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光伏系统储能电池原理及应用
发表于:2017-07-14 14:39:27
来源:索比光伏网作者:刘继茂

储能电池是太阳能光伏发电系统不可缺少存储能电能部件,其主要功能是存储光伏发电系统的电能,并在日照量不足,夜间以及应急状态下为负载供电。常用的储能电池有铅酸蓄电池,碱性蓄电池,锂电池,超级电容,它们分别应用于不同场合或者产品中,目前应用最广是铅酸蓄电池,从19世纪50年代)开发出来至今,已经有160余年的历史,目前衍生出来很多种类,如富液铅酸电池、阀控密封铅酸电池、胶体电池,铅碳电池等。发展最快的是锂电池,目前主要有磷酸铁锂电池和三元锂电池(镍钴锰酸锂LiNiCoMn)。

1、铅酸蓄电池工作原理,基本结构

铅酸电池是用铅和二氧化铅作为电池负极和正极活性物质,以稀硫酸为电解质的化学储能装置,具有电能转换效率高、循环寿命长、端电压高、安全性强、性价比高、安装维护简单等特点,目前是各类储能、应急供电、启动装置中首选的化学电源。铅酸电池的主要构成包括:

 


 

图1 铅酸蓄电池主要部件示意图

1)极板:正负极板均是以特殊的合金板栅涂敷上活性物质所得,极板在充放电时存储和释放能量,确保电池的容量和性能可靠;

2)隔板:是置放于电池正负极中间的一个隔离介质,防止电池正负极直接接触而短路的装置,不同类型的铅酸电池隔板材质不同,阀控类电池主要以AGM、PE、PVC 为主;

3)电解液:铅酸电池的电解液是用蒸馏水配制的稀硫酸,电解液在充放电时起到在正负极间传输离子的作用,因而电解液必须要没有杂质;

4)容器(电池壳盖):电池包覆的容器,电解液和极板均在容器内,主要起支撑作用,同时防止内部物质外溢,外部物质进入内部结构污染电池。

2、铅酸蓄电池的种类

铅酸电池的工作原理就是通过电化学反应,电能和化学能之间相互转化,电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语:Lead-acid battery 。放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。种类较多,应用在光伏储能系统中,比较多的有三种,富液型铅酸蓄电池(FLA,flooded lead-acid),阀控式密封铅酸蓄电池VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery),铅碳蓄电池等等。

2.1、富液型铅酸蓄电池:

铅酸电池的电解液中的硫酸直接参与电池充放电反应过程,传统铅酸电池中,电池槽内除去极板、隔板及其他固体组装部件的剩余空间完全充满硫酸电解

液,电解液处于富余过量状态,故被称为“富液式”电池,电池极板完全浸泡在硫酸电解液中。富液式蓄电池顶部有一个能够通气而又能够阻挡液体溅出的盖子,在使用过程中由于水分的蒸发和分解损失,需要定期将盖子打开补加蒸馏水及调整电解液密度,所以习惯上被称为“开口式”蓄电池。

富液型铅酸蓄电池特点是价格便宜,寿命长,缺点是需要经常维护。

2.2、阀控式密封铅酸蓄电池,又称免维护电池,分为AGM密封铅蓄电池和GEL胶体密封铅蓄电池两种。

AGM型电池使用纯的硫酸水溶液作电解液,大部分存在于玻璃纤维膜之中,同时极板内部吸有一部分电解液外。AGM式密封铅蓄电池电解液量少,极板的厚度较厚,活性物质利用率低于开口式电池,因而电池的放电容量比开口式电池要低10%左右。与当今的胶体密封电池相比,其放电容量要小一些。与富液型相同规格蓄电池相比,价格较高,具有以下优点:1.循环充电能力比铅钙蓄电池高3倍,具有更长的使用寿命。2.在整个使用寿命周期内具有更高的电容量稳定性。3.低温性能更可靠。4.降低事故风险,减少环境污染风险(由于酸液100%密封装)5.维护很简单,减少深度放电。

胶体密封铅蓄电池(即GEL型电池),胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进,用胶体电解液代换了硫酸电解液,在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。其电解液是由硅溶胶和硫酸配成的,硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低,电解液的量比AGM式电池要多,跟富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在,充满在隔膜中及正负极之间,硫酸电解液由凝胶包围着,不会流出电池。

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刘继茂
1994年开始从事电源行业维修和设计工作,2008年开始从事逆变器研发和光伏系统设计工作。长期跟踪国内外100多个光伏电站运行情况,设计过1000多个并网和离网系统,对光伏逆变器的发展、光伏系统设备的选型,可靠性设计,运行维护有独到的理解。
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