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1、 2.1.2.1.太阳能光伏发展历史和现状太阳能光伏发展历史和现状 2.2 2.2 太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理 2.3 2.3 太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺 2.4 2.4 太阳能光伏发电系统设备构太阳能光伏发电系统设备构成成 2.5 2.5 独立光伏发电系统独立光伏发电系统 2.6 2.6 并网光伏发电系统并网光伏发电系统 太阳能电源是由太阳能太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的能，从而给负载供电的一种新型电源。一种新型电源。广泛应用于微波通讯、广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、基站、电台、野外活动、高速公路。高速公路。可
2、为无电山区、村庄、可为无电山区、村庄、海岛提供电力。海岛提供电力。太阳能电源可分为直流供电系统和交直太阳能电源可分为直流供电系统和交直流供电系统两种。流供电系统两种。不必拉设电线，不必挖开马路，安装使不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；用方便；一次性投资，可保证二十年不间断供电一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为（蓄电池一般为5年需更换）；年需更换）；免维护，无任何污染。免维护，无任何污染。太阳太阳太阳太阳1.1.太阳能电池组件及光伏方阵太阳能电池组件及光伏方阵2.2.储能蓄电池储能蓄电池3.3.控制器控制器4.4.直流直流-交流逆变器交流逆变器 太阳能光伏发电系统是通过太阳
3、能电池吸收阳光，将太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池吸收阳光，将太阳的光能直接变成电能输出。太阳的光能直接变成电能输出。单个太阳能电池往往因为输出电压太低，输出电流不合适；单个太阳能电池往往因为输出电压太低，输出电流不合适；晶体硅太阳能电池本身又比较脆，不能独立抵御外界恶劣晶体硅太阳能电池本身又比较脆，不能独立抵御外界恶劣条件；条件；在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联，并加在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联，并加以封装，接出外连电线，以封装，接出外连电线，成为可以独立作为光伏电源使用成为可以独立作为光伏电源使用的太阳能电池组件（的太阳能电池组件（Solar Module或或
4、PV Module,也称光伏也称光伏组件）。组件）。光伏组件输出功率从零点几瓦到数百瓦不等。光伏组件输出功率从零点几瓦到数百瓦不等。若干块光伏组件经串、并联后组成太阳能电池方若干块光伏组件经串、并联后组成太阳能电池方阵（阵（Solar Array或或PV Array，也称光伏方阵，也称光伏方阵)。光伏方阵输出功率从数瓦到数十千瓦不等。光伏方阵输出功率从数瓦到数十千瓦不等。作为一个完整的作为一个完整的光伏发电系统光伏发电系统，还需有，还需有控制器、控制器、逆变器、支架、输配电缆、开关、熔断器等逆变器、支架、输配电缆、开关、熔断器等一整一整套套“平衡系统平衡系统”（BOS系统，系统，Balance
5、 of System，有时也称，有时也称“配套系统配套系统”）与太阳能电池）与太阳能电池组件或方阵相配才能正常工作。组件或方阵相配才能正常工作。光伏系统按照是否聚光，可分为光伏系统按照是否聚光，可分为聚光发电系统和非聚聚光发电系统和非聚光发电系统光发电系统两大类。两大类。聚光发电系统的优点是光电转换效率高。缺点是需要聚光发电系统的优点是光电转换效率高。缺点是需要精密的、长期稳定可靠的聚光器和跟踪器，而且还要精密的、长期稳定可靠的聚光器和跟踪器，而且还要考虑散热。考虑散热。这样，不仅增加了系统的复杂性，也增加这样，不仅增加了系统的复杂性，也增加了造价和运行维护费。随着平板太阳能电池大幅降价，了造
6、价和运行维护费。随着平板太阳能电池大幅降价，地面上的聚光发电系统正在逐渐失去竞争力。地面上的聚光发电系统正在逐渐失去竞争力。按照供能方式，通常可将光伏发电系统分为按照供能方式，通常可将光伏发电系统分为独立光伏独立光伏发电系统（也称离网系统）、并网光伏发电系统和混发电系统（也称离网系统）、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统。合光伏发电系统。太阳能电池组件：太阳能电池组件：具有外部封装及内部光具有外部封装及内部光连接、能单独提供直流连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置的太阳能电池组合装置太阳能电池方阵太阳能电池方阵:由两个或两个以上由两个或两个以上的太阳
7、能电池组件的太阳能电池组件在机械和电气上按在机械和电气上按一定方式组装在一一定方式组装在一起，并且有固定的起，并且有固定的支撑结构而构成的支撑结构而构成的直流发电单元。直流发电单元。简明地说，多个单体太阳能电池互简明地说，多个单体太阳能电池互联封装后成为组件，多个太阳能联封装后成为组件，多个太阳能电池组件互联拼装后成为方阵。电池组件互联拼装后成为方阵。目前实用化的太阳能电池组件主要有目前实用化的太阳能电池组件主要有单晶硅单晶硅太阳能电池组件、多晶硅太阳能电池组件、刚性太阳能电池组件、多晶硅太阳能电池组件、刚性衬底薄膜太阳能电池组件衬底薄膜太阳能电池组件（主要是非晶硅薄膜太（主要是非晶硅薄膜太阳
8、能电池组件和碲化镉薄膜太阳能电池组件）以阳能电池组件和碲化镉薄膜太阳能电池组件）以及及柔性薄膜太阳能电池组件柔性薄膜太阳能电池组件等。等。单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳 能电池统称为晶体硅太阳能电池。能电池统称为晶体硅太阳能电池。由于大面积（如面积由于大面积（如面积200200mm2，200mm，厚度厚度=0.20.3mm）的硅片比较脆，而单体电）的硅片比较脆，而单体电池的输出电压又在池的输出电压又在0.450.60V之间，因而需要首之间，因而需要首先将若干个单体电池进行串（并）联以获得必要先将若干个单体电池进行串（并）联以获得必要的输出电压、电流（功率），然后再根据
9、实际用的输出电压、电流（功率），然后再根据实际用途的需要进行封装。途的需要进行封装。组件的封装结构、封装材料和封装工艺与组件的组件的封装结构、封装材料和封装工艺与组件的工作寿命、可靠性和成本，有着密切的关系，但工作寿命、可靠性和成本，有着密切的关系，但有时会被忽视。有时会被忽视。如图为几种典如图为几种典型的太阳能电型的太阳能电池组件封装结池组件封装结构剖面图。构剖面图。实用的太阳能实用的太阳能电池组件还要电池组件还要配备边框、接配备边框、接线盒等。线盒等。上盖板上盖板 覆盖在太阳能电池的正面，构成组件的最外层覆盖在太阳能电池的正面，构成组件的最外层，既要透光、坚固、耐风霜雨雪，并且要能经受沙既
10、要透光、坚固、耐风霜雨雪，并且要能经受沙砾、冰雹的冲击，对电池起到长期保护作用。砾、冰雹的冲击，对电池起到长期保护作用。材料有钢化玻璃、聚丙烯酸类树脂、氟化乙烯丙材料有钢化玻璃、聚丙烯酸类树脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯以及聚碳酯等。烯、透明聚酯以及聚碳酯等。粘结剂粘结剂 粘结剂是固定太阳能电池和保证上下盖粘结剂是固定太阳能电池和保证上下盖板密合的关键材料，对它的要求为：板密合的关键材料，对它的要求为：在可见光范围内具有高透光性，抗紫外光老化；在可见光范围内具有高透光性，抗紫外光老化；具有一定的弹性，缓冲不同材料之间的热胀冷缩；具有一定的弹性，缓冲不同材料之间的热胀冷缩；具有良好的电绝缘性能和化学
11、稳定性，本身不产具有良好的电绝缘性能和化学稳定性，本身不产生有害于太阳能电池的气体或液体；生有害于太阳能电池的气体或液体；有优良的气密性，能阻止外界潮气或其他有害有优良的气密性，能阻止外界潮气或其他有害气体对太阳能电池的侵蚀；气体对太阳能电池的侵蚀；能适用于自动化的组件封装。能适用于自动化的组件封装。底板底板 底板同样要对电池有保护作用，有时也要底板同样要对电池有保护作用，有时也要有支撑作用。一般要求：有支撑作用。一般要求：具有良好的耐气候性能，能隔绝从背面进来的潮具有良好的耐气候性能，能隔绝从背面进来的潮气或其他有害气体；气或其他有害气体；层压温度下不起任何变化；层压温度下不起任何变化；与粘
12、结材料结合牢固。与粘结材料结合牢固。底板所用的材料一般为玻璃、铝合金、有机玻璃、底板所用的材料一般为玻璃、铝合金、有机玻璃、TPF以及高分子聚氟膜等。目前较多应用的是以及高分子聚氟膜等。目前较多应用的是TPF复合膜。复合膜。边框边框 平板组件必须有边框，以保护组件和组件与方阵平板组件必须有边框，以保护组件和组件与方阵支架的连接固定。支架的连接固定。边框与粘结剂构成对组件边缘的密封。边框与粘结剂构成对组件边缘的密封。主要材料有不锈钢、铝合金、橡胶以及增强塑料主要材料有不锈钢、铝合金、橡胶以及增强塑料等。等。不同结构的组件有不同的封装工艺。如图不同结构的组件有不同的封装工艺。如图为平板式太阳能电池
13、组件的封装工艺流程。为平板式太阳能电池组件的封装工艺流程。组件的伏安特性曲线组件的伏安特性曲线组件的伏安特性曲线组件的伏安特性曲线 太阳能电池组件的输出功率等于输出电压太阳能电池组件的输出功率等于输出电压乘以工作电流，大部分乘以工作电流，大部分I-U曲线是在标准测曲线是在标准测试条件下测得，这条试条件下测得，这条I-U曲线包括三个重要曲线包括三个重要的点：最大功率点（的点：最大功率点（Ump、Imp）、开路电）、开路电压（压（Uoc）和短路电流（）和短路电流（Isc）。）。辐照度对组件性能的影响辐照度对组件性能的影响 随着辐照度的降随着辐照度的降 低，伏安特性曲线低，伏安特性曲线、变，的形状基本不变，只是短路电流逐渐只是短路电流逐渐 变小，开路电压随变小，开路电压随 辐照度的变化不大辐照度的变化不大 组件的输出电流与阳光的辐照度成正比，阳光越强，组件的输出电流与阳光的辐照度成正比，阳光越强，组件的输出功率也就越高。组件的输出功率也就越高。温度对组件性能的影响温度对组件性能的影响 当组件的温度高于标准当组件的温度高于标准工作温度工作温度25时，组件效时，组件效率下降，主要表现在开路率下降，主要表现在开路电压下降。随着温度的升电压下降。随着温度的升高，伏安特性曲线的形状高，伏安特性曲线的形状基本不变，但是整个向左基本不变，但是整个向左平移，表明开路电压随着平移，表明开路电压
15、随着温度的升高而降低。温度的升高而降低。如果组件中有一个电如果组件中有一个电池被完全遮蔽，将可池被完全遮蔽，将可能会使整个组件的功能会使整个组件的功率损失高达率损失高达75%。当。当然也有一些组件受遮然也有一些组件受遮蔽的影小于此比例。蔽的影小于此比例。遮蔽对组件性能的影响遮蔽对组件性能的影响 太阳能是一种低密度的平面能源，需要用太阳能是一种低密度的平面能源，需要用大面积的太阳能电池方阵来采集。而太阳大面积的太阳能电池方阵来采集。而太阳能电池组件的输出电压不高，需要用一定能电池组件的输出电压不高，需要用一定数量的太阳能电池组件经过串并联构成方数量的太阳能电池组件经过串并联构成方阵。有时甚至需要
16、数十个以至数千个方阵阵。有时甚至需要数十个以至数千个方阵才能满足大功率太阳能光伏发电站的要求。才能满足大功率太阳能光伏发电站的要求。1、结构、结构平板式光伏方阵的结构依用户的需要而定。平板式光伏方阵的结构依用户的需要而定。按电压等级来分，按电压等级来分，独立光伏系统电压往往被设计成与电独立光伏系统电压往往被设计成与电池的标称电压相对应，或是它们的整数倍，池的标称电压相对应，或是它们的整数倍，而且与用电而且与用电器的电压等级一致，如器的电压等级一致，如220、110、48、36、24、12V等等。等等。交流光伏供电系统和并网发电系统，方阵的电压等级往交流光伏供电系统和并网发电系统，方阵的电压等级
17、往往为往为110V或或220V。对电压等级更高的光伏电站系统，则常用多个方阵进行对电压等级更高的光伏电站系统，则常用多个方阵进行串并联，组合成与电网等级相同的电压等级，如组合成串并联，组合成与电网等级相同的电压等级，如组合成600V、10kV等，再与电网连结。等，再与电网连结。太阳能电池方阵需要支架将许多太阳能电池组件太阳能电池方阵需要支架将许多太阳能电池组件集合在一起；集合在一起；还需要电缆、阻塞二极管和旁路二极管对太阳能还需要电缆、阻塞二极管和旁路二极管对太阳能电池组件实行电气连接；电池组件实行电气连接；并需要配专用的、内装避雷器的分接线箱和总接并需要配专用的、内装避雷器的分接线、箱。线箱。有时为了防止鸟粪沾污太阳能电池方阵表面而引有时为了防止鸟粪沾污太阳能电池方阵表面而引起热斑效应，还需在方阵顶上特别安装驱鸟器。起热斑效应，还需在方阵顶上特别安装驱鸟器。太阳能电太阳能电池方阵电池方阵电气连接图气连接图 在将太阳能电池组件进行串并联组装成方阵时，在将太阳能电池组件进行串并联组装成方阵时，应注意一下几点：应注意一下几点：串联时需要工作电流相同的组件，并为每个组串联时需要工作电流相同的组件，并为每个组件并接旁路二极管；件并接旁路二极管；并联时需要工作电压相同的组件，并在每一条并联时需要工作电压相同的组件，并在每一条并联线路串接阻塞二极管；并联线路串接阻塞二极管；尽量考虑组件
19、互联接线最短的原则；尽量考虑组件互联接线最短的原则；要严格防止个别性能变坏的太阳能电池组件混要严格防止个别性能变坏的太阳能电池组件混入太阳能电池方阵。入太阳能电池方阵。太阳能太阳能电池组电池组件方阵件方阵 如图为同样如图为同样64块太阳能电池组件分别用块太阳能电池组件分别用4并并8串方串方式组成方阵，但有（式组成方阵，但有（a）纵联横并和（）纵联横并和（b）横联纵）横联纵并两种不同的电气连接。并两种不同的电气连接。在图中可以看到，当遇到有局部阴影时，（在图中可以看到，当遇到有局部阴影时，（a）中连接的总线电压下降，输出电池也大幅下降，中连接的总线电压下降，输出电池也大幅下降，系统有可能不能正常
20、工作；而（系统有可能不能正常工作；而（b）中连接的总）中连接的总线电压可保持不变，虽然少了一组电流，但系统线电压可保持不变，虽然少了一组电流，但系统却能正常工作。却能正常工作。太阳能电池组件及方阵的基本特性也同样要用太阳能电池组件及方阵的基本特性也同样要用在在IEC标准条件下的开路电压标准条件下的开路电压Uoc、短路电流、短路电流Isc、最佳工作电压最佳工作电压Um、最佳工作电流、最佳工作电流Im、最佳输出、最佳输出功率功率Pm、填充因子、填充因子FF以及光电转换效率以及光电转换效率来表来表示。示。aocscammAPUFFIAPUI00P0：单位面积上接：单位面积上接收到的太阳辐射能。收到的
21、太阳辐射能。按按IEC标准，在标准，在25、AM1.5光谱条件下，光谱条件下，P0=100mW/cm2。Aa：组件及方阵面积，通：组件及方阵面积，通常是指组件及方阵边框的常是指组件及方阵边框的实际面积。此时的效率即实际面积。此时的效率即为该组件及方阵的效率。为该组件及方阵的效率。方阵在室外工作，方阵在室外工作，其输出功率和效率其输出功率和效率严重地受到温度和严重地受到温度和太阳辐照度的影响。太阳辐照度的影响。通风良好可以降低通风良好可以降低组件的工作温度而组件的工作温度而提高方阵的输出。提高方阵的输出。如图即为太阳能电如图即为太阳能电池方阵的光照伏安池方阵的光照伏安特性曲线。特性曲线、称功率即是方阵的标称功率即是IEC标准条件下的最大输出标准条件下的最大输出功率功率Pm。ocscmmmUFFIUIPammaocscamAPUIAPUFFIAPP000 Pm 最大输出功率最大输出功率 Im 最佳工作电流最佳工作电流 Um 最佳工作电压最佳工作电压FF 填充因子填充因子 方阵的光电转换效率方阵的光电转换效率P0 标准条件下光功率标准条件下光功率 Aa 方阵面积方阵面积 Uoc 开路电压开路电压 Isc 短路电流短路电流 nimimaPP1Pm方阵的实际输出功率方阵的实际输出功率Pmin个组件中每个组件个组件中每个组件的输出功率的输出功率 方阵的功率损失主要来源为组件特性不方阵的
23、功率损失主要来源为组件特性不一致、串并联的二极管和接线损失等。一致、串并联的二极管和接线损失等。由组件组合成方阵时，由组件组合成方阵时，将有电压损失和电流损失，将有电压损失和电流损失，因而将有输出功率的损失。因而将有输出功率的损失。方阵的功率损失因子也可方阵的功率损失因子也可 称为光伏方阵的组合因子称为光伏方阵的组合因子 a。当有。当有n个组件被组合成个组件被组合成 方阵时，其组合损失因子可方阵时，其组合损失因子可 表示为表示为 光伏方阵的测量很不容易在标准条件下进行，而光伏方阵的测量很不容易在标准条件下进行，而通常是在自然阳光下用便携式光伏方阵测试仪进通常是在自然阳光下用便携式光伏方阵测试仪
24、进行检测后再转换到行检测后再转换到IEC标准条件下的。标准条件下的。特别注意的是要将标准参考电池放置在被测光伏特别注意的是要将标准参考电池放置在被测光伏方阵同一平面上，测量前用不透光的覆盖物将被方阵同一平面上，测量前用不透光的覆盖物将被测方阵严密覆盖，等待其温度与环境温度一致时测方阵严密覆盖，等待其温度与环境温度一致时突然揭开覆盖物，在尽可能短的时间里测完该方突然揭开覆盖物，在尽可能短的时间里测完该方阵的光照伏安特性曲线及基本参数，与标准参考阵的光照伏安特性曲线及基本参数，与标准参考电池比对后算出该方阵在电池比对后算出该方阵在IEC标准状况下的输出标准状况下的输出功率。功率。一个方阵在阳光下出
25、现局部发热点的现象称为热一个方阵在阳光下出现局部发热点的现象称为热斑效应。斑效应。热斑往往在单个电池上发生。热斑往往在单个电池上发生。在较大的方阵中，严重时热斑的温度有可能高达在较大的方阵中，严重时热斑的温度有可能高达200左右。左右。热斑效应会使焊点融化，破坏封装材料（如无旁热斑效应会使焊点融化，破坏封装材料（如无旁路二极管保护），甚至会使整个方阵失效。路二极管保护），甚至会使整个方阵失效。发生热斑效应的机理可以从图示太阳能电池方阵发生热斑效应的机理可以从图示太阳能电池方阵的工作状态中了解。的工作状态中了解。图中，图中，12个太阳能电池个太阳能电池3并并4串，设每个电池都串，设每个电池都有相
26、同的光照有相同的光照I-U特性，特性，每每3个电池并联后的光个电池并联后的光照照I-U特性示于图左侧。特性示于图左侧。这这4组并联电池串联后组并联电池串联后各节点的电压电流为：各节点的电压电流为：U1，I、U2，I、U3，I和和U4，I。当由于某种原因第当由于某种原因第2组中左边的太阳能电池突然损坏，几组中左边的太阳能电池突然损坏，几乎没有电流输出时，右边的两个好电池中将流过整个串联乎没有电流输出时，右边的两个好电池中将流过整个串联电路中的总电流电路中的总电流3I。从太阳能电池并联特性可知，这两个好电池在承受超过它从太阳能电池并联特性可知，这两个好电池在承受超过它的光生电流时，其工作点对应的电
27、压进入反偏区的光生电流时，其工作点对应的电压进入反偏区U2，有时，有时U2的绝对值可以比好电池的开路电压大数倍，的绝对值可以比好电池的开路电压大数倍，这样，在这个与一个坏电池的并联电池组中，其他两个好这样，在这个与一个坏电池的并联电池组中，其他两个好电池上承受的功率是电池上承受的功率是U2I，而没有坏电池的并联电池组，而没有坏电池的并联电池组1、3、4组中承受的功率是组中承受的功率是UI，因为，因为U2是是U的数倍，于是那两的数倍，于是那两个与坏电池并联的好电池开始快速升温，整个方阵在第个与坏电池并联的好电池开始快速升温，整个方阵在第2组里出现热斑。组里出现热斑。在不可逆的热斑效应出现之前，方
28、阵中其它好电在不可逆的热斑效应出现之前，方阵中其它好电池组的输出也会受到影响。由于方阵的端电压池组的输出也会受到影响。由于方阵的端电压U4与蓄电池或控制器相联，所以其他所有的好电池与蓄电池或控制器相联，所以其他所有的好电池也要分担坏电池组的影响而造成方阵输出功率下也要分担坏电池组的影响而造成方阵输出功率下降。降。造成造成热斑效应热斑效应的根源有：的根源有：个别坏电池的个别坏电池的混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变为破碎以及电池局部受到阴影遮挡等。为破碎以及电池局部受到阴影遮挡等。旁路二极管：旁路二极管：为避免热斑效应，除杜绝以上情况为避免热斑效应，除杜绝以上情
29、况外，主要方法是加设旁路二极管，可以在电池或组件外，主要方法是加设旁路二极管，可以在电池或组件出现阴影或损坏时，用来分流该电池或组件，转移流出现阴影或损坏时，用来分流该电池或组件，转移流经该电池或组件的电流，以增加方阵的可靠性。经该电池或组件的电流，以增加方阵的可靠性。阻塞二极管：阻塞二极管：阻塞二极管是用来控制光伏系统中阻塞二极管是用来控制光伏系统中的电流的，任何一个独立光伏系统都必须有防止从蓄的电流的，任何一个独立光伏系统都必须有防止从蓄电池流向阵列的反向电流的方法或有保护失效单元的电池流向阵列的反向电流的方法或有保护失效单元的方法。如果控制器没有这项功能的话，就要用到阻塞方法。如果控制器
30、没有这项功能的话，就要用到阻塞二极管。二极管。阻塞二极管既可以加在每一阻塞二极管既可以加在每一并联支路，又可加在阵列与控制并联支路，又可加在阵列与控制器之间的干路上，但是当多条支器之间的干路上，但是当多条支路并联成一个大系统时，则应在路并联成一个大系统时，则应在每条支路上用阻塞二极管，以防每条支路上用阻塞二极管，以防止由于支路故障或遮蔽引起的电止由于支路故障或遮蔽引起的电流由强电流支路流向弱电流支路流由强电流支路流向弱电流支路的现象。在小系统中，在干路上的现象。在小系统中，在干路上用一个二极管就够了，不要两种用一个二极管就够了，不要两种都用，因为每个阻塞二极管会引都用，因为每个阻塞二极管会引起
31、降压起降压0.40.7V，其电压损失，其电压损失是一个是一个12V系统的系统的6%，这也是一，这也是一个不小的比例。个不小的比例。1.1.太阳能电池组件及光伏方阵太阳能电池组件及光伏方阵2.2.储能蓄电池储能蓄电池 3.3.控制器控制器 4.4.直流直流-交流逆变器交流逆变器 目前，太阳能光伏发电系统中普遍应用的目前，太阳能光伏发电系统中普遍应用的储能装置是蓄电池，常用的蓄电池有铅酸储能装置是蓄电池，常用的蓄电池有铅酸蓄电池和碱性镉镍蓄电池。由于铅酸蓄电蓄电池和碱性镉镍蓄电池。由于铅酸蓄电池的功率价格比最优，因而应用最广、数池的功率价格比最优，因而应用最广、数量最多。量最多。由于存在着太阳辐射
32、的昼夜变化，光伏发电系由于存在着太阳辐射的昼夜变化，光伏发电系统的输出功率和能量每时每刻都在波动，使得统的输出功率和能量每时每刻都在波动，使得用户负载无法获得连续而稳定的电能供应。用户负载无法获得连续而稳定的电能供应。在光伏发电系统中配备蓄电池后，在以下三方在光伏发电系统中配备蓄电池后，在以下三方面提高了系统供电质量：面提高了系统供电质量：储存能量储存能量 对太阳能电池的工作电压钳位对太阳能电池的工作电压钳位 提供启动电流提供启动电流 储存能量储存能量在大部分独立太阳能光伏系统中，由于光在大部分独立太阳能光伏系统中，由于光伏阵列所产电能和负载用电要求不一致，伏阵列所产电能和负载用电要求不一致，
33、在晚上或多云等情况下，光伏电池阵列不在晚上或多云等情况下，光伏电池阵列不能提供足够的能量而用电负载又必需工作能提供足够的能量而用电负载又必需工作时，蓄电池是必要的。时，蓄电池是必要的。对太阳能电池的工作电压钳位对太阳能电池的工作电压钳位当把太阳能电池组件直接连接负载时，由当把太阳能电池组件直接连接负载时，由于太阳能电池的工作特性受太阳辐照度、于太阳能电池的工作特性受太阳辐照度、温度等影响很大，负载常常不能一直工作温度等影响很大，负载常常不能一直工作在最佳工作点附近，系统效率很低，而蓄在最佳工作点附近，系统效率很低，而蓄电池对太阳能电池的工作电压具有钳位作电池对太阳能电池的工作电压具有钳位作用，
34、能够保证系统工作在最佳工作点附近。用，能够保证系统工作在最佳工作点附近。提供启动电流提供启动电流电动机类设备在启动时通常需要大电流来电动机类设备在启动时通常需要大电流来启动，例如电冰箱、压缩机、电动车等电启动，例如电冰箱、压缩机、电动车等电动机负载，启动电流常常是额定工作电流动机负载，启动电流常常是额定工作电流的的510倍。光伏组件由于受到最大短路倍。光伏组件由于受到最大短路电流和太阳辐照度的限制，光伏阵列可能电流和太阳辐照度的限制，光伏阵列可能不能满足它们的启动电流要求，而蓄电池不能满足它们的启动电流要求，而蓄电池能够在短时间内提供大电流给负载启动。能够在短时间内提供大电流给负载启动。在光伏
35、发电系统中蓄电池至关重要，蓄电池储能单元的在光伏发电系统中蓄电池至关重要，蓄电池储能单元的设计与维护是光伏发电系统中最敏感的问题。设计与维护是光伏发电系统中最敏感的问题。根据对国内多个光伏发电系统的调查，蓄电池的质量和根据对国内多个光伏发电系统的调查，蓄电池的质量和维护中的问题，是导致系统故障和系统瘫痪的主要原因。维护中的问题，是导致系统故障和系统瘫痪的主要原因。此外，蓄电池储能单元是影响光伏和风力发电系统运行此外，蓄电池储能单元是影响光伏和风力发电系统运行成本的最敏感因素。根据对光伏和风力发电成本的分析，成本的最敏感因素。根据对光伏和风力发电成本的分析，蓄电池的投资约占系统总投资的蓄电池的投
36、资约占系统总投资的15%20%。铅酸蓄电。铅酸蓄电池平均池平均56年需要更新一次，如此高的投资和折旧费用，年需要更新一次，如此高的投资和折旧费用，使蓄电池对发电系统的运行成本影响很大。因此，蓄电使蓄电池对发电系统的运行成本影响很大。因此，蓄电池储能单元的设计选择和维护是风光互补发电系统中不池储能单元的设计选择和维护是风光互补发电系统中不容忽视的问题。容忽视的问题。应用于光伏系统中的蓄电池，与运行在其他应用于光伏系统中的蓄电池，与运行在其他用途时的工作特点有很大不同。这些都对太阳能用途时的工作特点有很大不同。这些都对太阳能光伏系统中的蓄电池寿命有很大的影响。太阳能光伏系统中的蓄电池寿命有很大的影
37、响。太阳能光伏系统中的蓄电池应用特点是：光伏系统中的蓄电池应用特点是：晚上以及阴雨天蓄电池放电，白天由太阳能电晚上以及阴雨天蓄电池放电，白天由太阳能电池给蓄电池充电，充电方式属于循环、浮充混合池给蓄电池充电，充电方式属于循环、浮充混合工作方式。工作方式。充电率非常小，平均充电电流一般为充电率非常小，平均充电电流一般为C10/50C10/100，很少达到，很少达到C10/5C10/10（C10为电池放为电池放电电10h释放的容量，单位为释放的容量，单位为Ah）。）。放电电流小，放电率通常为放电电流小，放电率通常为C10/20C10/240，时间长、频率高，蓄电池通常处于放电状态，有时间长、频率高
38、，蓄电池通常处于放电状态，有时甚至形成过放电。时甚至形成过放电。一次充电时间较短，长的时候也仅为白天的一次充电时间较短，长的时候也仅为白天的10h左右，很少能够做到完全、快速地满充电，左右，很少能够做到完全、快速地满充电，蓄电池往往会在一段时间处于欠充电状态。蓄电池往往会在一段时间处于欠充电状态。具有以下特点的蓄电池最适合在光伏系统具有以下特点的蓄电池最适合在光伏系统中使用：中使用：具有深循环放电性能；具有深循环放电性能；充放循环寿命长；充放循环寿命长；对过充、过放电耐受能力强；对过充、过放电耐受能力强；具有免维护或少维护性能；具有免维护或少维护性能；低温下也具有良好的充电、放电特性；低温下也
39、具有良好的充电、放电特性；充放电特性对高温不敏感；充放电特性对高温不敏感；无需初充电操作；无需初充电操作；具有较高的能量效率；具有较高的能量效率；具有高的性能价格比；具有高的性能价格比；具有高的重量能量比和体积能量比。具有高的重量能量比和体积能量比。目前，希望蓄电池全部满足各项要求是很困目前，希望蓄电池全部满足各项要求是很困难的，但每项指标的提高和改进，对光伏发电系难的，但每项指标的提高和改进，对光伏发电系统都具有十分重要的意义。统都具有十分重要的意义。1、容量：、容量：额定容量是蓄电池的一个重要参数，但实际上，人们更额定容量是蓄电池的一个重要参数，但实际上，人们更关注的是蓄电池的可用容量，它
40、的大小不仅同额定值有关注的是蓄电池的可用容量，它的大小不仅同额定值有关，而且还取决于蓄电池的充放电模式，关，而且还取决于蓄电池的充放电模式，蓄电池的可用蓄电池的可用容量随着放电速率的增加而降低，也随温度的增加而降容量随着放电速率的增加而降低，也随温度的增加而降低。低。在蓄电池的连续组合方式上，如果需要高的直流电压，在蓄电池的连续组合方式上，如果需要高的直流电压，可以增加串联蓄电池的只数，如果需要提高蓄电池组的可以增加串联蓄电池的只数，如果需要提高蓄电池组的容量，增大输出功率和电流，应选用容量更大的单体蓄容量，增大输出功率和电流，应选用容量更大的单体蓄电池，电池，一般来讲蓄电池应避免采用多条支路
41、并联，这样一般来讲蓄电池应避免采用多条支路并联，这样可能会因蓄电池电压的不一致在并联支路内产生环流。可能会因蓄电池电压的不一致在并联支路内产生环流。2、放电速率：、放电速率：蓄电池的放电速率通常用放电时间或蓄电池的放电速率通常用放电时间或放电电流来表示，其关系为：放电电流来表示，其关系为：放电速率（放电速率（A）=容量（容量（Ah）/放电时间（放电时间（h）固定型电池额定容量是指电池在温度固定型电池额定容量是指电池在温度25时按时按10小时率小时率放电所能达到的容量，用符号放电所能达到的容量，用符号Cm表示。例如对一只表示。例如对一只500Ah铅酸蓄电池，它的铅酸蓄电池，它的10h电流值为：电
42、流值为：10小时率电流还可标记为小时率电流还可标记为0.1C10 AhAhtCI、蓄电池电压：、蓄电池电压：蓄电池电压取决于电池种类、充电状蓄电池电压取决于电池种类、充电状态、放电速率、温度和电解液密度等因素态、放电速率、温度和电解液密度等因素的影响。蓄电池充电时的电压比放电时要的影响。蓄电池充电时的电压比放电时要高。高。蓄电池作为光伏发电系统的关键部件，它的蓄电池作为光伏发电系统的关键部件，它的失效和短寿命是阻碍光伏发电独立系统推广应用失效和短寿命是阻碍光伏发电独立系统推广应用的主要原因之一。蓄电池的寿命跟光伏系统的类的主要原因之一。蓄电池的寿命跟光伏系统的类型密切相关
43、：型密切相关：循环使用，其寿命主要受充放电深度影响；循环使用，其寿命主要受充放电深度影响；浮充使用，其寿命主要受工作温度影响。浮充使用，其寿命主要受工作温度影响。两种类型的主要区别是，光伏系统中蓄电池的容两种类型的主要区别是，光伏系统中蓄电池的容量同负载平均日耗电量之间的比值不同。量同负载平均日耗电量之间的比值不同。根据太阳能光伏发电系统中蓄电池应用的特点，影响铅酸根据太阳能光伏发电系统中蓄电池应用的特点，影响铅酸蓄电池寿命的主要因素为：蓄电池寿命的主要因素为：放电深度：放电深度：放电深度即使用过程中放电到何种程度放电深度即使用过程中放电到何种程度开始充电，蓄电池循环使用时其寿命主要决定于放电
44、深度。开始充电，蓄电池循环使用时其寿命主要决定于放电深度。因为蓄电池正极活性物质因为蓄电池正极活性物质PbO2本身相互结合不牢，放电本身相互结合不牢，放电时生成时生成PbSO4，充电时又恢复为，充电时又恢复为PbO2，而，而PbSO4的摩尔的摩尔体积是体积是PbO2的的1.94倍，因此放电时活性物质体积会发生倍，因此放电时活性物质体积会发生膨胀。这样，正极板的体积在充放电过程中将反复发生收膨胀。这样，正极板的体积在充放电过程中将反复发生收缩和膨胀，使缩和膨胀，使PbO2粒子逐渐松弛，变得易于从板栅上脱粒子逐渐松弛，变得易于从板栅上脱落。随着放电深度的增加，这种收缩和膨胀的程度越大，落。随着放电
45、深度的增加，这种收缩和膨胀的程度越大，结合力的破坏也越大，因此蓄电池的循环寿命就会越短。结合力的破坏也越大，因此蓄电池的循环寿命就会越短。欠充状态欠充状态 太阳能资源的随机性，使应用于光伏太阳能资源的随机性，使应用于光伏系统中的蓄电池难以得到完全的再补充，蓄电池往往系统中的蓄电池难以得到完全的再补充，蓄电池往往会在一些时间长期处于欠充电状态，这将导致蓄电池会在一些时间长期处于欠充电状态，这将导致蓄电池酸分层发生。酸分层发生。酸分层是指蓄电池在低过充和深度放电酸分层是指蓄电池在低过充和深度放电时，电池底部的酸浓度高于顶部酸浓度。时，电池底部的酸浓度高于顶部酸浓度。极板上硫酸极板上硫酸浓度的不同分
46、布将导致正极板腐蚀和膨胀，负极板底浓度的不同分布将导致正极板腐蚀和膨胀，负极板底部硫酸盐化。部硫酸盐化。硫酸盐化是指在负极板上形成一种粗大、硫酸盐化是指在负极板上形成一种粗大、难于接受充电的难于接受充电的PbSO4结晶，它使蓄电池容量减小。结晶，它使蓄电池容量减小。这种现象又称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸这种现象又称为不可逆硫酸盐化。轻微的不可逆硫酸盐化，尚可以用一些方法使它恢复，若严重时则电极盐化，尚可以用一些方法使它恢复，若严重时则电极失效，蓄电池将充不进电。失效，蓄电池将充不进电。放电放电 蓄电池的放电电流越大，蓄电池的放电电流越大，电流在电极上分电流在电极上分布越不均匀，造成电极
47、内部物质不能得到充分利用，布越不均匀，造成电极内部物质不能得到充分利用，因而大电流放电时会造成蓄电池的因而大电流放电时会造成蓄电池的放电容量降低放电容量降低。反之放电电流越小反之放电电流越小，蓄电池放电容量越大，越容易造，蓄电池放电容量越大，越容易造成深度放电，极小的放电电流会使硫酸铅的生成量明成深度放电，极小的放电电流会使硫酸铅的生成量明显增加，转化为显增加，转化为PbSO4后活性物质膨胀产生应力，会后活性物质膨胀产生应力，会造成负极板弯曲或活性物质脱落，从而造成负极板弯曲或活性物质脱落，从而影响到蓄电池影响到蓄电池的寿命的寿命。在太阳能光伏系统中，蓄电池放电电流通常在太阳能光伏系统中，蓄电
48、池放电电流通常非常小，所以在太阳能光伏系统中一般要规定比非常小，所以在太阳能光伏系统中一般要规定比较高的放电终止电压来减小蓄电池小电流放电。较高的放电终止电压来减小蓄电池小电流放电。充电充电 过充电会导致电解液中的水电离，于是过充电会导致电解液中的水电离，于是阴极上会产生氢气，阳极上会产生氧气阴极上会产生氢气，阳极上会产生氧气。如果这些。如果这些气体被排放会使蓄电池的电解液减少，从而使气体被排放会使蓄电池的电解液减少，从而使蓄电蓄电池容量减少池容量减少；当排出的气体量很大时有燃烧的危险当排出的气体量很大时有燃烧的危险。同时在过充电时正极活性物质会遭气体的冲击，将同时在过充电时正极活性物质会遭气
49、体的冲击，将使活性物质脱落，此外正极板栅合金也会遭到严重使活性物质脱落，此外正极板栅合金也会遭到严重的阳极氧化而腐蚀，因此的阳极氧化而腐蚀，因此电池过充电会使蓄电池寿电池过充电会使蓄电池寿命减小命减小。阀控密封铅酸蓄电池过充电情况会更糟，。阀控密封铅酸蓄电池过充电情况会更糟，气压过高可能发生爆炸或使蓄电池壳破裂。气压过高可能发生爆炸或使蓄电池壳破裂。长期处于浮充状态的蓄电池，长时间的浮充会长期处于浮充状态的蓄电池，长时间的浮充会使电解液里游离子物质的活性减弱和使铅酸蓄使电解液里游离子物质的活性减弱和使铅酸蓄电池端电压产生不均衡，严重时甚至会使个别电池端电压产生不均衡，严重时甚至会使个别电池单体
50、正、负极反转，即发生电池单体正、负极反转，即发生“反极反极”现象。现象。因此，对长期处于浮充的蓄电池通常要进行因此，对长期处于浮充的蓄电池通常要进行13h的小电流过充的均衡充电的小电流过充的均衡充电,深度放电后，深度放电后，可以进行均衡充电来减少蓄电池的酸分层。可以进行均衡充电来减少蓄电池的酸分层。温度影响温度影响 温度对铅酸蓄电池的电解液黏度和电阻有温度对铅酸蓄电池的电解液黏度和电阻有很大的影响，当电解液温度升高时其扩散增加、电阻降低，很大的影响，当电解液温度升高时其扩散增加、电阻降低，因此因此蓄电池的容量及活性物质利用率随温度增加而增加蓄电池的容量及活性物质利用率随温度增加而增加。在环境温
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