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阀控式密封铅酸蓄电池在光伏发电中的研究和应

近些年来,阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)由于密封不漏酸、不腐蚀设备污染环境,备受欢迎,在我国电信、电力、铁路等行业得到广泛使用。现在的光伏系统用蓄电池,几乎全部为VRLA蓄电池。VRLA蓄电池的主要作用有两点:(1)在晚上或多云及光伏阵列产能和负载用电不一致等情况下,蓄电池能够存储多余能量或给负载提供能量;(2)由于太阳能电池组件的工作特性受太阳辐照度、温度等影响很大,负载常常不能处在最理想工作点附近。蓄电池对太阳能电池的工作电压具有钳位作用,能够保证负载处在最理想工作点附近。



光伏发电系统的组成

光伏发电系统是利用光电效应原理将太阳能转换为电能的发电系统,通常由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成。

太阳能电池组件的作用是将太阳能转化为电能,供给负载工作或给蓄电池组充电;控制器的作用是对蓄电池组的充放电进行保护;蓄电池组用于存储电能;逆变器的作用是将直流电变换为交流电。在夜晚或阴雨天,太阳电池组件无法工作时,由蓄电池组供电给负载工作。可见,蓄电池组在光伏发电系统中起着相当重要的作用。

光伏发电系统用VRLA蓄电池特点

1、光伏发电系统用蓄电池的工作方式

蓄电池的工作方式可分为循环使用和浮充使用两种。经常处于频繁的充放电工作状态,即循环使用;经常处于充电状态则为浮充使用,能弥补蓄电池因自放电而造成的容量损失。光伏发电系统用VRLA蓄电池属于循环使用方式。

2、光伏系统用蓄电池充放电特性

光伏发电系统用蓄电池充放电特性一般有4点:(1)白天充电,晚上以及阴、雨天放电;(2)充电倍率低,平均充电电流一般为0.01~0.02C,很少达到0.1~0.2C;(3)放电电流小,放电倍率通常为0.004~0.05C;(4)一次充电时间较短,即使长的时候仅为约10h。光伏系统很少能完全、快速地给蓄电池充满电,蓄电池往往会处于欠充电状态。

3、光伏发电系统用VRLA蓄电池性能要求

光伏发电系统多建立在边远偏僻的山区、高原、戈壁,自然环境十分恶劣,工作环境温度变化范围很大。因此,对光伏发电系统中的蓄电池有如下要求:(1)具有深循环放电性能,充放电循环寿命长;(2)耐过充电能力强;(3)过放电后容量恢复能力强;(4)良好的充电接受能力;(5)电池在静态环境中使用时,电解液不易分层;(6)具有免维护或少维护的性能;(7)应具备良好的高、低温充放电特性;(8)能适应高海拔地区的使用环境;(9)蓄电池组中各蓄电池一致性良好。

光伏发电系统用铅酸蓄电池容量的设计方法

确定蓄电池容量,首先要测定接入系统的负载每天需要多少电量;其次根据气候条件蓄电池需要存储多少天的电量。在确定蓄电池容量时,并不是容量愈大愈好,过大的电池容量规模也会产生问题。这是因为在日照不足时,蓄电池组可能维持在部分充电状态,这种欠充电状态将导致电池硫酸化增加、容量降低、寿命缩短。蓄电池容量的一般计算公式为C=E·t/(D·η0·η1)(1)式中,C为蓄电池的容量;E为负载日平均功耗;t为最长无日照用电时数;D为VRLA蓄电池允许放电深度;η0为VRLA蓄电池充放电效率;η1为逆变器转换效率。

光伏发电系统用VRLA蓄电池性能改进

蓄电池的失效和寿命短是阻碍光伏发电系统推广的原因之一。VRLA蓄电池用于光伏系统后寿命会逐渐缩短,影响其寿命的因素主要有:充电时间受限,长期欠充电;小电流放电;过充电;温度等。根据光伏发电系统光伏系统对蓄电池性能的特殊要求,结合上述影响蓄电池寿命的因素,在原VRLA蓄电池的基础上进行了一系列性能改进。具体改进措施包含以下几方面:



(1)提高循环使用寿命。为延长VRLA电池的循环使用寿命,板栅合金在板栅与活性物质界面形成的腐蚀层导电性应良好,板栅应具有抗蠕变性能。电池设计采用紧装配,并适当提高装配压力。

(2)提高电池充电接受能力。对VRLA电池来说,充电不足对电池的危害比过充电更严重,所以提高VRLA电池的充电接受能力尤其重要。在负极铅膏配方中加入高稳定性的膨胀剂和导电性添加剂,提高了充电接受能力。

(3)提高过放电性能。降低硫酸电解液的比重,并添加了特殊的电液添加剂,可以降低对极板的腐蚀,减少电液分层的产生,提高了电池的充电接受能力和过放电性能。

(4)采用专用安全阀。对于高原地区,由于大气压较低,特别调整了安全阀压力值。
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