VRLA蓄電池的特點及在光伏離網發電系統中的解決方案

在早期光伏離網發電系統中，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，酸液易污染環境等缺點，不利于無人值守使用及環保。近些年來，閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）由于密封不漏酸、不腐蝕設備污染環境，備受歡迎，在我國電信、電力、鐵路等行業得到廣泛使用?，F在的光伏系統用蓄電池，幾乎全部為VRLA蓄電池。VRLA蓄電池的主要作用有兩點：（1）在晚上或多云及光伏陣列產能和負載用電不一致等情況下，蓄電池能夠存儲多余能量或給負載提供能量；（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，負載常常不能處在最理想工作點附近。蓄電池對太陽能電池的工作電壓具有鉗位作用，能夠保證負載處在最理想工作點附近。

光伏發電系統的組成

光伏離網發電系統是利用光電效應原理將太陽能轉換為電能的發電系統，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 光伏離網發電系統原理圖

太陽能電池組件的作用是將太陽能轉化為電能，供給負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行保護；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，由蓄電池組供電給負載工作?？梢?，蓄電池組在光伏發電系統中起著相當重要的作用。

光伏發電系統用VRLA蓄電池特點

1 光伏發電系統用蓄電池的工作方式

蓄電池的工作方式可分為循環使用和浮充使用兩種。經常處于頻繁的充放電工作狀態，即循環使用；經常處于充電狀態則為浮充使用，能彌補蓄電池因自放電而造成的容量損失。光伏發電系統用VRLA蓄電池屬于循環使用方式。

2 光伏系統用蓄電池充放電特性

光伏發電系統用蓄電池充放電特性一般有4點：（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）一次充電時間較短，即使長的時候僅為約10 h。光伏系統很少能完全、快速地給蓄電池充滿電，蓄電池往往會處于欠充電狀態。

3 光伏發電系統用VRLA蓄電池性能要求

光伏發電系統多建立在邊遠偏僻的山區、高原、戈壁，自然環境十分惡劣，工作環境溫度變化范圍很大。因此，對光伏發電系統中的蓄電池有如下要求：（1）具有深循環放電性能，充放電循環壽命長；（2）耐過充電能力強；（3）過放電后容量恢復能力強；（4）良好的充電接受能力；（5）電池在靜態環境中使用時，電解液不易分層；（6）具有免維護或少維護的性能；（7）應具備良好的高、低溫充放電特性；（8）能適應高海拔地區的使用環境；（9）蓄電池組中各蓄電池一致性良好。

光伏發電系統用鉛酸蓄電池容量的設計方法

確定蓄電池容量，首先要測定接入系統的負載每天需要多少電量；其次根據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，并不是容量愈大愈好，過大的電池容量規模也會產生問題。這是因為在日照不足時，蓄電池組可能維持在部分充電狀態，這種欠充電狀態將導致電池硫酸化增加、容量降低、壽命縮短。蓄電池容量的一般計算公式為

C=E·t/（D·η0·η1） （1）

式中，C為蓄電池的容量；E為負載日平均功耗；t為最長無日照用電時數；D為VRLA蓄電池允許放電深度；η0為VRLA蓄電池充放電效率；η1為逆變器轉換效率。

光伏發電系統用VRLA蓄電池性能改進

蓄電池的失效和壽命短是阻礙光伏發電系統推廣的原因之一。VRLA蓄電池用于光伏系統后壽命會逐漸縮短，影響其壽命的因素主要有：充電時間受限，長期欠充電；小電流放電；過充電；溫度等。根據光伏發電系統光伏系統對蓄電池性能的特殊要求，結合上述影響蓄電池壽命的因素，在原VRLA蓄電池的基礎上進行了一系列性能改進。具體改進措施包含以下幾方面：

（1）提高循環使用壽命。為延長VRLA電池的循環使用壽命，板柵合金在板柵與活性物質界面形成的腐蝕層導電性應良好，板柵應具有抗蠕變性能。電池設計采用緊裝配，并適當提高裝配壓力。

（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重，所以提高VRLA電池的充電接受能力尤其重要。在負極鉛膏配方中加入高穩定性的膨脹劑和導電性添加劑，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，由于大氣壓較低，特別調整了安全閥壓力值。

……光伏接線盒的選取要領和說明

光伏接線盒的選擇主要看的信息應該是組件的電流大小，一個是工作的最大電流，一個是短路電流，當然短路電流時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該是安全系數比較大的，按照最大工作電流算接線盒的話就是安全系數小一點。

首先來講，我們必須確立的一個條件，不論是短路電流也好，還是最大工作電流也好，組件所標稱的數據都是在標準的測試條件下的數值即環境溫度 25℃，標準的光照強度1000W/m2，AM1.5條件下的測試數據。

但是我們必須明確一點，組件發到不同地區，不同地區的光照強度會產生變化的，像西藏、寧夏及新疆等部分地區部分時間段的光照強度可能會達到1700W/m2左右，那么這個時候電池片的電流和電壓將會隨著光照強度的變化而變化，本人做過這一方面測試，當光照強度從1000-1300W/m2時，電流成線性上升的趨勢。

因此，現在對于大多數的組件生產廠家來講沒有明確的選型標準，可能都是經驗值，有的選擇的標準是最大工作電流的1.25倍，有的選擇系數是1.3、1.4 但是我認為都沒有科學依據。

筆者認為最科學的選擇依據應該根據應該拿出電池片的電流電壓隨光照強度的變化規律，必須了解你所生產的組件用在那個地區，在這個區域內的光照最強的時候是多大，然后對照電池片的電流隨光照強度的變化曲線，查處可能的最大電流，然后選擇接線盒的額定電流，應該比較科學。

還有至于組件多少瓦，給我配一個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的方式連接，因此電池片的性能已經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數量，所以組件的電流大小是選擇接線盒的重要參數，開路電壓不是沒有用，只是參考一下就可以了，因為開路電壓有關的只是二極管的反向耐壓，一般的情況下都可以滿足，因為晶體硅電池的發電原理就是低電壓高電流，所以一定要關注接線盒的電流，非常非常重要的參數！接線盒重要的就是穩定性與可靠性，滿足長時間安全使用，因此接線的散熱性和二極管的節溫至關重要，只有節溫低，接線盒的結構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，另一方面就是關系到組件的安全。接線盒都是經過認證的，從他的本身來講，材料大家用的都差不多，防護等級都是測試過的，只要是供應商不動材料腦筋，選接線盒的時候沒必要自己再去做環境試驗。

因此對于組件廠選擇接線盒就關心兩個方面的指標就足夠了：

第一方面就是二極管的額定電流節溫測試結果。

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

目前市場流通的接線盒在75℃恒溫環境溫度，通過標稱的額定電流1小時，二極管節溫179℃以上，這是一個非?？膳碌臄祿?。做組件的朋友都知道，組件層壓的溫度應該在150℃左右，179℃這個溫度可想一下有多么危險，因為我們測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，銅的導熱系數遠遠高于塑料封裝材料的導熱系數，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部的節溫，把接線端子設計的非常大，為了把二極管工作的熱量傳導到端子上，可以滿足二極管在做TUV測試時的節溫要求，但是熱量因為是塑料殼體，熱量是散發是非常慢的，這樣的話，滿足TUV測試時沒有問題的，因為測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，這時不計算二極管的節溫了，很多目前市場上的接線盒此時的節溫已經在200℃以上，接線盒本身可能會受熱變形，但是此時按照標準判定合格的標準只是看看二極管的功能性，不看其他的。但是組件在實際應用過程當中，發生遮蔽效應的時間是不確定的，因此如果長時間工作的話，熱量散發不出來，長時間積累，對接線盒本身的安全潛在的威脅巨大，并且導致背板粘接層松軟的可能性也是完全存在的。

第二方面就是要關心接線盒的整體電阻，因為這個涉及到功率的損耗，測試可以這樣，把接線盒的連接器正負極連接到一起，然后用微歐表測量兩側端子頭部的整體電阻，這個電阻值就是接線盒長期工作包括導線在內的整體電阻，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計，由于考慮認證時二極管的節溫要滿足測試，接線端子設計的非常大，因此導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相當可怕的數據。

太陽能接線盒二極管如何選擇

1、根據光伏組件的功率，150w、180w，還是230w，310w？

2、組件的其他規格

3、二極管的參數，10amp、12amp、15amp或者25amp？

4、最重要的一點，短路電流是多大？

對于這個測試，選擇二極管要看以下幾個量

電流（大的好）

最大結溫（大的好）

熱阻（小的好）

壓降（小的好）

反向擊穿電壓（一般40V就遠遠夠了）

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