光伏係統介紹

光伏係統的工作原理在光照條件好的情況下
，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串並聯形成太陽能電池方fang陣zhen，使shi得de方fang陣zhen電dian壓ya達da到dao係xi統tong輸shu入ru電dian壓ya的de要yao求qiu。一yi部bu分fen供gong給gei電dian力li係xi統tong使shi用yong
，一yi部bu分fen通tong過guo充chong放fang電dian控kong製zhi器qi對dui蓄xu電dian池chi進jin行xing充chong電dian
，將jiang光guang能neng轉zhuan換huan而er來lai的de電dian能neng儲chu存cun起qi來lai。在zai光guang照zhao條tiao件jian達da不bu到dao要yao求qiu時shi，蓄xu電dian池chi組zu再zai通tong過guo逆ni變bian器qi提ti供gong電dian力li係xi統tong所suo需xu的de電dian力li。

光伏係統的組成 光伏係統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控製器
，逆變器等設備組成。其各部分設備的作用是：

(1)太陽能電池方陣：在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生"光生電壓"
，這就是"光生伏打效應"。zaiguangshengfudaxiaoyingdezuoyongxia，taiyangnengdianchideliangduanchanshengdiandongshi，jiangguangnengzhuanhuanchengdianneng，shinengliangzhuanhuandeqijian。taiyangnengdianchiyibanweiguidianchi，fenweidanjingguitaiyangnengdianchi，duojingguitaiyangnengdianchihefeijingguitaiyangnengdianchisanzhong。

(2)蓄電池組：其作用是儲存太陽能電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電。

(3)控製器：自動控製電力的選擇
，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：是將直流電轉換成交流電的設備。

光伏係統對蓄電池性能要求分析

一. 光伏發電係統用蓄電池的工作條件

在光伏電站使用環境中，光照條件好時(白天)，太陽能電池組件接收太陽光
，輸出電能
，一部分直流和交流負載工作，另一部分供給蓄電池充電；光照條件不好時(夜晚或陰雨天)，太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)組(zu)件(jian)無(wu)法(fa)工(gong)作(zuo)
，蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)供(gong)電(dian)，供(gong)給(gei)直(zhi)流(liu)或(huo)交(jiao)流(liu)負(fu)載(zai)
，蓄(xu)電(dian)池(chi)是(shi)處(chu)於(yu)循(xun)環(huan)狀(zhuang)態(tai)
，所(suo)以(yi)，在(zai)這(zhe)種(zhong)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)下(xia)，蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)壽(shou)命(ming)為(wei)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)。應(ying)用(yong)於(yu)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)和(he)蓄(xu)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong)在(zai)其(qi)它(ta)場(chang)合(he)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)不(bu)同(tong)。其(qi)主(zhu)要(yao)區(qu)別(bie)可(ke)以(yi)概(gai)括(kuo)為(wei)以(yi)下(xia)幾(ji)點(dian)：

(1)充(chong)電(dian)率(lv)非(fei)常(chang)小(xiao)
，由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)，位(wei)置(zhi)空(kong)間(jian)等(deng)問(wen)題(ti)，太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)投(tou)入(ru)數(shu)量(liang)會(hui)受(shou)到(dao)很(hen)大(da)的(de)限(xian)製(zhi)，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)
，往(wang)往(wang)提(ti)供(gong)給(gei)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)力(li)變(bian)得(de)十(shi)分(fen)有(you)限(xian)，平(ping)均(jun)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)一(yi)般(ban)為(wei)0.05C10～0.1C10,很少達到0.1C10A。

(2)fangdianlvfeichangxiao
，tainengxitongshejishixuyaokaolvdaozuidafuzairongliang，zuichanghoubeishijian，peizhidexudianchirongliangjiaoda，ershijishiyongguochengzhongfuzaixiangduishejifuzaixiaodeduo，xudianchifangdianlvtongchangweiC20～C240
，或者更小。

(3)由於受到自然資源的限製，蓄電池隻有在有日照時才能充電:即充電時間受到限製。

(4)不能按給定的充電規律對蓄電池進行充電。

二. 光伏發電係統對VRLA蓄電池的性能要求

光伏發電係統中的蓄電池頻繁處於充電—放fang電dian的de反fan複fu續xu循xun環huan中zhong，由you於yu日ri照zhao的de不bu穩wen定ding性xing，過guo充chong電dian和he深shen放fang電dian的de不bu利li情qing況kuang時shi有you發fa生sheng
，加jia之zhi光guang伏fu發fa電dian係xi統tong大da部bu分fen在zai西xi部bu地di區qu使shi用yong，海hai拔ba都dou在zai2500M以上。因此，對光伏發電係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)過放電後容量恢複能力強；(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(海拔都在2500M以上)地區的使用環境；(9)蓄電池組中各蓄電池一致性良好。
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三. 影響光伏發電係統用儲能VRLA蓄電池壽命的因素

(1)正極活性物質軟化脫落

VRLA蓄電池在循環使用條件下
，電池的失效主要是由正極活性物質(PAM)的軟化、脫落所致。鉛酸電池循環過程中，正
、負fu極ji活huo性xing物wu質zhi經jing曆li了le可ke逆ni的de溶rong解jie再zai沉chen積ji過guo程cheng
，改gai變bian了le多duo孔kong二er氧yang化hua鉛qian電dian極ji的de結jie構gou。尤you其qi對dui二er氧yang化hua鉛qian電dian極ji，可ke能neng會hui引yin起qi表biao觀guan體ti積ji的de增zeng加jia
，改gai變bian顆ke粒li和he孔kong尺chi寸cun的de分fen布bu，多duo孔kong二er氧yang化hua鉛qian結jie構gou中zhong顆ke粒li之zhi間jian的de機ji械xie結jie合he性xing能neng和he導dao電dian性xing能neng降jiang低di，隨sui著zhe循xun環huan的de繼ji續xu
，這zhe種zhong情qing況kuang還hai會hui進jin一yi步bu的de惡e化hua,結果使得該區域的活性物質軟化和脫落。

(2)放電電流對蓄電池壽命影響

在光伏係統中
，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轉化困難得多。這是因為在小電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒要比大電流條件下形成的PbSO4結晶顆粒粗大，粗大的PbSO4結晶顆粒減少了PbSO4的有效麵積
，這樣在再充時加速了極板極化，導致PbSO4轉化困難，隨著循環的繼續,這種情況還會更加加劇，結果使得極板充不進電，最後導致蓄電池壽命終止。

(3) 深度放電後蓄電池容量恢複

在光伏係統中
，蓄電池的放電率要比蓄電池應用在其它場合低
，通常介於C20～C240
，甚(shen)至(zhi)更(geng)低(di)。小(xiao)電(dian)流(liu)下(xia)深(shen)度(du)放(fang)電(dian)意(yi)味(wei)著(zhe)極(ji)板(ban)上(shang)的(de)活(huo)性(xing)物(wu)質(zhi)將(jiang)得(de)到(dao)更(geng)充(chong)分(fen)的(de)利(li)用(yong)。在(zai)許(xu)多(duo)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)中(zhong)，通(tong)常(chang)不(bu)會(hui)發(fa)生(sheng)深(shen)度(du)放(fang)電(dian)，除(chu)非(fei)充(chong)電(dian)係(xi)統(tong)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)或(huo)者(zhe)持(chi)續(xu)長(chang)時(shi)間(jian)的(de)壞(huai)天(tian)氣(qi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，如(ru)果(guo)蓄(xu)電(dian)池(chi)得(de)不(bu)到(dao)及(ji)時(shi)的(de)再(zai)充(chong)電(dian),硫化問題將更加嚴重，進一步導致容量損失。

(4)酸分層對蓄電池壽命影響

電解液分層現象是由於重力的作用在電池的充放電過程中產生的
，即充電時正負極板表麵都產生H2SO4
，它的密度大，因重力的作用而下沉。在放電時，正負極板表麵均消耗H2SO4，故gu表biao麵mian液ye層ceng密mi度du小xiao
，低di密mi度du的de電dian解jie液ye順shun著zhe極ji板ban間jian上shang升sheng，而er極ji群qun上shang部bu高gao密mi度du的de電dian解jie液ye則ze從cong極ji群qun側ce麵mian向xiang下xia流liu，電dian解jie液ye流liu動dong的de結jie果guo造zao成cheng了le上shang部bu密mi度du低di、下(xia)部(bu)密(mi)度(du)高(gao)。分(fen)層(ceng)現(xian)象(xiang)的(de)產(chan)生(sheng)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)和(he)容(rong)量(liang)均(jun)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)，加(jia)速(su)了(le)板(ban)柵(zha)的(de)腐(fu)蝕(shi)和(he)正(zheng)極(ji)活(huo)物(wu)質(zhi)的(de)脫(tuo)落(luo)，導(dao)致(zhi)負(fu)極(ji)板(ban)硫(liu)酸(suan)鹽(yan)化(hua)。

(5)電液密度對鉛蓄電池壽命的影響
電dian解jie液ye的de濃nong度du不bu僅jin與yu蓄xu電dian池chi的de容rong量liang有you關guan

，而er且qie與yu正zheng極ji板ban柵zha的de腐fu蝕shi和he負fu極ji活huo性xing物wu質zhi硫liu酸suan鹽yan化hua有you關guan。過guo高gao的de硫liu酸suan濃nong度du加jia速su了le正zheng極ji板ban柵zha的de腐fu蝕shi和he負fu極ji活huo性xing物wu質zhi硫liu酸suan鹽yan化hua

，並bing導dao致zhi失shi水shui加jia劇ju。

(6)板柵合金的影響

VRLA蓄xu電dian池chi
，由you於yu長chang期qi使shi用yong

，正zheng極ji板ban柵zha會hui在zai電dian解jie液ye的de作zuo用yong下xia逐zhu步bu腐fu蝕shi並bing長chang大da，板ban柵zha的de長chang大da使shi活huo物wu質zhi和he板ban柵zha的de結jie合he性xing降jiang低di，從cong而er導dao致zhi電dian池chi容rong量liang逐zhu漸jian喪sang失shi。這zhe種zhong正zheng極ji板ban柵zha的de腐fu蝕shi和he長chang大da主zhu要yao受shou板ban柵zha的de合he金jin組zu成cheng、電(dian)解(jie)液(ye)密(mi)度(du)以(yi)及(ji)板(ban)柵(zha)筋(jin)條(tiao)形(xing)狀(zhuang)等(deng)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)。在(zai)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)，板(ban)柵(zha)和(he)活(huo)性(xing)物(wu)質(zhi)的(de)接(jie)口(kou)上(shang)形(xing)成(cheng)非(fei)導(dao)電(dian)層(ceng)

，這(zhe)些(xie)非(fei)導(dao)電(dian)層(ceng)或(huo)低(di)導(dao)電(dian)性(xing)層(ceng)在(zai)板(ban)柵(zha)和(he)PAM界麵引起了高的阻抗，導致充放電時發熱和板柵附近PAM膨脹，從而限製了電池的容量(即所謂的PCL效應)。

(7)極板的厚度的影響

極(ji)板(ban)的(de)厚(hou)度(du)應(ying)屬(shu)於(yu)電(dian)池(chi)設(she)計(ji)方(fang)麵(mian)的(de)問(wen)題(ti)

，一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，較(jiao)厚(hou)極(ji)板(ban)的(de)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)要(yao)長(chang)於(yu)較(jiao)薄(bo)極(ji)板(ban)
，而(er)活(huo)性(xing)物(wu)質(zhi)利(li)用(yong)率(lv)相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)要(yao)差(cha)一(yi)些(xie)。但(dan)有(you)利(li)於(yu)循(xun)環(huan)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)的(de)延(yan)長(chang)。

(8)裝配壓力的影響

裝配壓力對VRLA電池壽命有很大影響，AGM隔ge板ban彈dan性xing差cha，組zu裝zhuang時shi極ji群qun不bu加jia壓ya或huo壓ya力li過guo小xiao，隔ge板ban和he極ji板ban之zhi間jian不bu能neng保bao持chi良liang好hao的de接jie觸chu，電dian池chi容rong量liang大da大da下xia降jiang。在zai循xun環huan過guo程cheng中zhong
，活huo性xing物wu質zhi的de膨peng脹zhang、疏鬆、tuoluoshidianchishoumingtiqianzhongjiedeyuanyinzhiyi
，ercaiyongjiaogaodezhuangpeiyalikeyifangzhihuoxingwuzhizaishenxunhuanguochengzhongdepengzhang。ruozhuangpeiyalitaidi
，haihuidaozhigebanguozaodiyujibanfenli，yinqidianyechuanshukunnan，dianchineizuxunsuzengda
，rongyidaozhixudianchishoumingzhongzhi。yinci，caiyongjiaogaodezhuangpeiyalishidianchijuyouchangxunhuanshoumingdebaozheng。

(9)溫度的影響

高溫對蓄電池失水幹涸
、熱失控、正zheng極ji板ban柵zha腐fu蝕shi和he變bian形xing等deng都dou起qi到dao加jia速su作zuo用yong，低di溫wen會hui引yin起qi負fu極ji失shi效xiao，溫wen度du波bo動dong會hui加jia速su枝zhi晶jing短duan路lu等deng等deng
，這zhe些xie都dou將jiang影ying響xiang電dian池chi壽shou命ming。在zai一yi定ding環huan境jing溫wen度du範fan圍wei放fang電dian時shi，使shi用yong容rong量liang隨sui溫wen度du升sheng高gao而er增zeng加jia

，隨sui溫wen度du降jiang低di而er減jian小xiao。在zai環huan境jing溫wen度du10～45℃範圍內，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，超過一定溫度範圍，則相反，如在環境溫度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，擴散能力降低；在zai低di溫wen下xia電dian解jie液ye的de電dian阻zu也ye增zeng大da
，電dian化hua學xue的de反fan應ying阻zu力li增zeng加jia
，結jie果guo導dao致zhi蓄xu電dian池chi容rong量liang下xia降jiang。其qi次ci低di溫wen還hai會hui導dao致zhi負fu極ji活huo性xing物wu質zhi利li用yong率lv下xia降jiang，影ying響xiang蓄xu電dian池chi容rong量liang，如ru電dian池chi在zai-10℃環境溫度環境溫度下放電時，負極板容量僅達35%額定容量。因此通常情況下蓄電池若在25℃條件下使用時
，蓄電池的壽命為3年;那麼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，每升高10℃
，其使用壽命縮短一半。
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四.光伏係統用儲能VRLA蓄電池的設計實踐

根據光伏係統用蓄電池的工作條件以及對光伏係統用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係列的研究和技術改進
，設計開發了光伏係統專用VRLA蓄電池。具體改進措施包含以下幾方麵：

(1)板柵合金：采cai用yong了le適shi合he與yu循xun環huan使shi用yong鉛qian銻ti或huo者zhe鉛qian鎘ge板ban柵zha合he金jin，既ji能neng防fang止zhi極ji板ban在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong腐fu蝕shi增zeng長chang，又you可ke消xiao除chu板ban柵zha和he活huo性xing物wu質zhi的de界jie麵mian上shang的de阻zu擋dang層ceng，杜du絕jue了le早zao期qi容rong量liang衰shuai減jian。其qi充chong電dian效xiao率lv和he深shen放fang電dian後hou的de恢hui複fu性xing能neng都dou很hen理li想xiang。由you於yu鎘ge為wei有you毒du元yuan素su，現xian在zai限xian製zhi使shi用yong。但dan由you於yu鉛qian銻ti合he金jin電dian池chi
，失shi水shui嚴yan重zhong，現xian在zai一yi般ban做zuo成cheng開kai口kou式shi蓄xu電dian池chi需xu要yao定ding期qi補bu水shui
，需xu要yao人ren員yuan定ding期qi維wei護hu。

(2)板柵結構：采cai用yong了le特te殊shu的de板ban柵zha結jie構gou，可ke防fang止zhi因yin板ban柵zha增zeng長chang而er導dao致zhi蓄xu電dian池chi損sun壞huai
，並bing增zeng加jia了le板ban柵zha的de厚hou度du
，以yi延yan長chang蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming。現xian在zai常chang用yong管guan式shi正zheng極ji板ban柵zha設she計ji，有you限xian解jie決jue了le因yin活huo性xing與yu板ban柵zha之zhi間jian接jie觸chu不bu好hao的de問wen題ti。

(3)鉛膏：在正、負鉛膏中，添加能增加導電性的添加劑，如石墨、乙炔黑等，並改進和膏工藝和固化工藝
，提高了蓄電池的充電接受能力
、過放電後容量恢複能力和深循環壽命。

(4)裝配壓力：提高了電池的裝配壓力，以提高蓄電池的循環使用壽命。采用了高強度緊裝配技術，確保蓄電池緊裝配壓力得以實現。

(5)電解液：降jiang低di了le硫liu酸suan電dian解jie液ye的de比bi重zhong，並bing添tian加jia了le特te殊shu的de電dian液ye添tian加jia劑ji，可ke以yi降jiang低di對dui極ji板ban的de腐fu蝕shi，減jian少shao電dian液ye分fen層ceng的de產chan生sheng，提ti高gao了le電dian池chi的de充chong電dian接jie受shou能neng力li，和he過guo放fang電dian性xing能neng。

(6)雜質的控製：對各種材料的雜質(如Sb、Fe
、Ni等)進行嚴格的控製，特別是合金中雜質的控製，降低了電池的自放電
，杜絕了負極總線腐蝕現象的發生。

(7)正負活性物質的配比：針對光伏係統用儲能VRLA蓄電池的充放電特點，調整了正負活性物質的配比
，提高蓄電池的循環壽命。

(8)安全閥：對安全閥還考慮了海拔2500m以上的高原氣候的影響，特別調整了開閉閥壓力
，采用專用安全閥。

(9)電池結構：降(jiang)低(di)了(le)電(dian)池(chi)總(zong)高(gao)度(du)。采(cai)用(yong)用(yong)矮(ai)型(xing)結(jie)構(gou)生(sheng)產(chan)，可(ke)以(yi)大(da)大(da)降(jiang)低(di)由(you)於(yu)電(dian)液(ye)分(fen)層(ceng)現(xian)象(xiang)導(dao)致(zhi)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)和(he)容(rong)量(liang)受(shou)到(dao)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。但(dan)由(you)於(yu)膠(jiao)體(ti)電(dian)池(chi)不(bu)易(yi)出(chu)現(xian)電(dian)解(jie)液(ye)分(fen)層(ceng)現(xian)場(chang)，無(wu)此(ci)限(xian)製(zhi)。
(10)蓄電池各單體電池的一致性：這zhe裏li提ti到dao的de一yi致zhi性xing不bu僅jin是shi指zhi電dian池chi的de開kai路lu電dian壓ya
，初chu期qi容rong量liang
，還hai包bao括kuo電dian池chi的de內nei阻zu，自zi放fang電dian，以yi及ji充chong電dian效xiao率lv等deng，這zhe就jiu要yao求qiu足zu夠gou的de製zhi造zao精jing度du，即ji從cong鉛qian粉fen、鑄片、和膏、塗片、固化、化成、幹燥裝配、加酸、充電到最後的四項功能檢測都必須控製在較小的公差範圍內，所以采用機鑄、機塗、組立機裝配以及精確注酸是確保電池一致性的可靠保證
，盡量減少人為因子。

由you於yu光guang伏fu發fa電dian係xi統tong用yong轉zhuan化hua效xiao率lv低di成cheng本ben高gao，並bing且qie沒mei有you相xiang應ying配pei套tao的de鼓gu勵li發fa展zhan的de法fa律lv法fa規gui
，使shi得de光guang伏fu係xi統tong發fa展zhan較jiao慢man。但dan發fa展zhan新xin型xing能neng源yuan是shi大da勢shi所suo趨qu，必bi將jiang高gao速su發fa展zhan。而er儲chu能neng蓄xu電dian池chi目mu前qian主zhu要yao包bao括kuo鎘ge鎳nie蓄xu電dian池chi和he鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi，其qi中zhong鎘ge鎳nie電dian池chi正zheng逐zhu步bu被bei淘tao汰tai。鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi包bao括kuo富fu液ye式shi和he貧pin液ye式shi
，必bi將jiang在zai近jin幾ji年nian在zai光guang伏fu發fa電dian係xi統tong都dou得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。

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