VRLA蓄电池的特点及在光伏离网发电系统中的解决方案

在早期光伏离网发电系统中，一般使用开口式铅酸蓄电池作为储能装置，但开口式铅酸蓄电池有需要加酸加水维护，酸液易污染环境等缺点，不利于无人值守使用及环保。近些年来，阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）由于密封不漏酸、不腐蚀设备污染环境，备受欢迎，在我国电信、电力、铁路等行业得到广泛使用。现在的光伏系统用蓄电池，几乎全部为VRLA蓄电池。VRLA蓄电池的主要作用有两点：（1）在晚上或多云及光伏阵列产能和负载用电不一致等情况下，蓄电池能够存储多余能量或给负载提供能量；（2）由于太阳能电池组件的工作特性受太阳辐照度、温度等影响很大，负载常常不能处在最理想工作点附近。蓄电池对太阳能电池的工作电压具有钳位作用，能够保证负载处在最理想工作点附近。

光伏发电系统的组成

光伏离网发电系统是利用光电效应原理将太阳能转换为电能的发电系统，通常由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成，如图1所示。

图1 光伏离网发电系统原理图

太阳能电池组件的作用是将太阳能转化为电能，供给负载工作或给蓄电池组充电；控制器的作用是对蓄电池组的充放电进行保护；蓄电池组用于存储电能；逆变器的作用是将直流电变换为交流电。在夜晚或阴雨天，太阳电池组件无法工作时，由蓄电池组供电给负载工作。可见，蓄电池组在光伏发电系统中起着相当重要的作用。

光伏发电系统用VRLA蓄电池特点

1 光伏发电系统用蓄电池的工作方式

蓄电池的工作方式可分为循环使用和浮充使用两种。经常处于频繁的充放电工作状态，即循环使用；经常处于充电状态则为浮充使用，能弥补蓄电池因自放电而造成的容量损失。光伏发电系统用VRLA蓄电池属于循环使用方式。

2 光伏系统用蓄电池充放电特性

光伏发电系统用蓄电池充放电特性一般有4点：（1）白天充电，晚上以及阴、雨天放电；（2）充电倍率低，平均充电电流一般为0.01～0.02C，很少达到0.1～0.2C；（3）放电电流小，放电倍率通常为0.004～0.05C；（4）一次充电时间较短，即使长的时候仅为约10 h。光伏系统很少能完全、快速地给蓄电池充满电，蓄电池往往会处于欠充电状态。

3 光伏发电系统用VRLA蓄电池性能要求

光伏发电系统多建立在边远偏僻的山区、高原、戈壁，自然环境十分恶劣，工作环境温度变化范围很大。因此，对光伏发电系统中的蓄电池有如下要求：（1）具有深循环放电性能，充放电循环寿命长；（2）耐过充电能力强；（3）过放电后容量恢复能力强；（4）良好的充电接受能力；（5）电池在静态环境中使用时，电解液不易分层；（6）具有免维护或少维护的性能；（7）应具备良好的高、低温充放电特性；（8）能适应高海拔地区的使用环境；（9）蓄电池组中各蓄电池一致性良好。

光伏发电系统用铅酸蓄电池容量的设计方法

确定蓄电池容量，首先要测定接入系统的负载每天需要多少电量；其次根据气候条件蓄电池需要存储多少天的电量。在确定蓄电池容量时，并不是容量愈大愈好，过大的电池容量规模也会产生问题。这是因为在日照不足时，蓄电池组可能维持在部分充电状态，这种欠充电状态将导致电池硫酸化增加、容量降低、寿命缩短。蓄电池容量的一般计算公式为

C=E·t/（D·η0·η1） （1）

式中，C为蓄电池的容量；E为负载日平均功耗；t为最长无日照用电时数；D为VRLA蓄电池允许放电深度；η0为VRLA蓄电池充放电效率；η1为逆变器转换效率。

光伏发电系统用VRLA蓄电池性能改进

蓄电池的失效和寿命短是阻碍光伏发电系统推广的原因之一。VRLA蓄电池用于光伏系统后寿命会逐渐缩短，影响其寿命的因素主要有：充电时间受限，长期欠充电；小电流放电；过充电；温度等。根据光伏发电系统光伏系统对蓄电池性能的特殊要求，结合上述影响蓄电池寿命的因素，在原VRLA蓄电池的基础上进行了一系列性能改进。具体改进措施包含以下几方面：

（1）提高循环使用寿命。为延长VRLA电池的循环使用寿命，板栅合金在板栅与活性物质界面形成的腐蚀层导电性应良好，板栅应具有抗蠕变性能。电池设计采用紧装配，并适当提高装配压力。

（2）提高电池充电接受能力。对VRLA电池来说，充电不足对电池的危害比过充电更严重，所以提高VRLA电池的充电接受能力尤其重要。在负极铅膏配方中加入高稳定性的膨胀剂和导电性添加剂，提高了充电接受能力。

（3）提高过放电性能。降低硫酸电解液的比重，并添加了特殊的电液添加剂，可以降低对极板的腐蚀，减少电液分层的产生，提高了电池的充电接受能力和过放电性能。

（4）采用专用安全阀。对于高原地区，由于大气压较低，特别调整了安全阀压力值。

……光伏接线盒的选取要领和说明

光伏接线盒的选择主要看的信息应该是组件的电流大小，一个是工作的最大电流，一个是短路电流，当然短路电流时组件能够输出的最大电流，按照短路电流核算接线盒的额定电流应该是安全系数比较大的，按照最大工作电流算接线盒的话就是安全系数小一点。

首先来讲，我们必须确立的一个条件，不论是短路电流也好，还是最大工作电流也好，组件所标称的数据都是在标准的测试条件下的数值即环境温度 25℃，标准的光照强度1000W/m2，AM1.5条件下的测试数据。

但是我们必须明确一点，组件发到不同地区，不同地区的光照强度会产生变化的，像西藏、宁夏及新疆等部分地区部分时间段的光照强度可能会达到1700W/m2左右，那么这个时候电池片的电流和电压将会随着光照强度的变化而变化，本人做过这一方面测试，当光照强度从1000-1300W/m2时，电流成线性上升的趋势。

因此，现在对于大多数的组件生产厂家来讲没有明确的选型标准，可能都是经验值，有的选择的标准是最大工作电流的1.25倍，有的选择系数是1.3、1.4 但是我认为都没有科学依据。

笔者认为最科学的选择依据应该根据应该拿出电池片的电流电压随光照强度的变化规律，必须了解你所生产的组件用在那个地区，在这个区域内的光照最强的时候是多大，然后对照电池片的电流随光照强度的变化曲线，查处可能的最大电流，然后选择接线盒的额定电流，应该比较科学。

还有至于组件多少瓦，给我配一个这么多瓦的接线盒的说法是不确切的，如果你选择156*156 的片子做组件，不论你的组件有几片组成，目前所有的组件电池片的连接方式都是串联的方式连接，因此电池片的性能已经决定了组件的电流大小，电压就取决于组件的电池片的串联数量，所以组件的电流大小是选择接线盒的重要参数，开路电压不是没有用，只是参考一下就可以了，因为开路电压有关的只是二极管的反向耐压，一般的情况下都可以满足，因为晶体硅电池的发电原理就是低电压高电流，所以一定要关注接线盒的电流，非常非常重要的参数！接线盒重要的就是稳定性与可靠性，满足长时间安全使用，因此接线的散热性和二极管的节温至关重要，只有节温低，接线盒的结构散热良好才能够保证接线盒长期工作的可靠安全性。

二极管节温低有多方面益处，一方面是保证接线盒自身的安全，另一方面就是关系到组件的安全。接线盒都是经过认证的，从他的本身来讲，材料大家用的都差不多，防护等级都是测试过的，只要是供应商不动材料脑筋，选接线盒的时候没必要自己再去做环境试验。

因此对于组件厂选择接线盒就关心两个方面的指标就足够了：

第一方面就是二极管的额定电流节温测试结果。

由于二极管的节温过高会导致二极管的本身的损坏和使用寿命的降低，大家对于半导体的寿命应该有所了解，同时对接线盒盒体的自身安全也是很大的威胁，另外温度过高长时间可能会危及组件的安全，比如温度过高可能会导致背板的松动等等。非常危险！

目前市场流通的接线盒在75℃恒温环境温度，通过标称的额定电流1小时，二极管节温179℃以上，这是一个非常可怕的数据。做组件的朋友都知道，组件层压的温度应该在150℃左右，179℃这个温度可想一下有多么危险，因为我们测量的都是二极管箱体表面温度，二极管芯片的温度会更高，二极管的管脚都是铜，铜的导热系数远远高于塑料封装材料的导热系数，因此接线端子的温度会非常高，目前很多接线盒厂家为了降低二极管在盒体内部的节温，把接线端子设计的非常大，为了把二极管工作的热量传导到端子上，可以满足二极管在做TUV测试时的节温要求，但是热量因为是塑料壳体，热量是散发是非常慢的，这样的话，满足TUV测试时没有问题的，因为测试的条件是通额定电流1h，另外就是通额定电流的1.25倍1h，这时不计算二极管的节温了，很多目前市场上的接线盒此时的节温已经在200℃以上，接线盒本身可能会受热变形，但是此时按照标准判定合格的标准只是看看二极管的功能性，不看其他的。但是组件在实际应用过程当中，发生遮蔽效应的时间是不确定的，因此如果长时间工作的话，热量散发不出来，长时间积累，对接线盒本身的安全潜在的威胁巨大，并且导致背板粘接层松软的可能性也是完全存在的。

第二方面就是要关心接线盒的整体电阻，因为这个涉及到功率的损耗，测试可以这样，把接线盒的连接器正负极连接到一起，然后用微欧表测量两侧端子头部的整体电阻，这个电阻值就是接线盒长期工作包括导线在内的整体电阻，电阻越大的盒子功率损耗越大，非常不利！目前156多晶的240W以上组件大多用的都是双排二极管设计，由于考虑认证时二极管的节温要满足测试，接线端子设计的非常大，因此导致接线盒的整体电阻都比较大，通常情况下目前市场上的产品电阻均大于13毫欧。这么大的电阻功率损耗对于组件来说也是一个相当可怕的数据。

太阳能接线盒二极管如何选择

1、根据光伏组件的功率，150w、180w，还是230w，310w？

2、组件的其他规格

3、二极管的参数，10amp、12amp、15amp或者25amp？

4、最重要的一点，短路电流是多大？

对于这个测试，选择二极管要看以下几个量

电流（大的好）

最大结温（大的好）

热阻（小的好）

压降（小的好）

反向击穿电压（一般40V就远远够了）

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