VRLA蓄电池在光伏系统中的研究与应用

　　在早期光伏离网发电系统中，一般使用开口式铅酸蓄电池作为储能装置，但开口式铅酸蓄电池有需要加酸加水维护，酸液易污染环境等缺点，不利于无人值守使用及环保。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
　　光伏离网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，如图1所示。

　　图1 光伏离网发电系统原理图

　　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10 h。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。