蓄電池在光伏發電系統中的研究與應用知識

蓄電池在光伏發電系統中的研究與應用

在早期光伏發電系統中，一般使用開口式鉛酸蓄電池作為儲能裝置，但開口式鉛酸蓄電池有需要加酸加水維護，酸液易污染環境等缺點，不利于無人值守使用及環保。近些來，閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）由于密封不漏酸、不腐蝕設備污染環境，備受歡迎，在我國電信、電力、鐵路等行業得到廣泛使用。現在的光伏系統用蓄電池，幾乎全部為VRLA蓄電池。VRLA蓄電池的主要作用有兩點：

（1）在晚上或多云及光伏陣列產能和負載用電不一致等情況下，蓄電池能夠存儲多余能量或給負載提供能量；

（2）由于太陽能電池組件的工作特性受太陽輻照度、溫度等影響很大，負載常常不能處在最理想工作點附近。蓄電池對太陽能電池的工作電壓具有鉗位作用，能夠保證負載處在最理想工作點附近。

光伏發電系統的組成

光伏發電系統是利用光電效應原理將太陽能轉換為電能的發電系統，通常由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成，如圖1所示。

太陽能電池組件的作用是將太陽能轉化為電能，供給負載工作或給蓄電池組充電；控制器的作用是對蓄電池組的充放電進行保護；蓄電池組用于存儲電能；逆變器的作用是將直流電變換為交流電。在夜晚或陰雨天，太陽電池組件無法工作時，由蓄電池組供電給負載工作?？梢?，蓄電池組在光伏發電系統中起著相當重要的作用。

光伏發電系統用VRLA蓄電池特點

1 光伏發電系統用蓄電池的工作方式

蓄電池的工作方式可分為循環使用和浮充使用兩種。經常處于頻繁的充放電工作狀態，即循環使用；經常處于充電狀態則為浮充使用，能彌補蓄電池因自放電而造成的容量損失。光伏發電系統用VRLA蓄電池屬于循環使用方式。

2 光伏系統用蓄電池充放電特性

光伏發電系統用蓄電池充放電特性一般有4點：

（1）白天充電，晚上以及陰、雨天放電；

（2）充電倍率低，平均充電電流一般為0.01～0.02C，很少達到0.1～0.2C；

（3）放電電流小，放電倍率通常為0.004～0.05C；

（4）一次充電時間較短，即使長的時候僅為約10 h。光伏系統很少能完全、快速地給蓄電池充滿電，蓄電池往往會處于欠充電狀態。

3 光伏發電系統用VRLA蓄電池性能要求

光伏發電系統多建立在邊遠偏僻的山區、高原、戈壁，自然環境十分惡劣，工作環境溫度變化范圍很大。因此，對光伏發電系統中的蓄電池有如下要求：

（1）具有深循環放電性能，充放電循環壽命長；

（2）耐過充電能力強；

（3）過放電后容量恢復能力強；

（4）良好的充電接受能力；

（5）電池在靜態環境中使用時，電解液不易分層；

（6）具有免維護或少維護的性能；

（7）應具備良好的高、低溫充放電特性；

（8）能適應高海拔地區的使用環境；

（9）蓄電池組中各蓄電池一致性良好。

光伏發電系統用鉛酸蓄電池容量的設計方法

確定蓄電池容量，首先要測定接入系統的負載每天需要多少電量；其次根據氣候條件蓄電池需要存儲多少天的電量。在確定蓄電池容量時，并不是容量愈大愈好，過大的電池容量規模也會產生問題。這是因為在照不足時，蓄電池組可能維持在部分充電狀態，這種欠充電狀態將導致電池硫酸化增加、容量降低、壽命縮短。蓄電池容量的一般計算公式為C=E·t/(D·η0·η1) (1)式中，C為蓄電池的容量；E為負載平均功耗；t為最長無照用電時數；D為VRLA蓄電池允許放電深度；η0為VRLA蓄電池充放電效率；η1為逆變器轉換效率。

光伏發電系統用VRLA蓄電池性能改進

蓄電池的失效和壽命短是阻礙光伏發電系統推廣的原因之一。VRLA蓄電池用于光伏系統后壽命會逐漸縮短，影響其壽命的因素主要有：充電時間受限，長期欠充電；小電流放電；過充電；溫度等。根據光伏發電系統光伏系統對蓄電池性能的特殊要求，結合上述影響蓄電池壽命的因素，在原VRLA蓄電池的基礎上進行了一系列性能改進。具體改進措施包含以下幾方面：

（1）提高循環使用壽命。為延長VRLA電池的循環使用壽命，板柵合金在板柵與活性物質界面形成的腐蝕層導電性應良好，板柵應具有抗蠕變性能。電池設計采用緊裝配，并適當提高裝配壓力。

（2）提高電池充電接受能力。對VRLA電池來說，充電不足對電池的危害比過充電更嚴重，所以提高VRLA電池的充電接受能力尤其重要。在負極鉛膏配方中加入高穩定性的膨脹劑和導電性添加劑，提高了充電接受能力。

（3）提高過放電性能。降低硫酸電解液的比重，并添加了特殊的電液添加劑，可以降低對極板的腐蝕，減少電液分層的產生，提高了電池的充電接受能力和過放電性能。

（4）采用專用安全閥。對于高原地區，由于大氣壓較低，特別調整了安全閥壓力值。