在早期光伏發(fā)電系統(tǒng)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(huán)境等缺點,,不利于無人值守使用及環(huán)保。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(huán)境,,備受歡迎,在我國電信,、電力,、鐵路等行業(yè)得到廣泛使用。現(xiàn)在的光伏系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的組成
光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光電效應原理將太陽能轉換為電能的發(fā)電系統(tǒng),,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,。
圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成框圖
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(fā)電系統(tǒng)中起著相當重要的作用。
光伏發(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池特點
1 光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池的工作方式
蓄電池的工作方式可分為循環(huán)使用和浮充使用兩種,。經常處于頻繁的充放電工作狀態(tài),,即循環(huán)使用;經常處于充電狀態(tài)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(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池屬于循環(huán)使用方式。
2 光伏系統(tǒng)用蓄電池充放電特性
光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)。
3 光伏發(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池性能要求
光伏發(fā)電系統(tǒng)多建立在邊遠偏僻的山區(qū),、高原,、戈壁,自然環(huán)境十分惡劣,,工作環(huán)境溫度變化范圍很大,。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;(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(tài)環(huán)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(qū)的使用環(huán)境,;(9)蓄電池組中各蓄電池一致性良好。
光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)的負載每天需要多少電量,;其次根據(jù)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(guī)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(tài),,這種欠充電狀態(tài)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(shù),;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(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)推廣的原因之一。VRLA蓄電池用于光伏系統(tǒng)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(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏系統(tǒng)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(huán)使用壽命,。為延長VRLA電池的循環(huán)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(wěn)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(qū),由于大氣壓較低,特別調整了安全閥壓力值,。