原理化學(xué)反應(yīng)式為：PbO2＋2H2SO4＋Pb=PbSO4＋2H2O＋PbSO4當(dāng)鉛酸蓄電池接通外電路負(fù)載放電時，正極板上的PbO2和負(fù)極板的Pb都變成了PbSO4，電解液的硫酸變成了水；充電時，正負(fù)極板上的PbSO4分別恢復(fù)原來的PbO2和Pb，電解液中的水變成了硫酸。（3）技術(shù)參數(shù)。(1)蓄電池的容量。處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時所能給出的電量稱為電池容量，以符號C表示。(2)放電率。根據(jù)蓄電池放電電流的大小，放電率分為時間率和電流率。時間率是指在一定放電條件下，蓄電池放電到終了電壓時的時間長短。(3)終止電壓。終止電壓是指在蓄電池放電過程中，電壓下降到不宜再放電時（非損傷放電）的最低工作電壓。(4)電池電動勢。蓄電池的電動勢在數(shù)值上等于蓄電池達到穩(wěn)定時的開路電壓。(5)浮充壽命。蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時浮充運行的總時間。(6)循環(huán)壽命。蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個循環(huán)（一個周期）。(7)過充電壽命。過充電壽命是指采用一定的充電電流對蓄電池進行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時所能承受的過充電時間。(8)自放電率。蓄電池在開路狀態(tài)下的儲存期內(nèi)，由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗，每天或每月容量降低的百分?jǐn)?shù)稱為自放電率。(9)電池內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，而是一個變化的量，它在充放電的過程中隨著時間不斷的變化，這是因為活性物質(zhì)的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化。(10)比能量。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。6.蓄電池型號為12GFM-800的蓄電池，表示什么意思？解答：24V，固定式閥控密封型蓄電池，20小時率額定容量為800Ah。例如：6QA-120表示有6個單體電池串聯(lián)，標(biāo)稱電壓為12V，啟動用蓄電池，裝有干荷電式極板，20小時率額定容量為120Ah。GFM-800表示為1個單體電池，標(biāo)稱電壓為2V，固定式閥控密封型蓄電池，20小時率額定容量為800Ah。6-GFMJ-120表示有6個單體電池串聯(lián)，標(biāo)稱電壓為12V，固定式閥控密封型膠體蓄電池，20小時率額定容量為120Ah。

7.下表為南都電源幾組蓄電池型號，如果要設(shè)計一個蓄電池容量C為3330AH的蓄電池組，應(yīng)該如何選擇。電池類型10h放電容量3h放電容量1h放電容量CFM-800870～900620～673.3403～469.3GFM-10001060～1090825～900625～675GFM-15001700～17201216～1237800～850解答：由于為定義蓄電池組的系統(tǒng)電壓，僅從蓄電池組的并聯(lián)數(shù)考慮。方案1：用2組1500Ah電池并聯(lián)使用。上述測試數(shù)據(jù)可以看出，1500Ah的電池容量比較富余，其10h容量平均可以達到1700Ah，如果采用2組并聯(lián)，容量可以達到3330Ah以上，可以滿足要求。這一方面的優(yōu)點是容量可以達到要求并有點富余，同時只需要2組電池，維護相應(yīng)較少，電池占的空間要少。方案2：用4組1000Ah電池并聯(lián)使用。1000Ah電池10h的放電平均容量為1060Ah，如果采用4組并聯(lián)，其容量可以達到4240Ah，足以達到3330Ah，容量比較富余。方案3：用4組800Ah電池