光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)之鉛酸蓄電池：原理和種類

　　儲(chǔ)能電池及器件是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不可缺少的存儲(chǔ)能電能的部件，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)下為負(fù)載供電。常用的儲(chǔ)能電池有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰電池、超級(jí)電容，它們分別應(yīng)用于不同場(chǎng)合或者產(chǎn)品中。目前應(yīng)用最廣是鉛酸蓄電池，從19世紀(jì)50年代開發(fā)出來至今，已經(jīng)有160余年的歷史，目前衍生出很多種類，如富液鉛酸電池、閥控密封鉛酸電池、膠體電池，鉛碳電池等。

　　一、工作原理及基本結(jié)構(gòu)

　　鉛酸電池是用鉛和二氧化鉛作為電池負(fù)極和正極活性物質(zhì)，以稀硫酸為電解質(zhì)的化學(xué)儲(chǔ)能裝置，具有電能轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、端電壓高、安全性強(qiáng)、性價(jià)比高、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，目前是各類儲(chǔ)能、應(yīng)急供電、啟動(dòng)裝置中首選的化學(xué)電源。鉛酸電池的主要構(gòu)成包括：

　　1.極板：正負(fù)極板均是以特殊的合金板柵涂敷上活性物質(zhì)所得，極板在充放電時(shí)存儲(chǔ)和釋放能量，確保電池的容量和性能可靠。

　　2.隔板：是置放于電池正負(fù)極中間的一個(gè)隔離介質(zhì)，防止電池正負(fù)極直接接觸而短路的裝置，不同類型的鉛酸電池隔板材質(zhì)不同，閥控類電池主要以AGM、PE、PVC 為主。

　　3.電解液：鉛酸電池的電解液是用蒸餾水配制的稀硫酸，電解液在充放電時(shí)起到在正負(fù)極間傳輸離子的作用，因而電解液必須要沒有雜質(zhì)。

　　4.容器(電池殼蓋)：電池包覆的容器，電解液和極板均在容器內(nèi)，主要起支撐作用，同時(shí)防止內(nèi)部物質(zhì)外溢，外部物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)污染電池。

　　二、種類及優(yōu)勢(shì)

　　鉛酸電池的工作原理就是通過電化學(xué)反應(yīng)，電能和化學(xué)能之間相互轉(zhuǎn)化，電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。 英語：Lead-acid battery 。

　　放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛。

　　充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。

　　鉛酸蓄電池種類較多，應(yīng)用在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中，比較多的有三種，富液型鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池、鉛碳蓄電池等等。

　　2.1 富液型鉛酸蓄電池

　　鉛酸電池的電解液中的硫酸直接參與電池充放電反應(yīng)過程，傳統(tǒng)鉛酸電池中，電池槽內(nèi)除去極板、隔板及其他固體組裝部件的剩余空間完全充滿硫酸電解液，電解液處于富余過量狀態(tài)，故被稱為“富液式”電池，電池極板完全浸泡在硫酸電解液中。富液式蓄電池頂部有一個(gè)能夠通氣而又能夠阻擋液體濺出的蓋子，在使用過程中由于水分的蒸發(fā)和分解損失，需要定期將蓋子打開補(bǔ)加蒸餾水及調(diào)整電解液密度，所以習(xí)慣上被稱為“開口式”蓄電池。

　　富液型鉛酸蓄電池特點(diǎn)是價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是需要經(jīng)常維護(hù)。

　　2.2 閥控式密封鉛酸蓄電池

　　閥控式密封鉛酸蓄電池，又稱免維護(hù)電池，分為AGM密封鉛蓄電池和GEL膠體密封鉛蓄電池兩種。

　　AGM型電池使用純的硫酸水溶液作電解液，大部分存在于玻璃纖維膜之中，同時(shí)極板內(nèi)部吸有一部分電解液外。AGM式密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質(zhì)利用率低于開口式電池，因而電池的放電容量比開口式電池要低10%左右。

　　AGM密封鉛蓄電池與當(dāng)今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。與富液型相同規(guī)格蓄電池相比，價(jià)格較高，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)循環(huán)充電能力比鉛鈣蓄電池高3倍，具有更長(zhǎng)的使用壽命。

　　(2)在整個(gè)使用壽命周期內(nèi)具有更高的電容量穩(wěn)定性。

　　(3)低溫性能更可靠。

　　(4)降低事故風(fēng)險(xiǎn)，減少環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)(由于酸液100%密封裝)。

　　(5)維護(hù)很簡(jiǎn)單，減少深度放電。

　　膠體密封鉛蓄電池(即GEL型電池)，膠體鉛酸蓄電池是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。其電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，電解液的量比AGM式電池要多，跟富液式電池相當(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會(huì)流出電池。

　　膠體密封鉛蓄電池其優(yōu)點(diǎn)如下：

　　(1)漏酸機(jī)率小。GEL型膠體電池是電解質(zhì)凝膠后沒有游離電液，因而漏酸的機(jī)率比AGM型電池小得多。

　　(2)失水少。因其灌注量比稀硫酸多，失水少，所以膠體電池不會(huì)因失水造成失效。

　　(3)有效延長(zhǎng)電池壽命。膠體的灌入增加了隔板的強(qiáng)度，保護(hù)了極板，彌補(bǔ)了隔板遇酸收縮的缺陷，使裝配壓力不明顯降低是其具有延長(zhǎng)電池壽命的原因之一。

　　(4)膠體鉛酸蓄電池抗過充能力強(qiáng)。

　　(5)嚴(yán)重放電情況下的恢復(fù)能力強(qiáng)。膠體填充了隔板與極板之間的空隙，降低了電池的內(nèi)阻，充電接受能力可因此而改善。

　　所以膠體電池的過放電，恢復(fù)能力和低溫充放性能都比AGM型電池優(yōu)越。

　　(6)體鉛酸蓄電池的自放電性能好，在同樣的硫酸純度和水質(zhì)情況下，蓄電池的存放時(shí)間可以延長(zhǎng)2倍以上。

　　(7)膠體鉛酸蓄電池在嚴(yán)重缺電的情況下，抗硫化性能很明顯。

　　(8)膠體鉛酸蓄電池后期放電性能好。

　　2.3 鉛碳電池

　　鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池，是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性炭，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。

　　鉛碳電池是一種新型的超級(jí)電池，并結(jié)合了鉛酸電池和超級(jí)電容器兩者的優(yōu)勢(shì):

　　(1)既發(fā)揮了超級(jí)電容瞬間大容量充電的優(yōu)點(diǎn)，也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量?jī)?yōu)勢(shì)，且擁有非常好的充放電性能。

　　(2)電池壽命延長(zhǎng)。由于加了碳(石墨烯)，阻止了負(fù)極硫酸鹽化現(xiàn)象，改善了過去電池失效的一個(gè)因素，延長(zhǎng)了電池壽命。

　　(3)度電成本下降。鉛炭電池的度電成本可低至0.5元/kWh，在規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，鉛炭電池甚至有望將度電成本降至0.4元以下。

　　鉛炭電池是鉛酸蓄電池領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)，也是國(guó)際新能源儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。廣泛應(yīng)用于光伏電站儲(chǔ)能、風(fēng)電儲(chǔ)能和電網(wǎng)調(diào)峰等儲(chǔ)能領(lǐng)域。

　　經(jīng)過多年的精耕細(xì)作，古瑞瓦特公司儲(chǔ)能產(chǎn)品線多樣化，包含了SPF系列家用離網(wǎng)控制逆變一體機(jī)，SP系列戶用并網(wǎng)儲(chǔ)能控制器，HPS系列商用光伏離并網(wǎng)儲(chǔ)能機(jī)，PCS系列雙向儲(chǔ)能變流器。古瑞瓦特公司的儲(chǔ)能產(chǎn)品涵蓋了家用，商用，微網(wǎng)等多種應(yīng)用。這些產(chǎn)品兼容各種鉛酸蓄電池和鋰電池，并集成鉛酸蓄電池充放電管理和保護(hù)功能。