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        閥控式密封鉛酸蓄電池在光伏發電中的研究和應

        近些年來,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。
         
        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。可見,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10h。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。這是因為在日照不足時,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為負載日平均功耗;t為最長無日照用電時數;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。
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