蓄電池的選擇

-.z.獨立光伏系統(tǒng)蓄電池的選擇時間：2021-04-0913:08:01來源：電源在線網(wǎng)1引言伴隨社會經(jīng)濟(jì)的飛速開展，能源消耗持續(xù)增加，環(huán)境問題日益突出，開發(fā)、利用太陽能作為新能源成為大勢所趨。太陽能發(fā)電無需燃料，具有無污染、平安、無噪聲、運行簡單可靠、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命等其他常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點。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：獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。其中獨立光伏系統(tǒng)應(yīng)用相對廣泛，日常生活中可見太陽能手電筒、太陽能路燈、太陽能充電器等均屬于此類系統(tǒng)。獨立光伏系統(tǒng)一般由四個根底局部組成：光伏電池陣列、儲能系統(tǒng)〔蓄電池〕、直流控制系統(tǒng)、負(fù)載，如圖1所示。圖1獨立光伏系統(tǒng)組成在獨立的光伏系統(tǒng)中，蓄電池的作用主要是儲存能量，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，蓄電池供應(yīng)負(fù)載，保證系統(tǒng)的正常運行。它是僅次于太陽能光伏陣列的重要組成局部，也是對系統(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〕方法獨立光伏系統(tǒng)蓄電池的選擇過程主要包括三個方面：蓄電池種類、蓄電池的容量和蓄電池組串并聯(lián)確實定。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，一些小型簡單的獨立光伏系統(tǒng)中使用鎳氫電池，但應(yīng)用較少；多數(shù)的獨立光伏系統(tǒng)中使用鉛酸蓄電池，應(yīng)用廣泛。國家還制定了GB/T22473-2021"儲能用鉛酸蓄電池"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、獨立運行天數(shù)、安裝地環(huán)境溫度。獨立光伏系統(tǒng)的蓄電池容量，要保證系統(tǒng)在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以在一定時間內(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，這樣蓄電池就會處于虧電狀態(tài)。如果在一定時間內(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，這樣的放電過程只能允許持續(xù)一定的時間，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)放電時間稱為：獨立運行天數(shù)，即光伏系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下蓄電池供應(yīng)負(fù)載正常工作的天數(shù)。獨立運行天數(shù)確實定主要與兩個因素有關(guān)：光伏系統(tǒng)安裝地點的氣象條件〔最**續(xù)陰雨天數(shù)〕、負(fù)載對應(yīng)用場合的重要程度。通常我們將光伏系統(tǒng)安裝地點的最**續(xù)陰雨天數(shù)作為光伏系統(tǒng)的獨立運行天數(shù)，同時還要綜合考慮負(fù)載對應(yīng)用場合的重要程度。對于應(yīng)用場合重要的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，如通信、醫(yī)院等重要部門，必須考慮系統(tǒng)的獨立運行天數(shù)較長，一般考慮為〔7～14〕天，相對應(yīng)的電池容量也需較大。對于其他應(yīng)用場合的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的獨立運行天數(shù)、以及對應(yīng)的電池容量大小可以根據(jù)實際情況確定。同時，由于鉛酸蓄電池的額定容量會隨著溫度的變化而變化〔見圖2〕，當(dāng)蓄電池溫度下降時，蓄電池的容量會下降，所以安裝地氣溫對確定蓄電池的容量非常重要。如果安裝地的氣溫較低，實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，可以得到如下獨立光伏系統(tǒng)蓄電池容量計算公式：日負(fù)載需求〔Ah〕×獨立運行天數(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)確實定直接關(guān)系到單體蓄電池數(shù)量確實定，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。通過單體蓄電池的串聯(lián)來實現(xiàn)與系統(tǒng)工作電壓的匹配。系統(tǒng)串聯(lián)蓄電池數(shù)量計算如下：系統(tǒng)工作電壓串聯(lián)單體蓄電池數(shù)=-----------------------〔2〕單體蓄電池標(biāo)稱電壓單體蓄電池的并聯(lián)數(shù)量由計算出的系統(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。因為并聯(lián)的單體蓄電池在充放電的時候會發(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?！?〕實例根據(jù)上述計算公式，用一個太陽能路燈系統(tǒng)作為范例。假設(shè)該太陽能路燈光伏系統(tǒng)負(fù)載為24V、60W的LED燈，每天工作時間約為10h。這是一個負(fù)載對電源要求并不是很嚴(yán)格的系統(tǒng)，我們選擇6天的獨立運行天數(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)的單體蓄電池數(shù)：24V/12V=2〔只〕；需要并聯(lián)的單體蓄電池數(shù)：187.5/200＝0.93，取整數(shù)為1。所以該太陽能路燈系統(tǒng)需要使用12V/200Ah的蓄電池個數(shù)為：2串聯(lián)×1并聯(lián)=2〔只〕。3結(jié)語一般情況下，在選定蓄電池種類后，根據(jù)日負(fù)載需求、獨立運行天數(shù)、最大放電深度、安裝地氣溫等信息數(shù)據(jù)和上述計算公式，就可以選擇和確定獨立光伏系統(tǒng)蓄電池的容量大小以及蓄電池數(shù)量。但在實際應(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，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，必須使用比計算值大的蓄電池容量。因此，光伏獨立系統(tǒng)蓄電池的選擇是理論計算與本錢等其他因素綜合衡量的結(jié)果。參考文獻(xiàn)[1]太陽能發(fā)電-光伏能源系統(tǒng)StefanKrauter[2]獨立光伏系統(tǒng)中蓄電池的作用及選擇*鳳鳴[3]獨立光伏電站鉛酸蓄電池的運行管理參數(shù)可再生能源[4]太陽能光伏應(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，且對環(huán)境污染較小，特別是用于無人值守的光伏電站時如圖１，有著其他蓄電池所無法比較的優(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)展實驗比較不同的充電檢測方法。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合的工作條件不同，其充電率和放電率都非常小，且充電時間受到限制，即只有在日照時才能充電，所以不能按一固定的充電規(guī)律對其進(jìn)展充電。由于蓄電池應(yīng)用在這個特殊的環(huán)境下，致使其壽命比所預(yù)定的短，成為整個光伏系統(tǒng)中最易損壞的局部，其損壞的原因主要為"過充〞與"過放〞。免維護(hù)鉛酸蓄電池的充放電電池反響為：２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２ＯＰｂ＋ＰｂＯ２＋２Ｈ２ＳＯ４過充是指蓄電池單格電壓超過*一水平一般為２．３５Ｖ／單格～２．４０Ｖ／單格，此時蓄電池?zé)o法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合。充電電壓過高，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)重過充時，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。過放是指蓄電池放電超過了規(guī)定的放電終止電壓如圖２，蓄電池放出了過量的容量。在鉛酸蓄電池中，兩個電極對過放都是敏感的。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沉淀出來時，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，對過放也是敏感的。活性物質(zhì)中的膨脹劑可能會因氧化而失去作用，而鉛酸蓄電池在隨后再充電時枝晶增長的危險會大大增加。在設(shè)計光伏系統(tǒng)時需要對蓄電池的容量進(jìn)展檢測以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電。目前大局部采用電壓單環(huán)的在線式檢測方案。２在線式檢測方案在線式檢測，即在充電過程中不斷地對蓄電池的端電壓進(jìn)展監(jiān)測，當(dāng)蓄電池的端電壓大于*個限定值時，就視為已充滿，停頓太陽電池向蓄電池充電。由于這種電路構(gòu)造簡單，價格低廉。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電路如圖３。此電路可以用比較器來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，比較器被觸發(fā)，太陽電池經(jīng)防反二極管向蓄電池充電；當(dāng)ＶＤ＞１５Ｖ時，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用。但它不能實現(xiàn)涓流充電，造成了能源的極大浪費，使得本來效率就不高的光伏系統(tǒng)性價比更低。隨著集成電路的廣泛使用，如今市場上的光伏產(chǎn)品中普遍采取基于專業(yè)芯片的檢測電路，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，電壓隨充電時間的增長而上升，但充足電后端電壓開場下降。設(shè)計主控電路時，利用該特性監(jiān)測電池電壓出現(xiàn)峰值之后的微量下降，以控制充電完畢，到達(dá)自動充電的目的，這也稱為—ΔＶ法。以以下出芯片功能實現(xiàn)框圖圖４。它能有效地防止蓄電池的"過充〞與"過放〞，并能實現(xiàn)涓流充電，有利于光伏系統(tǒng)效率的提高，是當(dāng)前運用最為廣泛的蓄電池檢測電路。３離線式檢測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。上述在線式檢測方案中蓄電池都與太陽電池直接相連，其端電壓受太陽電池端電壓制約，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，由于太陽電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴(yán)重，太陽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的準(zhǔn)確性，進(jìn)而阻礙了整個系統(tǒng)的正常工作，造成能源的極大浪費。針對這一問題，我們在這里提出一種新穎的蓄電池容量檢測方案——離線式檢測。雖然蓄電池的電壓在充電過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間后，其端壓會自動下降，下降后的端壓能很好地引導(dǎo)我們對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)計一個太陽電池對多個蓄電池模塊輪換進(jìn)展充電，每個蓄電池的端壓在充電電路斷開后都有足夠的時間恢復(fù)正常，使測得電壓值能更加準(zhǔn)確地反映蓄電池容量?，F(xiàn)僅以雙模塊為例說明本方案如圖５。檢測電路原理如下：太陽電池同時對兩蓄電池模塊充電，同時對它們的端電壓進(jìn)展監(jiān)測。設(shè)定一個比實際過充電壓略低的過充電壓值Ｖ，并據(jù)之對兩模塊粗略地進(jìn)展過壓檢測，當(dāng)其端壓高于Ｖ時，切斷其中一個蓄電池模塊Ａ的充電回路，而對另一個模塊Ｂ進(jìn)展涓流充電，與此同時啟動定時器。當(dāng)過一段時間，模塊Ａ的端電壓有所降低并能準(zhǔn)確地反映電池容量時，再對Ａ的端壓進(jìn)展檢測，即準(zhǔn)確過壓檢測。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)定時器到達(dá)設(shè)定時間后，重新啟動定時并自動切換開關(guān)，使模塊Ｂ的充電回路斷開而對模塊Ａ進(jìn)展涓流充電，靜置一段時間后，再對模塊Ｂ重復(fù)以上對模塊Ａ的操作，如此不斷循環(huán)。這種電路雖會造成蓄電池總?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；兩個蓄電池的輪流充放電充分地利用了太陽能源，提高了光伏系統(tǒng)的效率。但要具體實現(xiàn)上述方案并不容易，還需要克制許多理論和技術(shù)問題。如一個蓄電池的端壓穩(wěn)定時間與蓄電池本身的性能有關(guān)，該實驗中使用的為鉛酸免維護(hù)蓄電池１２Ｖ，１２ＡＨ，根據(jù)實驗所測得斷電后得蓄電池端壓的變化曲線如圖６可以確定準(zhǔn)確測量的定時器間隔時間實驗中的間隔時間?。担恚椋?。但時間設(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產(chǎn)生一個大的跳動，使檢測電路產(chǎn)生誤判；由于實驗中，主要需要考察不同的充電檢測方案對蓄電池壽命的影響，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。新的檢測方式與普通的檢測方式的充電比較如下：實驗證明用新的離線式的端壓檢測方法來指導(dǎo)充電可以明顯提高蓄電池的使用次數(shù)。４一些其它的檢測方法不同于上面所說的在線式和離線式檢測方案中，比較有代表性的是一種基于ｓｍａｒｔｂａｔｔｅｒｙ的檢測方案。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)。控制器通過電池保護(hù)電路、電量監(jiān)測電路由專用芯片實現(xiàn)來實現(xiàn)對電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)的監(jiān)測及過流保護(hù)等功能。國外智能電池仍然是以芯片形式推向市場的。智能電池尚在開展中，國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)計工作，且智能電池本錢相對過高，故在短時期內(nèi)很難大量使用。５結(jié)論將本文中所提出的新檢測方案與舊有的在線式檢測方案相比較可知，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，兩個蓄電池模塊輪流充放電使太陽電池板總的等效閑置時間減少，利用率有所提高。２方案中對蓄電池端電壓的判斷更加準(zhǔn)確，使得"過充〞、"過放〞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)的壽命會因此而得到延長，相對本錢也會因此而降低。VRLA蓄電池在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用中國幅員遼闊，人口分布不均，東密西疏，因地理環(huán)境和經(jīng)濟(jì)相對落后等原因，造成一些地區(qū)的電力相對匱乏，國家電力電網(wǎng)無法覆蓋，無法集中供電，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。尤其在中國的北方、西北等地問題尤為突出，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)?，F(xiàn)在常用的單獨供電系統(tǒng)有發(fā)電機(jī)組、太陽能系統(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，以一次能源作為動力源推動內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)傳動發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)做磁力線切割運動產(chǎn)生電能。而一次能源資源越來越稀少，價格越來越高，并且嚴(yán)重影響自然環(huán)境。太陽能系統(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)供電的能力需要儲能設(shè)備提供保障，目前主要使用的儲能設(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，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，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，一局部通過充放電控制器對蓄電池進(jìn)展充電，將光能轉(zhuǎn)換而來的電能儲存起來。在光照條件達(dá)不到要求時，蓄電池組再通過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，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。〔2〕蓄電池組：其作用是儲存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。〔3〕控制器：自動控制電力的選擇，在市電、太陽能電、蓄電池電之間選擇，對蓄電池充電。〔4〕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〔白天〕，太陽能電池組件接收太陽光，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〔夜晚或陰雨天〕，太陽能電池組件無法工作，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)用在其它場合的工作條件不同。其主要區(qū)別可以概括為以下幾點:〔1〕充電率非常小,由于本錢，位置空間等問題，太陽電池投入數(shù)量會受到很大的限制，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。〔2〕放電率非常小,太能系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮到最大負(fù)載容量，最長后備時間，配置的蓄電池容量較大，而實際使用過程中負(fù)載相對設(shè)計負(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才能充電:即充電時間受到限制。〔4〕不能按給定的充電規(guī)律對蓄電池進(jìn)展充電。二．光伏發(fā)電系統(tǒng)對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，過充電和深放電的不利情況時有發(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；〔2〕耐過充電能力強(qiáng)；〔3〕過放電后容量恢復(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，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)過程中,正、負(fù)極活性物質(zhì)經(jīng)歷了可逆的溶解再沉積過程,改變了多孔二氧化鉛電極的構(gòu)造。尤其對二氧化鉛電極,可能會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。這是因為在小電流條件下形成的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)長時間的壞天氣。在這種情況下,如果蓄電池得不到及時的再充電,硫化問題將更加嚴(yán)重,進(jìn)一步導(dǎo)致容量損失?！?〕酸分層對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程中產(chǎn)生的，即充電時正負(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,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。〔6〕板柵合金的影響VRLA蓄電池，由于長期使用,正極板柵會在電解液的作用下逐步腐蝕并長大,板柵的長大使活物質(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)計方面的問題，一般來說，較厚極板的循環(huán)壽命要長于較薄極板，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?！?〕裝配壓力的影響裝配壓力對ＶＲＬＡ電池壽命有很大影響,ＡＧＭ隔板彈性差,組裝時,極群不加壓或壓力過小,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)過程中的膨脹。假設(shè)裝配壓力太低，還會導(dǎo)致隔板過早地與極板別離，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循環(huán)壽命的保證?！?〕溫度的影響高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用，低溫會引起負(fù)極失效，溫度波動會加速枝晶短路等等，這些都將影響電池壽命。在一定環(huán)境溫度范圍放電時，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，電池容量隨溫度降低而減小，電解液溫度降低時，其粘度增大，離子運動受到較大阻力，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，負(fù)極板容量僅達(dá)35%額定容量。通常情況下，假設(shè)在25℃條件下使用時，蓄電池的壽命為3年，則30℃條件下使用時，就下降至2.5年；40℃時就下降至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)用儲能VRLA蓄電池的設(shè)計實踐根據(jù)光伏系統(tǒng)用蓄電池的工作條件以及對光伏系統(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：