VRLA蓄電池的特點(diǎn)及在光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的解決方案

在早期光伏離網(wǎng)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(hù)，酸液易污染環(huán)境等缺點(diǎn)，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(shè)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(diǎn)：（1）在晚上或多云及光伏陣列產(chǎn)能和負(fù)載用電不一致等情況下，蓄電池能夠存儲多余能量或給負(fù)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(fù)載常常不能處在最理想工作點(diǎn)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(fù)載處在最理想工作點(diǎn)附近。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是利用光電效應(yīng)原理將太陽能轉(zhuǎn)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 光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖

太陽能電池組件的作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供給負(fù)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(jìn)行保護(hù)；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(shí)，由蓄電池組供電給負(fù)載工作?？梢姡铍姵亟M在光伏發(fā)電系統(tǒng)中起著相當(dāng)重要的作用。

光伏發(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池特點(diǎn)

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(jīng)常處于頻繁的充放電工作狀態(tài)，即循環(huán)使用；經(jīng)常處于充電狀態(tài)則為浮充使用，能彌補(bǔ)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(diǎn)：（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(dá)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(shí)間較短，即使長的時(shí)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(yuǎn)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(qiáng)；（3）過放電后容量恢復(fù)能力強(qiáng)；（4）良好的充電接受能力；（5）電池在靜態(tài)環(huán)境中使用時(shí)，電解液不易分層；（6）具有免維護(hù)或少維護(hù)的性能；（7）應(yīng)具備良好的高、低溫充放電特性；（8）能適應(yīng)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(shè)計(jì)方法

確定蓄電池容量，首先要測定接入系統(tǒng)的負(fù)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(shí)，并不是容量愈大愈好，過大的電池容量規(guī)模也會產(chǎn)生問題。這是因?yàn)樵谌照詹蛔銜r(shí)，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(dǎo)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(jì)算公式為

C=E·t/（D·η0·η1） （1）

式中，C為蓄電池的容量；E為負(fù)載日平均功耗；t為最長無日照用電時(shí)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(zhuǎn)換效率。

光伏發(fā)電系統(tǒng)用VRLA蓄電池性能改進(jìn)

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(shí)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(jié)合上述影響蓄電池壽命的因素，在原VRLA蓄電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列性能改進(jìn)。具體改進(jìn)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(zhì)界面形成的腐蝕層導(dǎo)電性應(yīng)良好，板柵應(yīng)具有抗蠕變性能。電池設(shè)計(jì)采用緊裝配，并適當(dāng)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(yán)重，所以提高VRLA電池的充電接受能力尤其重要。在負(fù)極鉛膏配方中加入高穩(wěn)定性的膨脹劑和導(dǎo)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(chǎn)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(diào)整了安全閥壓力值。

……光伏接線盒的選取要領(lǐng)和說明

光伏接線盒的選擇主要看的信息應(yīng)該是組件的電流大小，一個(gè)是工作的最大電流，一個(gè)是短路電流，當(dāng)然短路電流時(shí)組件能夠輸出的最大電流，按照短路電流核算接線盒的額定電流應(yīng)該是安全系數(shù)比較大的，按照最大工作電流算接線盒的話就是安全系數(shù)小一點(diǎn)。

首先來講，我們必須確立的一個(gè)條件，不論是短路電流也好，還是最大工作電流也好，組件所標(biāo)稱的數(shù)據(jù)都是在標(biāo)準(zhǔn)的測試條件下的數(shù)值即環(huán)境溫度 25℃，標(biāo)準(zhǔn)的光照強(qiáng)度1000W/m2，AM1.5條件下的測試數(shù)據(jù)。

但是我們必須明確一點(diǎn)，組件發(fā)到不同地區(qū)，不同地區(qū)的光照強(qiáng)度會產(chǎn)生變化的，像西藏、寧夏及新疆等部分地區(qū)部分時(shí)間段的光照強(qiáng)度可能會達(dá)到1700W/m2左右，那么這個(gè)時(shí)候電池片的電流和電壓將會隨著光照強(qiáng)度的變化而變化，本人做過這一方面測試，當(dāng)光照強(qiáng)度從1000-1300W/m2時(shí)，電流成線性上升的趨勢。

因此，現(xiàn)在對于大多數(shù)的組件生產(chǎn)廠家來講沒有明確的選型標(biāo)準(zhǔn)，可能都是經(jīng)驗(yàn)值，有的選擇的標(biāo)準(zhǔn)是最大工作電流的1.25倍，有的選擇系數(shù)是1.3、1.4 但是我認(rèn)為都沒有科學(xué)依據(jù)。

筆者認(rèn)為最科學(xué)的選擇依據(jù)應(yīng)該根據(jù)應(yīng)該拿出電池片的電流電壓隨光照強(qiáng)度的變化規(guī)律，必須了解你所生產(chǎn)的組件用在那個(gè)地區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的光照最強(qiáng)的時(shí)候是多大，然后對照電池片的電流隨光照強(qiáng)度的變化曲線，查處可能的最大電流，然后選擇接線盒的額定電流，應(yīng)該比較科學(xué)。

還有至于組件多少瓦，給我配一個(gè)這么多瓦的接線盒的說法是不確切的，如果你選擇156*156 的片子做組件，不論你的組件有幾片組成，目前所有的組件電池片的連接方式都是串聯(lián)的方式連接，因此電池片的性能已經(jīng)決定了組件的電流大小，電壓就取決于組件的電池片的串聯(lián)數(shù)量，所以組件的電流大小是選擇接線盒的重要參數(shù)，開路電壓不是沒有用，只是參考一下就可以了，因?yàn)殚_路電壓有關(guān)的只是二極管的反向耐壓，一般的情況下都可以滿足，因?yàn)榫w硅電池的發(fā)電原理就是低電壓高電流，所以一定要關(guān)注接線盒的電流，非常非常重要的參數(shù)！接線盒重要的就是穩(wěn)定性與可靠性，滿足長時(shí)間安全使用，因此接線的散熱性和二極管的節(jié)溫至關(guān)重要，只有節(jié)溫低，接線盒的結(jié)構(gòu)散熱良好才能夠保證接線盒長期工作的可靠安全性。

二極管節(jié)溫低有多方面益處，一方面是保證接線盒自身的安全，另一方面就是關(guān)系到組件的安全。接線盒都是經(jīng)過認(rèn)證的，從他的本身來講，材料大家用的都差不多，防護(hù)等級都是測試過的，只要是供應(yīng)商不動材料腦筋，選接線盒的時(shí)候沒必要自己再去做環(huán)境試驗(yàn)。

因此對于組件廠選擇接線盒就關(guān)心兩個(gè)方面的指標(biāo)就足夠了：

第一方面就是二極管的額定電流節(jié)溫測試結(jié)果。

由于二極管的節(jié)溫過高會導(dǎo)致二極管的本身的損壞和使用壽命的降低，大家對于半導(dǎo)體的壽命應(yīng)該有所了解，同時(shí)對接線盒盒體的自身安全也是很大的威脅，另外溫度過高長時(shí)間可能會危及組件的安全，比如溫度過高可能會導(dǎo)致背板的松動等等。非常危險(xiǎn)！

目前市場流通的接線盒在75℃恒溫環(huán)境溫度，通過標(biāo)稱的額定電流1小時(shí)，二極管節(jié)溫179℃以上，這是一個(gè)非?？膳碌臄?shù)據(jù)。做組件的朋友都知道，組件層壓的溫度應(yīng)該在150℃左右，179℃這個(gè)溫度可想一下有多么危險(xiǎn)，因?yàn)槲覀儨y量的都是二極管箱體表面溫度，二極管芯片的溫度會更高，二極管的管腳都是銅，銅的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料封裝材料的導(dǎo)熱系數(shù)，因此接線端子的溫度會非常高，目前很多接線盒廠家為了降低二極管在盒體內(nèi)部的節(jié)溫，把接線端子設(shè)計(jì)的非常大，為了把二極管工作的熱量傳導(dǎo)到端子上，可以滿足二極管在做TUV測試時(shí)的節(jié)溫要求，但是熱量因?yàn)槭撬芰蠚んw，熱量是散發(fā)是非常慢的，這樣的話，滿足TUV測試時(shí)沒有問題的，因?yàn)闇y試的條件是通額定電流1h，另外就是通額定電流的1.25倍1h，這時(shí)不計(jì)算二極管的節(jié)溫了，很多目前市場上的接線盒此時(shí)的節(jié)溫已經(jīng)在200℃以上，接線盒本身可能會受熱變形，但是此時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)判定合格的標(biāo)準(zhǔn)只是看看二極管的功能性，不看其他的。但是組件在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，發(fā)生遮蔽效應(yīng)的時(shí)間是不確定的，因此如果長時(shí)間工作的話，熱量散發(fā)不出來，長時(shí)間積累，對接線盒本身的安全潛在的威脅巨大，并且導(dǎo)致背板粘接層松軟的可能性也是完全存在的。

第二方面就是要關(guān)心接線盒的整體電阻，因?yàn)檫@個(gè)涉及到功率的損耗，測試可以這樣，把接線盒的連接器正負(fù)極連接到一起，然后用微歐表測量兩側(cè)端子頭部的整體電阻，這個(gè)電阻值就是接線盒長期工作包括導(dǎo)線在內(nèi)的整體電阻，電阻越大的盒子功率損耗越大，非常不利！目前156多晶的240W以上組件大多用的都是雙排二極管設(shè)計(jì)，由于考慮認(rèn)證時(shí)二極管的節(jié)溫要滿足測試，接線端子設(shè)計(jì)的非常大，因此導(dǎo)致接線盒的整體電阻都比較大，通常情況下目前市場上的產(chǎn)品電阻均大于13毫歐。這么大的電阻功率損耗對于組件來說也是一個(gè)相當(dāng)可怕的數(shù)據(jù)。

太陽能接線盒二極管如何選擇

1、根據(jù)光伏組件的功率，150w、180w，還是230w，310w？

2、組件的其他規(guī)格

3、二極管的參數(shù)，10amp、12amp、15amp或者25amp？

4、最重要的一點(diǎn)，短路電流是多大？

對于這個(gè)測試，選擇二極管要看以下幾個(gè)量

電流（大的好）

最大結(jié)溫（大的好）

熱阻（小的好）

壓降（小的好）

反向擊穿電壓（一般40V就遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠了）

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