第4章太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能電池及器件儲(chǔ)能電池及器件是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)不可缺少的存儲(chǔ)電能的部件。其主要功能是存儲(chǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能，并在日照量不足、夜間以及應(yīng)急狀態(tài)時(shí)為負(fù)載供電。本章主要介紹太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的幾種儲(chǔ)能電池及器件，重點(diǎn)介紹在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中大量使用的閥控型免維護(hù)鉛酸蓄電池在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，常用的儲(chǔ)能電池及器件有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池及超級(jí)電容器等，它們分別應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的不同場(chǎng)合或產(chǎn)品中。由于性能及成本的原因，目前應(yīng)用最多、使用最廣泛的還是鉛酸蓄電池。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能蓄電部件的基本要求是：①自放電率低；②使用壽命長(zhǎng)；③深放電能力強(qiáng)；④充電效率高；⑤少維護(hù)或免維護(hù)；⑥工作溫度范圍寬；⑦價(jià)格低廉。4.1鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的儲(chǔ)能方式是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，需要時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。由于組成蓄電池正極的材料是氧化鉛，負(fù)極是鉛，而電解液主要是稀硫酸，所以被稱為鉛酸蓄電池。4.1.1鉛酸蓄電池的分類、結(jié)構(gòu)與原理1．鉛酸蓄電池的分類鉛酸蓄電池按產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，可分為開(kāi)口式、閥控密封免維護(hù)式和閥控密封膠體式等幾種；按使用壞境及場(chǎng)合可分為移動(dòng)式和固定式。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是固定式閥控密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。表4-1光伏發(fā)電系統(tǒng)常用鉛酸蓄電池技術(shù)特性

2．鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、電解質(zhì)、隔板、電池槽、電池蓋、跨橋、安全閥、接線端子等組成。電池可組裝成2V、6V、12V等形式，電池每2V為一個(gè)單位。

(1)正極板。正極板是指鉛酸蓄電池的陽(yáng)極板，是發(fā)生氧化反應(yīng)的電極。它是以結(jié)晶緊密、疏松多孔的二氧化鉛作為存儲(chǔ)電能的活性物質(zhì)，正常顏色為紅褐色。鉛酸蓄電池的每個(gè)單元也分為正極和負(fù)極，陽(yáng)極是放電時(shí)的負(fù)極，充電時(shí)的正極。(2)負(fù)極板。負(fù)極板是鉛酸蓄電池的陰極，是發(fā)生還原反應(yīng)的電極。它是以海綿狀的金屬鉛作為存儲(chǔ)電能的物質(zhì)，正常顏色為深灰色。負(fù)極板是放電時(shí)的正極，充電時(shí)的負(fù)極。(3)電解質(zhì)。鉛酸蓄電池的電解液是稀硫酸溶液；膠體蓄電池的電解質(zhì)是一定濃度的硫酸和硅凝膠的膠體電解質(zhì)。

電解質(zhì)在鉛酸蓄電池中的作用是：參加電化學(xué)反應(yīng)，傳導(dǎo)溶液的正負(fù)離子，擴(kuò)散極板在反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的溫度。

電解質(zhì)是影響電池容量和使用壽命的主要因素。(4)隔板。隔板分為玻璃纖維隔板、微孔橡膠隔板、塑料隔板等。隔板的作用是吸收電解液，并將正負(fù)極板隔開(kāi)而互不短路。隔板可以防止極板的彎曲和變形，防止活性物質(zhì)的脫落，降低電池的內(nèi)阻。因此隔板材料要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和多孔性；還要有良好的絕緣性能和耐酸性、親水性。(5)電池槽、蓋。電池槽、蓋就是蓄電泡的外殼。它為整體結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)由隔壁分成3個(gè)或6個(gè)互不相通的單格，格子底部有突起的筋條，用來(lái)擱置極板組。筋條間的空隙用來(lái)堆放從極板上脫落下來(lái)的活性物質(zhì)，以防止極板短路。外殼材料要保證電池密封，有優(yōu)良的耐腐蝕、耐熱和耐機(jī)械力性能。一般選用硬橡膠或ABS工程塑料。(6)跨橋。跨橋的作用是并聯(lián)電池單體的所有正負(fù)極板，以確保電池的容量并傳導(dǎo)電流。跨橋的材料是耐腐蝕鉛合金。

(7)安全閥。安全閥的作用是維持電池正常的內(nèi)部壓力，防止外界空氣和雜質(zhì)的進(jìn)入。安全閥一般用三元乙丙橡膠制作。(8)接線端子。接線端子的作用是實(shí)現(xiàn)電池與外界的連接，傳導(dǎo)電流。接線端子的材質(zhì)一般是銅材鍍銀。3.鉛酸蓄電池的工作原理鉛酸蓄電池的工作過(guò)程就是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，其電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：鉛酸蓄電池在充電和放電過(guò)程中的可逆反應(yīng)理論比較復(fù)雜，目前公認(rèn)的是“雙硫酸化理論”。該理論的含義為鉛酸電池在放電后，兩電極的活性物質(zhì)和硫酸發(fā)生作用，均轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩峄衔铩蛩徙U：充電時(shí)又恢復(fù)為原來(lái)的鉛和二氧化鉛。4.1.2鉛酸蓄電池的基本概念與技術(shù)術(shù)語(yǔ)1．鉛酸蓄電池的基本概念(1)蓄電池充電。蓄電池充電是指通過(guò)外電路給蓄電池供電，使電池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能而存儲(chǔ)起來(lái)的操作過(guò)程。(2)過(guò)充電。過(guò)充電的意思是指對(duì)已經(jīng)充滿電的蓄電池或蓄電池組繼續(xù)充電。(3)放電。放電是指在規(guī)定的條件下，蓄電池向外電路輸出電能的過(guò)程。(4)自放電。蓄電池的能量未通過(guò)外電路放電而自行減少，這種能量損失的現(xiàn)象叫自放電。(5)活性物質(zhì)。在蓄電池放電時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能的物質(zhì)，或者說(shuō)是正極和負(fù)極存儲(chǔ)電能的物質(zhì)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)。

(6)放電深度。放電深度是指蓄電池在某一放電速率下，電池放電到終止電壓時(shí)實(shí)際放出的有效容量與電池在該放電速率的額定容量的百分比。放電深度和電池循環(huán)使用次數(shù)關(guān)系很大，放電深度越大，循環(huán)使用次數(shù)越少；放電深度越小，循環(huán)使用次數(shù)越多。經(jīng)常使電池深度放電，會(huì)縮短電池的使用壽命。(7)極板硫化。在使用鉛酸蓄電池時(shí)要特別注意的是：電池放電后要及時(shí)充電，如果蓄電池長(zhǎng)時(shí)期處于虧電狀態(tài)，極板就會(huì)形成PbS04晶體，這種大塊晶體很難溶解，無(wú)法恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，將會(huì)導(dǎo)致極板硫化無(wú)法充電。(8)相對(duì)密度。相對(duì)密度是指電解液與水的密度的比值。相對(duì)密度與溫度變化有關(guān)，25℃時(shí)，充滿電的電池電解液相對(duì)密度值為1.265g/cm3，完全放電后降至1.120g/cm3。每個(gè)電池的電解液密度都不相同，同一個(gè)電池在不同的季節(jié)，電解液密度也不一樣。大部分鉛酸蓄電池的密度在1.1～1.3g/cm3范圍內(nèi)，充滿電之后一般為1.23～l.3g/cm3。2．鉛酸蓄電池常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)(1)蓄電池的容量。處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時(shí)所能給出的電量稱為電池容量，以符號(hào)C表示。常用單位是安時(shí)(Ah)。通常在C的下角處標(biāo)明放電時(shí)率，如Cl0表明是10小時(shí)率的放電容量，C60表明是60小時(shí)率的放電容量。電池容量分為實(shí)際容量和額定容量。實(shí)際容量是指電池在一定放電條件下所能輸出的電量。額定容量（標(biāo)稱容量）是按照國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒布的標(biāo)準(zhǔn)，在電池設(shè)計(jì)時(shí)要求電池在一定的放電條件下（如在25℃環(huán)境下以10小時(shí)率電流放電到終止電壓），應(yīng)該放出的最低限度的電量值。(2)放電率。根據(jù)蓄電池放電電流的大小，放電率分為時(shí)間率和電流率。（每小時(shí)放電電量？）時(shí)間率是指在一定放電條件下，蓄電池放電到終了電壓時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短。常用時(shí)率和倍率表示。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，放電的時(shí)間率有20小時(shí)率，10小時(shí)率，5小時(shí)率，3小時(shí)率，1小時(shí)率，0.5小時(shí)率，分別標(biāo)示為20h、10h、5h、3h、1h、0.5h等。電池的放電倍率越高，放電電流越大，放電時(shí)間就越短，放出的相應(yīng)容量越少。(3)終止電壓。終止電壓是指在蓄電池放電過(guò)程中，電壓下降到不宜再放電時(shí)（非損傷放電）的最低工作電壓。為了防止電池不被過(guò)放電而損害極板，在各種標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了在不同放電倍率和溫度下放電時(shí)電池的終止電壓。一般10小時(shí)率和3小時(shí)率放電的終止電壓為每單體1.8V，1小時(shí)率的終止電壓為每單體1.75V。由于鉛酸蓄電池本身的特性，即使放電的終止電壓繼續(xù)降低，電池也不會(huì)放出太多的容量，但終止電壓過(guò)低對(duì)電池的損傷極大，尤其當(dāng)放電達(dá)到0V而又不能及時(shí)充電時(shí)將大大縮短蓄電池的壽命。對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)用的蓄電池，針對(duì)不同型號(hào)和用途，放電終止電壓設(shè)計(jì)也不一樣。終止電壓視放電速率和需要而規(guī)定。通常，小于10h的小電流放電，終止電壓取值稍高一些；大于10h的大電流放電，終止電壓取值稍低一些。(4)電池電動(dòng)勢(shì)。蓄電池的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于蓄電池達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓是無(wú)電流狀態(tài)時(shí)的電池電壓。當(dāng)有電流通過(guò)電池時(shí)所測(cè)量的電池端電壓的大小將是變化的，其電壓值既與電池的電流有關(guān)，又與電池的內(nèi)阻有關(guān)。(5)浮充壽命。蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時(shí)浮充運(yùn)行的總時(shí)間。(6)循環(huán)壽命。蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個(gè)循環(huán)（一個(gè)周期）。在一定的放電條件下，電池使用至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。影響蓄電池循環(huán)壽命的因素是綜合因素，不僅與產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有關(guān)，而且還與放電倍率和深度、使用環(huán)境和溫度及使用維護(hù)狀況等外在因素有關(guān)。(7)過(guò)充電壽命。過(guò)充電壽命是指采用一定的充電電流對(duì)蓄電池進(jìn)行連續(xù)過(guò)充電，一直到蓄電池壽命終止時(shí)所能承受的過(guò)充電時(shí)間。其壽命終止條件一般設(shè)定在容量低于10小時(shí)率額定容量的80%。(8)自放電率。蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下的儲(chǔ)存期內(nèi)，由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗，每天或每月容量降低的百分?jǐn)?shù)稱為自放電率。自放電率指標(biāo)可衡量蓄電池的儲(chǔ)存性能。(9)電池內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，而是一個(gè)變化的量，它在充放電的過(guò)程中隨著時(shí)間不斷的變化，這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻很小，在小電流放電時(shí)可以忽略，但在大電流放電時(shí)，將會(huì)有數(shù)百毫伏的電壓降損失，必須引起重視。電池內(nèi)阻嚴(yán)重影響電池工作電壓、工作電流和輸出能量，因而內(nèi)阻越小的電池性能越好。

(10)比能量。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分，前者指1kg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量，實(shí)際比能量為1kg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際能量，由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。比能量是綜合性指標(biāo)．它反映了蓄電池的質(zhì)量水平，也表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平，常用比能量來(lái)比較不同廠家生產(chǎn)的蓄電池，該參數(shù)對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。4.1.3鉛酸蓄電池的型號(hào)識(shí)別根據(jù)JB2599-85部頒標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，鉛酸蓄電池的名稱由單體蓄電池的格數(shù)、型號(hào)、額定容量、電池功能和形狀等組成。通常分為三段表示第一段為數(shù)字，表示單體電池的串聯(lián)數(shù)。每一個(gè)單體蓄電池的標(biāo)稱電壓為2V，當(dāng)單體蓄電池串聯(lián)數(shù)（格數(shù)）為1時(shí)，第一段可省略，6V、12V蓄電池分別用3和6表示。第二段為2～4個(gè)漢語(yǔ)拼音字母，表示蓄電池的類型、功能和用途等。第三段表示電池的額定容量。蓄電池常用漢語(yǔ)拼音字母的含義如表4-1所示。

GFM-800表示為1個(gè)單體電池，標(biāo)稱電壓為2V，固定式閥控密封型蓄電池，20小時(shí)率額定容量為800Ah。

6-GFMJ-120表示有6個(gè)單體電池串聯(lián)，標(biāo)稱電壓為12V，固定式閥控密封型膠體蓄電池，20小時(shí)率額定容量為120Ah。雖然各蓄電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品型號(hào)有不同的解釋，但產(chǎn)品型號(hào)中的基本含義不會(huì)改變，通常都是用上述方法表示。

4.1.4膠體型鉛酸蓄電池1．膠體型鉛酸蓄電池工作原理膠體型鉛酸蓄電池是對(duì)液體電解質(zhì)鉛酸蓄電池的改進(jìn)，實(shí)際上是將鉛酸蓄電池中的硫酸電解液換成膠體電解液，其工作原理仍與鉛酸蓄電池相似。膠體電解液是用Si02凝膠和一定濃度的硫酸，按照適當(dāng)?shù)谋壤旌显谝黄穑纬梢粋€(gè)多孔、多通道的高分子聚合物。膠體電解液進(jìn)入蓄電池內(nèi)部或充電若干小時(shí)后，會(huì)逐漸發(fā)生膠凝，使液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀物，膠體中添加有多種表面活性劑，有助于灌裝蓄電池前抗膠凝，而且還有助于防止極板硫酸鹽化，減小對(duì)隔板的腐蝕，提高極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率。通常膠體鉛酸蓄電池采用富液設(shè)計(jì)，比普通鉛酸蓄電池多加了20%的酸液。2．膠體型鉛酸蓄電池的特點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)密封，電解液凝膠，無(wú)滲漏；充放電無(wú)酸霧、無(wú)污染，安全、對(duì)環(huán)境友好。(2)自放電極小，平均自放電在25℃的條件下，每三個(gè)月不高于1.3%。出廠充足電的蓄電池，在正常溫度下，連續(xù)存放12個(gè)月不需充電可投入使用。(3)使用壽命長(zhǎng)。由于凝膠電解液有效地防止了電解液的分層，使極板活化反應(yīng)均勻，延長(zhǎng)了極板的活化反應(yīng)循環(huán)次數(shù)，提高了電池的使用壽命，其正常使用壽命可達(dá)10～15年。(4)深度放電循環(huán)性能優(yōu)良，放電至0V能正常恢復(fù)。(5)優(yōu)良的抗高低溫性能，適用環(huán)境范圍廣，可在-45～70℃的高低溫環(huán)境下使用。(6)容量高，充電接受能力強(qiáng)；浮充電流小，電池發(fā)熱量少；可在任意位置放置。

3．膠體蓄電池與鉛酸蓄電池性能比較

4.1.5鉛酸蓄電池的使用要點(diǎn)1．蓄電池的儲(chǔ)運(yùn)(1)蓄電池應(yīng)儲(chǔ)存在低溫、干燥、通風(fēng)、清潔的環(huán)境中，存儲(chǔ)溫度20℃±5℃，要避免熱源、火源、陽(yáng)光直射和雨淋。(2)蓄電池需充足電存放，并且在常溫下每3～6個(gè)月進(jìn)行一次補(bǔ)充電。(3)蓄電池放電后應(yīng)立即充電，不可將放電后的蓄電池長(zhǎng)期擱置。長(zhǎng)期不用的蓄電池?cái)R置一段時(shí)間后要進(jìn)行補(bǔ)充充電，直至容量恢復(fù)到存儲(chǔ)前的水平。補(bǔ)充充電間隔為3個(gè)月，最多6個(gè)月。(4)當(dāng)容量?jī)H為或低于額定容量的40%時(shí)（在25℃時(shí)開(kāi)路電壓低于6.3V或12.63V），應(yīng)用均衡充電以使容量恢復(fù)。(5)蓄電池運(yùn)輸和搬運(yùn)時(shí)，要小心輕放，避免電池破損。搬運(yùn)時(shí)不得觸動(dòng)端子極柱和排氣閥，嚴(yán)禁投擲和翻滾，避免機(jī)械沖擊和重壓。2．蓄電池的安裝使用(1)蓄電池在安裝前應(yīng)檢查外觀有無(wú)破裂、漏酸。檢查接線端子極柱是否有彎曲和損壞，彎曲和損壞的端子極柱會(huì)造成安裝困難或無(wú)法安裝，并有可能使端子密封失效，產(chǎn)生爬酸、滲酸現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高的接觸電阻，甚至有熔斷的危險(xiǎn)。(2)用銅刷輕輕處理電池端子，使端子的接線部位露出金屬光澤，并用軟布擦拭電池表面的鉛屑和灰塵(3)在電池連接過(guò)程中，請(qǐng)戴好防護(hù)手套，使用扳手等金屬工具時(shí)，請(qǐng)將金屬工具進(jìn)行絕緣包裝，以防觸電；絕對(duì)避免將金屬工具同時(shí)接觸到電池的正、負(fù)極端子，造成電池短路。(4)蓄電池在多只并聯(lián)使用時(shí)，按電池標(biāo)識(shí)正、負(fù)極性依次排列，且連接點(diǎn)要擰緊，以防產(chǎn)生火花和接觸不良。(5)電池柜或架要放在預(yù)先確定的位置，注意保持電池柜與電池柜、墻壁及其他設(shè)備之間，要留有50～70cm的維修距離，并注意地板的承重能力是否能滿足要求。(6)電池間的安裝距離通常為10～15mm，以便對(duì)流冷卻。(7)蓄電池應(yīng)遠(yuǎn)離熱源和容易產(chǎn)生火花的地方（如變壓器、電源開(kāi)關(guān)或保險(xiǎn)絲等），安全距離在0.5m以上，不能在電池系統(tǒng)附近吸煙或使用明火。(8)將蓄電池（組）和外部設(shè)備連接之前，要使設(shè)備處于關(guān)斷狀態(tài)，并再次檢查蓄電池的連接極性是否正確，然后再將蓄電池（組）的正極連接設(shè)備的正極端，蓄電池（組）的負(fù)極連接設(shè)備的負(fù)極端，并緊固好連接線。(9)蓄電池或電池組若需要并聯(lián)使用，一般不能超過(guò)4只（組）并聯(lián)(10)不要單獨(dú)增加電池組中某幾個(gè)單體電池的負(fù)荷，這將造成單體電池間容量的不平衡。(11)蓄電池間連接電纜應(yīng)盡可能短，不能僅考慮容量輸出來(lái)選擇電纜的大小規(guī)格，電纜的選擇還應(yīng)考慮不能產(chǎn)生過(guò)大的電壓降。(12)特別提示：不同容量、不同廠家或不同新舊程度的蓄電池嚴(yán)禁連接在一起使用。(13)不準(zhǔn)拆開(kāi)或重新裝配蓄電池，也不能拆卸電池排氣閥或向電池中加入任何物質(zhì)。(14)如遇火災(zāi)不能用二氧化碳滅火器，可用干粉滅火器和1211滅火器。3．蓄電池的檢查及維護(hù)蓄電池的維護(hù)工作必不可少，無(wú)論是人工操作維護(hù)，還是自動(dòng)監(jiān)控管理，都是為了及時(shí)檢測(cè)出個(gè)別電池的異常故障或影響電池充放電性能的設(shè)備系統(tǒng)故障，積極采取糾正措施，確保電源系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。蓄電池的檢查維護(hù)分為日常維護(hù)、季度維護(hù)和年度維護(hù)。(1)日常維護(hù)：①保證電池表面清潔干燥：②經(jīng)常注意電池系統(tǒng)的環(huán)境溫度及電池外觀的變化；③經(jīng)常檢查蓄電池在線浮充電壓和電池組浮充總電壓（終端總電壓），并與面板顯示對(duì)照，必要時(shí)加以校正；④保證電池柜或電池室的清潔，通風(fēng)和照明良好。(2)季度維護(hù)：①目測(cè)檢查電池外表面的清潔度，外殼和蓋的完好情況，電池外觀有無(wú)鼓包變形等變化，電池有無(wú)過(guò)熱痕跡：②每季度在電池系統(tǒng)的同一檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)并記錄蓄電池系統(tǒng)的環(huán)境溫度和可代表系統(tǒng)的平均溫度，當(dāng)溫度低于15℃或高于25℃時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng)，如沒(méi)有安裝溫控系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)浮充電壓進(jìn)行調(diào)整；⑧在電池端測(cè)量并記錄浮充總電壓，與面板電表顯示值對(duì)照，如有差異及時(shí)查找原因加以糾正④測(cè)量并記錄系統(tǒng)中每只電池的浮充電壓，正常情況下應(yīng)該在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，如發(fā)現(xiàn)異常，找出原因加以糾正⑤做“恢復(fù)性”放電試驗(yàn)，用假負(fù)載或?qū)嶋H負(fù)載放電，即切斷供電電源，用蓄電池供電。發(fā)現(xiàn)個(gè)別電池容量偏低后，將電池均衡充電，經(jīng)均衡充電后仍不能恢復(fù)容量的，要將容量過(guò)低的電池?fù)Q掉。(3)年度維護(hù)：①重復(fù)季度所有維護(hù)內(nèi)容；②檢查所有電池間的連接點(diǎn)并確保連接緊固可靠；⑧隨意抽取幾只電池進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試，由于電池的內(nèi)阻與其容量無(wú)線性關(guān)系，因此電池的內(nèi)阻不能用來(lái)直接表示電池的準(zhǔn)確容量，但電池內(nèi)阻可作為電池“健康”狀態(tài)好壞的指示信號(hào)。4．影響蓄電池壽命的幾個(gè)因素(1)深度放電放電深度對(duì)蓄電池的循環(huán)壽命影響很大，蓄電池如果經(jīng)常深度放電，循環(huán)壽命將縮短。因?yàn)橥活~定容量的蓄電池深度放電就意味著經(jīng)常采用大電流充電和放電，在大電流放電時(shí)或經(jīng)常處于欠充狀態(tài)又不能及時(shí)進(jìn)行再充電，產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒大，極板活性物質(zhì)不能被充分利用，長(zhǎng)此下去蓄電池的實(shí)際容量將逐漸減小，影響蓄電池的正常工作；由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般不太容易產(chǎn)生過(guò)充電的情況，所以，長(zhǎng)期處于虧電狀態(tài)是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中蓄電池失效和壽命縮短的主要原因。(2)放電速率一般規(guī)定20小時(shí)放電率的容量為蓄電池的額定容量。若使用低于規(guī)定小時(shí)的放電率，則可得到高于額定值的電池容量：若使用高于規(guī)定小時(shí)的放電率，所放出的容量要比蓄電池的額定容量小，同時(shí)放電速率也影響蓄電池的端電壓值。蓄電池在放電時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)電流優(yōu)先分布在離主體溶液最近的表面上，導(dǎo)致在電極表面形成硫酸鉛而堵住多孔電極內(nèi)部。在大電流放電時(shí)，上述問(wèn)題更加突出，所以放電電流變大，蓄電池給出的容量也就越小，端電壓值下降速度加快，即放電終了電壓值隨著放電電流的增大而降低。但另一方面，也并非放電速率越低越好，有研究表明，長(zhǎng)期太小的放電速率會(huì)因硫酸鉛分子生成量顯著地增加，產(chǎn)生應(yīng)力造成極板彎曲和活性物質(zhì)脫落，也會(huì)降低蓄電池的使用壽命。(3)外界溫度過(guò)高蓄電池的額定容量是指蓄電池在25℃時(shí)的數(shù)值，一般認(rèn)為閥控密封式鉛酸蓄電池的工作溫度在20～30℃范圍內(nèi)工作較為理想。當(dāng)電池溫度過(guò)低時(shí)，表現(xiàn)為蓄電池的容量減小，因?yàn)樵诘蜏貤l件下電解液不能很好地與極板的活性物質(zhì)充分反應(yīng)。容量減少將不能夠滿足預(yù)期的后備使用時(shí)間和保持在規(guī)定的放電深度內(nèi)，很容易造成蓄電池的過(guò)放電。從蓄電池的外部參數(shù)來(lái)看，電壓與溫度有很大關(guān)系，溫度每升高1℃，單格電池的電壓將下降3mV。也就是說(shuō)，鉛酸蓄電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，其值-3mV/℃。由此可知，在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，一只工作理想的充電控制器可以使蓄電池充足電，但當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃時(shí)，使用同一個(gè)控制器給蓄電池充電，結(jié)果蓄電池就不能充足電。同樣的道理，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，將容易造成蓄電池過(guò)充電，電解液升溫，會(huì)加快正極板的腐蝕速度，蓄電池的工作溫度升高嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沸騰，上下翻滾的電解液沖刷著極板，使其鉛粉脫落，時(shí)間久了，脫落的鉛粉越積越高，等高到碰鉛板時(shí)，可產(chǎn)生極板短路，從而使蓄電池報(bào)廢。高溫還會(huì)帶來(lái)蓄電池失水、熱失控現(xiàn)象。所以，溫度是影響蓄電池正常工作的一個(gè)主要因素。在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，要求控制器具有相應(yīng)的溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。在使用時(shí)，也應(yīng)盡可能保持放置蓄電池組的場(chǎng)所環(huán)境溫度不要過(guò)高和過(guò)低。(4)局部放電鉛酸蓄電池?zé)o論在放電時(shí)還是在靜止?fàn)顟B(tài)下，其內(nèi)部都有自放電現(xiàn)象，稱為局部放電。產(chǎn)生局部放電的原因主要是由于電池內(nèi)部有雜質(zhì)存在。盡管電解液是由純凈濃硫酸和純水配制而成，但還是含有少量的雜質(zhì)，而且隨著蓄電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)，電解液中的雜質(zhì)緩慢增加。這些雜質(zhì)在極板上構(gòu)成無(wú)數(shù)微形電池產(chǎn)生局部放電，因此無(wú)謂地消耗著蓄電池的電能。局部放電還與蓄電池的使用溫度有關(guān)，溫度越高，局部放電越嚴(yán)重，從這個(gè)意義上來(lái)講，也要盡量避免蓄電池在過(guò)高溫度下運(yùn)行。(5)高溫儲(chǔ)存充好電的電池在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期擱置也是影響蓄電池壽命的重要因素。綜上所述，蓄電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。但是目前無(wú)論是從理論上還是在實(shí)際使用中，蓄電池壽命短的問(wèn)題都是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的特殊性，作為儲(chǔ)能單元的蓄電池必須具有良好的循環(huán)放電和深度放電性能。在系統(tǒng)配置對(duì)蓄電池容量的設(shè)計(jì)上，要有重點(diǎn)地綜合考慮使用地輻射條件、適合的備用時(shí)間、選用蓄電池的允許放電深度、充放電效率、溫度補(bǔ)償系數(shù)等多種因素。4.1.6鉛酸蓄電池的外觀及質(zhì)量檢驗(yàn)4.2其他儲(chǔ)能電池及器件在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，常用的儲(chǔ)能電池及器件除了鉛酸蓄電池以外，還有堿性蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池及超級(jí)電容器等4.2.1堿性蓄電池常見(jiàn)的堿性蓄電池有鐵鎳、鎘鎳、氫鎳、氫化物鎳和鋅銀電池等，結(jié)構(gòu)與鉛酸蓄電池相同，有極板、隔離物、容器和電解液、例如鎘鎳堿性蓄電池：正極板為氫氧化鎳，負(fù)極板為鎘，電解液為氫氧化鉀水溶液加適量的氫氧化鋰，同時(shí)具有隔膜。其工作原理與鉛酸蓄電池的工作原理相同，只是其電解液和化學(xué)反應(yīng)不同。堿性蓄電池優(yōu)缺點(diǎn)堿性蓄電池（指鎘鎳蓄電池）與鉛酸蓄電池相比，主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)過(guò)充電和過(guò)放電的耐受能力強(qiáng)，反復(fù)深放電對(duì)蓄電池壽命無(wú)大的影響，在高負(fù)荷和高溫條件下仍具較高的效率，循環(huán)壽命長(zhǎng)但其也有一定的缺點(diǎn)，如內(nèi)阻大，由于電動(dòng)勢(shì)小，輸出電壓較低，價(jià)格高（約為鉛蓄電池的4～5倍）。由以上優(yōu)點(diǎn)可以看出，雖然堿性蓄電池有許多優(yōu)點(diǎn)，但從總的性能價(jià)格比分析，鉛酸蓄電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中仍占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。4.2.2鋰離子蓄電池鋰電池分為一次鋰電池和二次鋰電池。一次鋰電池是以鋰金屬為陽(yáng)極，MnO2等材料為陰極；二次鋰電池（又稱為鋰離子電池）是以鋰離子和炭材料為陽(yáng)極，MnO2等為陰極.鋰離子電池可作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池。1．鋰離子電池的結(jié)構(gòu)原理鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，正極材料通常由鋰的活性化合物組成，負(fù)極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的石墨，常見(jiàn)的正極材料主要成分為L(zhǎng)iCoO2。充電時(shí)，加在電池兩極的電勢(shì)迫使正極的化合物釋放出鋰離子，穿過(guò)隔膜進(jìn)入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的石墨中。放電時(shí)，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的石墨中脫離出來(lái)，穿過(guò)隔膜重新和正極的化合物結(jié)合，隨著充放電的進(jìn)行，鋰離子不斷地在正極和負(fù)極中分離與結(jié)合。鋰離子的移動(dòng)產(chǎn)生了電流。鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鋰離子電池具有高容量、質(zhì)量輕、無(wú)記憶等。主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。2．鋰離子電池的性能特點(diǎn)

(1)工作電壓高。鋰離子電池單體電壓高達(dá)3.7V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的近2倍，這也是鋰電池比能量大的一個(gè)原因。組成相同容量（相同電壓）的電池組時(shí)，鋰電池使用的串聯(lián)數(shù)目會(huì)大大少于鉛酸、鎳氫電池，使得電池能侈保持很好的一致性，壽命更長(zhǎng)。例如36V的鋰電池只需要10個(gè)電池單體，而36V的鉛酸電池需要18個(gè)電池單體，即3個(gè)12V的電池組，每只12V的鉛酸電池內(nèi)由6個(gè)2V單格組成。鋰離子電池的性能特點(diǎn)(2)比能量大。鋰離子電池的比能量為190Wh/kg，是鎳氫電池的2倍，鉛酸蓄電池的4倍，因此重量是相同能量的鉛酸蓄電池的四分之一。(3)體積小。鋰離子電池的體積比高達(dá)500Wh/L，體積是鉛酸蓄電池的三分之一。(4)鋰離子電池的循環(huán)壽命長(zhǎng)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)2000次。(5)自放電率低，每月小于8%。(6)工作溫度范圍寬。鋰離子電池可在-20～60℃之間工作，尤其適合低溫使用。(7)無(wú)記憶效應(yīng)。鋰離子電池因?yàn)闆](méi)有記憶效應(yīng)，所以不用像鎳鎘電池一樣需要在充電前放電，它可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行充電。(8)保護(hù)功能完善。鋰離子電池組的保護(hù)電路能夠?qū)误w電池進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)，低功耗智能管理，具有完善的過(guò)充電、過(guò)放電、溫度、過(guò)流、短路保護(hù)以及可靠的均衡充電功能。4.2.3鎳氫電池鎳氫電池主要由氫氧化鎳正極、儲(chǔ)氫合金負(fù)極、隔膜紙、電解液、鋼殼、頂蓋、密封圈等組成。在圓柱形電池中，正、負(fù)極由隔膜紙分開(kāi)后卷繞在一起，然后密封在鋼殼中。在方形電池中，正、負(fù)極由隔膜紙分開(kāi)后疊成層狀密封在鋼殼中。鎳氫電池的優(yōu)缺點(diǎn)鎳氫電池具有功率大、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度比鎳鎘電池大兩倍，工作電壓與鎳鎘電池相同。鎳氫電池具有良好的過(guò)充電和過(guò)放電性能，且基本消除了“記憶效應(yīng)”。鎳氫電池的缺點(diǎn)是隨著容量的增加，自放電效應(yīng)也在不斷加劇。在放置兩個(gè)月后許多鎳氫電池的電量和減少到原有容量的50%以下。過(guò)高的環(huán)境溫度也會(huì)加速它的自放電。鎳氫蓄電池一般在小型光伏發(fā)電系統(tǒng)或產(chǎn)品中使用。鎳氫電池的使用與保養(yǎng)4.2.4超級(jí)電容器1．超級(jí)電容器簡(jiǎn)介超級(jí)電容器又叫雙電層電容器、電化學(xué)電容器、黃金電容器、法拉電容器等它的性能介于普通電容器和蓄電池之間，通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過(guò)程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無(wú)反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開(kāi)的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有功率密度大、容量大、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。2．超級(jí)電容器的工作原理超級(jí)電容器所用電極材料包括活性碳、金屬氧化物、導(dǎo)電高分子等，電解質(zhì)分為水溶性和非水溶性兩類，前者導(dǎo)電性能好，后者可利用電壓范圍大。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。標(biāo)準(zhǔn)電容的結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)附屬于金屬板上的電極之間夾一層電介質(zhì)層(圖1)。根據(jù)電容類型不同，電介質(zhì)可以是氧化鋁、四氧化鉭、氧化鈦鋇或聚丙烯聚酯，不同的材料決定了不同的容量和電壓特性(圖2)。電介質(zhì)的多少和極板間的距離也會(huì)影響電容量。然而，極板間最大允許距離限制了電介質(zhì)的數(shù)量。雙電層電容器(EDLC)正如它的字面意義那樣可以解決上述問(wèn)題，它在相同的封裝內(nèi)增加了第二個(gè)電介層，這個(gè)電介層與第一層在中間隔離物的兩邊并行工作(圖3)。EDLC也采用無(wú)孔電介質(zhì)，如活性碳、碳納米管、炭黑凝膠，并選用導(dǎo)電聚合物，其存儲(chǔ)容量要比標(biāo)準(zhǔn)的電解材料高出許多。額外層和更高效電介材料的這種組合能使電容容量提高近4個(gè)數(shù)量級(jí)。3．超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域(1)稅控機(jī)、稅控加油機(jī)、真空開(kāi)關(guān)、智能表、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、儀器儀表、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、電子門(mén)鎖、程控交換機(jī)、無(wú)繩電話等的時(shí)鐘芯片、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源。(2)智能表（智能電表、智能水表、智能煤氣表、智能熱量表）作電磁閥的啟動(dòng)電源。(3)太陽(yáng)能警示燈，航標(biāo)燈、草坪燈等太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品中代替充電電池。(4)手搖發(fā)電手電筒等小型充電產(chǎn)品中代替充電電池。(5)電動(dòng)玩具電動(dòng)機(jī)、語(yǔ)音IC、LED發(fā)光器等小功率屯器的驅(qū)動(dòng)電源。4．超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電容器的不同超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來(lái)增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。超級(jí)電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)構(gòu)允許其面積達(dá)到2000m2/g．通過(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開(kāi)的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離比傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有大得驚人的靜電容量，這也是其所謂“超級(jí)”的原因。

5．超級(jí)電容器充放電時(shí)間超級(jí)電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。由電容器單體大小決定，對(duì)于匹配負(fù)載，小單體可放10A，大單體可放1000A。另一放電率的限制條件是熱，反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導(dǎo)致斷路。超級(jí)電容器的電阻阻礙其快速放電，超級(jí)電容器的時(shí)間常數(shù)為1～2s，完全給阻-容式電路放電大約需要5?也就是說(shuō)如果短路放電大約需要5～10s。由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實(shí)際上得花上數(shù)個(gè)小時(shí)才能將殘留的電荷完全放掉。6．超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)(1)免維護(hù)。由于超級(jí)電容器對(duì)使用條件沒(méi)有嚴(yán)格的限制和要求，因此采用超級(jí)電容器的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在壽命期內(nèi)，不需要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。(2)使用壽命長(zhǎng)。由于超級(jí)電容器的循環(huán)壽命可以達(dá)到10萬(wàn)次以上，因此采用超級(jí)電容器作為太陽(yáng)毹光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置具有20年以上的超長(zhǎng)使用壽命。(3)超寬的工作溫度。超級(jí)電容器的使用溫度區(qū)間遠(yuǎn)寬于現(xiàn)有的各類蓄電池，可以在-40℃～70℃的范圍內(nèi)正常工作。

(4)應(yīng)用范圍廣。可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能航標(biāo)燈、路燈、草坪燈、圍墻燈、交通信號(hào)燈、道釘燈、建筑物亮化工程、戶外廣告燈箱等。(5)無(wú)污染。制造超級(jí)電容器所使用的材料無(wú)重金屬和有毒有害物質(zhì)，在使用過(guò)程中和使用后都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。(6)使用簡(jiǎn)單。超級(jí)電容器在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量，無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路，和電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響。(7)綠色環(huán)保。從環(huán)保的角度考慮，超級(jí)電容器是一種綠色能源。缺點(diǎn)。如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象；和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路。

7．超級(jí)電容器與電池的比較超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來(lái)，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來(lái)，不失為一種更好的途徑。超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過(guò)放可能造成永久性破壞。超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)(SOC)與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。

超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無(wú)任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬(wàn)次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)。8．超級(jí)電容器使用注意事項(xiàng)(1)超級(jí)電容器具有固定的極性。在使用前，應(yīng)確認(rèn)極性。(2)超級(jí)電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用。當(dāng)電容器電壓超過(guò)標(biāo)稱電壓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電解液分解，同時(shí)電容器會(huì)發(fā)熱，容量下降，而且內(nèi)阻增加，壽命縮短，在某些情況下，可導(dǎo)致電容器損壞。(3)超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中，