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光伏储能系统中铅酸电池的原理和类型

作者:admin    来源:未知    发布时间:2021-04-20 11:10    浏览量:
  储能电池和储能装置是太阳能光伏发电系统中储存能量不可缺少的部件,其重要功能是储存光伏发电系统的能量,在日照不足、夜间和紧急情况下为负载供电。常用的储能电池包括铅酸电池、碱性电池、锂离子电池和超级电容器,它们在不同的场合或产品中使用。目前,铅酸电池应用广泛,从20世纪50年代开始发展至今已有160多年的历史。目前衍生出多种电池,如富液铅酸电池、阀控密封铅酸电池、胶体电池、铅碳电池等。

  一、工作原理和基本结构

  铅酸蓄电池是以铅和二氧化铅为正负极活性物质,以稀硫酸为电解液的化学储能装置。它具有能量转换效率高、循环寿命长、端电压高、安全性强、性价比高、安装维护简单等特点。目前是各种储能、应急电源、启动装置中首选的化学电源。铅酸电池的重要组成部分包括:

  1.极板:正负极板均由涂有活性物质的特殊合金板栅制成,极板在充放电过程中储存和释放能量,从而保证电池可靠的容量和性能。

  2.隔板:是放置在电池正负极之间的隔离介质,防止电池正负极直接接触造成短路。不同类型的铅酸电池,隔膜材料不同,阀控式铅酸蓄电池主要是AGM、PE、PVC。

  3.电解液:铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水配制的稀硫酸,在充放电过程中能在正负电极之间传递离子,所以电解液必须不含杂质。

  4.容器(电池盖):电池所覆盖的容器,里面放置电解液和极板,起到重要的支撑作用,同时防止内部物质溢出和外部物质进入内部结构污染电池。

  二、类型和优势

  铅酸蓄电池的工作原理是电能和化学能通过电化学反应相互转化。电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是一种带有硫酸溶液的蓄电池。中文:铅酸电池。

  在放电状态下,正极的重要成分是二氧化铅,负极的重要成分是铅。

  在带电状态下,正负电极的重要成分都是硫酸铅。

  用于光伏储能系统的铅酸电池种类繁多。铅酸电池有三种,如富液铅酸电池、阀控密封铅酸电池、铅碳电池等。

  2.1富液铅酸电池

  铅酸电池电解液中的硫酸直接参与电池的充放电反应过程。传统铅酸电池中,电池槽内除极板、隔板等固体组装部件外的剩余空间完全充满硫酸电解液,电解液处于过剩状态,所以称之为富液电池,电池的极板完全浸在硫酸电解液中。富液电池顶部有一个盖子,可以通风,防止液体溅出。由于水在使用过程中会蒸发分解流失,所以要定期打开盖子补充蒸馏水,调节电解液密度,所以习惯上称之为开盖式电池。富液铅酸电池的特点是价格低廉,使用寿命长,但缺点是要经常保养。

  2.2阀控密封铅酸蓄电池

  阀控密封铅酸蓄电池又称免维护电池,分为AGM密封电池和GEL凝胶密封电池。

  AGM电池采用纯硫酸水溶液作为电解液,大部分存在于玻璃纤维膜中,一部分电解液被电极板内部吸收。AGM密封电池的电解液少,电极板厚,活性物质利用率比开式电池低,因此电池的放电容量比开式电池低10%左右。

  与目前的胶体密封电池相比,AGM密封电池的放电容量更小。与同规格的富液电池相比,价格更高,具有以下优点:

  (1)循环充电容量比铅钙电池高三倍,使用寿命更长。

  (2)在整个使用寿命周期内具有较高的电容稳定性。

  (3)低温性能更可靠。

  (4)减少事故风险和环境污染风险(由于酸溶液100%密封)。

  (5)维护简单,减少深度排放。

  胶体密封电池(即GEL电池),胶体铅酸电池,是普通铅酸电池用液体电解质的改进。用胶体电解液代替硫酸电解液,在安全性、储存容量、放电性能、使用寿命等方面都优于普通电池。电解液由硅溶胶和硫酸组成,硫酸溶液浓度比AGM电池低,电解液量比AGM电池多,与富液电池相当。这种电解质以胶体状态存在,并填充在隔膜中和正负电极之间。硫酸电解液被凝胶包围,不会流出电池。

  胶体密封电池具有以下优点:

  (1)漏酸率小。凝胶型胶体电池在电解质凝胶后没有游离电解质,因此漏酸的概率比AGM型电池小得多。

  (2)失水少。因为比稀硫酸灌注多,失水少,所以胶体电池不会因为失水而失效。

  (3)有效延长电池寿命。胶体的注入增加了隔板的强度,保护了极板,弥补了隔板遇酸收缩的缺陷,使组装压力没有明显降低,这也是延长电池寿命的原因之一。

  (4)胶体铅酸蓄电池具有很强的抗过充能力。

  (5)重度放电下恢复能力强。胶体填充了隔板和极板之间的间隙,降低了电池的内阻,提高了充电接受度。

  因此,胶体电池的过放电、恢复能力和低温充放电性能优于AGM电池。

  (6)散装铅酸电池自放电性能好,在相同硫酸纯度和水质下,电池的储存时间可延长2倍以上。

  (7)胶体铅酸蓄电池在严重缺电情况下具有明显的抗硫化能力。(8)胶体铅酸蓄电池具有良好的后期放电性能。

  2.3铅碳电池

  铅碳电池是一种电容式铅酸电池,是由传统铅酸电池演变而来的技术。在铅酸蓄电池负极中添加活性炭,可以显著提高铅酸蓄电池的寿命。

  铅碳电池是一种新型超级电池,它结合了铅酸电池和超级电容器的优点。

  (1)既充分发挥了超级电容器瞬间大容量充电的优势,又充分发挥了铅酸电池的比能量优势,具有非常好的充放电性能。

  (2)电池寿命延长。由于碳(石墨烯)的加入,防止了负极的硫酸化现象,改善了以往电池失效的因素,延长了电池寿命。

  (3)用电成本下降。铅碳电池的电费可低至0.5元/千瓦时。在大规模生产的基础上,铅碳电池甚至有望将电费降低到0.4元以下。

  铅碳电池是铅酸蓄电池领域最先进的技术,也是国际新能源储能产业的发展重点,具有非常广阔的应用前景。广泛应用于光伏电站储能、风电储能、电网调峰等储能领域。

  经过多年的精耕细作,古鲁瓦的储能产品线已经多元化,包括SPF系列家用离网控制逆变一体机、SP系列家用并网储能控制器、HPS系列商用光伏离网储能机和PCS系列双向储能变流器。古里奥特瓦特的储能产品涵盖多种应用,如家用、商用和微电网。这些产品兼容各种铅酸电池和锂离子电池,集铅酸电池的充放电管理和保护功能于一体。

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