影響光伏發(fā)電系統用儲能蓄電池壽命的因素
由于光伏發(fā)電系統用轉化效率低，成本高，以及沒(méi)有相應配套的鼓勵發(fā)展的法律法規，使得光伏系統發(fā)展較慢。但發(fā)展新型能源是大勢所趨，必將高速發(fā)展。
光伏儲能電池，由于長(cháng)期使用，正極板會(huì )在電解液的作用下逐漸腐蝕并長(cháng)大，并且板網(wǎng)的生長(cháng)會(huì )減少活性物質(zhì)與板網(wǎng)之間的結合，從而逐漸電池電量損失。正極格柵的腐蝕和生長(cháng)主要受格柵的合金成分，電解質(zhì)密度和格柵肋條形狀的影響。
（1）正極活性物質(zhì)軟化并脫落
VRLA電池在循環(huán)使用的情況下，電池故障主要是由正極活性物質(zhì)（PAM）的軟化和脫落引起的。
在鉛酸電池的循環(huán)過(guò)程中，正極和負極活性物質(zhì)會(huì )經(jīng)歷可逆的溶解和再沉積過(guò)程，從而改變了多孔二氧化鉛電極的結構。特別是對于二氧化鉛電極，它可能導致表觀(guān)體積的增加，改變顆粒和孔徑分布，并降低多孔二氧化鉛結構中顆粒之間的機械結合性能和導電性。隨著(zhù)周期的繼續，這種情況將變得更糟，導致該地區活性物質(zhì)軟化和脫落?！ ?br /> (2)放電電流對蓄電池壽命影響
在光伏系統中，電池的放電電流非常小。 在低電流條件下形成的PbSO4比在高電流條件下形成的PbSO4轉化困難得多。 這是因為在低電流條件下形成的PbSO4晶體顆粒比在高電流條件下形成的PbSO4晶體顆粒大。 粗大的PbSO4晶體顆粒會(huì )減小PbSO4的有效面積，從而在充電過(guò)程中加速板的極化。 結果，PbSO4的轉化困難。 隨著(zhù)周期的繼續，這種情況將變得更加嚴重。 結果，極板無(wú)法充電，并且電池壽命結束。
(3)深度放電后蓄電池容量恢復
在光伏系統中，電池的放電率低于其他應用中的電池，通常在C20?C240之間，甚至更低。 低電流下的深度放電意味著(zhù)將更充分地利用板上的活性材料。 在許多光伏系統中，除非充電系統出現故障或惡劣天氣持續很長(cháng)時(shí)間，否則通常不會(huì )發(fā)生深度放電。 在這種情況下，如果無(wú)法及時(shí)為電池充電，則硫化問(wèn)題將變得更加嚴重，并進(jìn)一步導致容量損失?！ ?br /> (4)酸分層對蓄電池壽命影響
電解質(zhì)分層現象是由于電池在充電和放電過(guò)程中的重力引起的，也就是說(shuō)，在充電過(guò)程中，正極板和負極板的表面會(huì )產(chǎn)生H2SO4。 它的密度高，并且由于重力而下沉。 在放電過(guò)程中，正負極板的表面消耗了H2SO4，因此表面液層的密度較小，低密度電解質(zhì)在極板之間上升，而高密度電解質(zhì)位于電極組的上部 從電極組的側面下降。 作為液體流動(dòng)的結果，上部具有低密度，而下部具有高密度。 分層的產(chǎn)生對電池的使用壽命和容量有不利影響，加速了柵極的腐蝕和正極活性材料的脫落，并導致負極板的硫酸化。
(5)電液密度對鉛蓄電池壽命的影響
電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關(guān)，而且與正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化有關(guān)。過(guò)高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化，并導致失水加劇。
(6)板柵合金的影響
VRLA電池，由于長(cháng)期使用，正極板會(huì )在電解液的作用下逐漸腐蝕并長(cháng)大，并且板網(wǎng)的生長(cháng)會(huì )減少活性物質(zhì)與板板之間的結合力，導致正極材料的逐漸損耗。電池容量。正極格柵的腐蝕和生長(cháng)主要受格柵的合金成分，電解質(zhì)密度和格柵肋條形狀的影響。
在電池的充電過(guò)程中，在柵極與活性材料之間的界面上形成非導電層。這些非導電層或低電導率層在柵極和PAM之間的界面處引起高阻抗，從而導致在充電和放電期間產(chǎn)生熱量以及在柵極附近產(chǎn)生PAM。膨脹，從而（9）溫度的影響
高溫會(huì )加速電池的水分流失和干燥，熱失控，正極格柵的腐蝕和變形，低溫會(huì )導致負極故障，溫度波動(dòng)會(huì )加速枝晶短路等，從而影響電池壽命。當在一定的環(huán)境溫度范圍內放電時(shí)，使用容量隨著(zhù)溫度的升高而增加，而隨著(zhù)溫度的降低而降低。在10?45℃的環(huán)境溫度范圍內，鉛蓄電池的容量會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而增加。例如，閥控密封鉛蓄電池在40℃時(shí)的放電容量比在25℃時(shí)的放電容量大約10％，但超過(guò)一定水平。溫度范圍相反。如果電池在45-50°C的環(huán)境溫度下放電，電池容量將大大降低。在低溫（<5°C）下，電池容量會(huì )隨著(zhù)溫度降低而降低。當電解質(zhì)溫度降低時(shí)，其粘度增加，離子的運動(dòng)受到很大阻礙，并且擴散能力降低；在低溫下，電解質(zhì)的電阻也會(huì )增加。電化學(xué)反應電阻增加，導致電池容量降低。其次，低溫也將導致負極活性物質(zhì)的利用率降低，這將影響電池容量。例如，當電池在-10°C的環(huán)境溫度下放電時(shí)，負極板容量將僅達到額定容量的35％。
通常情況下，若在25℃條件下使用時(shí)，蓄電池的壽命為3年，那么30℃條件下使用時(shí)，就下降至2.5年;40℃時(shí)就下降至1.5年。即以25℃為基準，每升高10℃，其使用壽命縮短一半
四.光伏系統用儲能VRLA蓄電池的設計實(shí)踐
根據光伏系統用蓄電池的工作條件以及對光伏系統用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(jìn)行了一系列的研究和技術(shù)改進(jìn)，設計開(kāi)發(fā)了光伏系統專(zhuān)用VRLA蓄電池。具體改進(jìn)措施包含以下幾方面：
(1)板柵合金：采用了適合與循環(huán)使用鉛銻或者鉛鎘板柵合金，既能防止極板在使用過(guò)程中腐蝕增長(cháng)，又可***板柵和活性物質(zhì)的界面上的阻擋層，杜絕了早期容量衰減。其充電效率和深放電后的恢復性能都很理想。由于鎘為有毒元素，現在限制使用。但由于鉛銻合金電池，失水嚴(7)正負活性物質(zhì)的配比：針對光伏系統用儲能VRLA蓄電池的充放電特點(diǎn)，調整了正負活性物質(zhì)的配比，提高蓄電池的循環(huán)壽命。
(8)安全閥：對安全閥還考慮了海拔2500m以上的高原氣候的影響，特別調整了開(kāi)閉閥壓力，采用專(zhuān)用安全閥。
(9)電池結構：降低了電池總高度。采用用矮型結構生產(chǎn)，可以大大降低由于電液分層現象導致蓄電池的使用壽命和容量受到不利影響。但由于膠體電池不易出現電解液分層現場(chǎng)，無(wú)此限制。
(10)蓄電池各單體電池的一致性：這里提到的一致性不僅是指電池的開(kāi)路電壓，初期容量，還包括電池的內阻，自放電，以及充電效率等，這就要求足夠的制造精度，即從鉛粉、鑄片、和膏、涂片、固化、化成、干燥裝配、加酸、充電到最后的四項功能檢測都必須控制在較小的公差范圍內，所以采用機鑄、機涂、組立機裝配以及精確注酸是確保電池一致性的可靠保證，盡量減少人為因子。
總結
由于光伏發(fā)電系統用轉化效率低，成本高，以及沒(méi)有相應配套的鼓勵發(fā)展的法律法規，使得光伏系統發(fā)展較慢。但發(fā)展新型能源是大勢所趨，必將高速發(fā)展。而儲能蓄電池目前主要包括鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池，其中鎘鎳電池正逐步被淘汰。鉛酸蓄電池包括富液式和貧液式，必將在近幾年在光伏發(fā)電系統都得到的應用。
（1）正極活性物質(zhì)軟化并脫落
VRLA電池在循環(huán)使用的情況下，電池故障主要是由正極活性物質(zhì)（PAM）的軟化和脫落引起的。
在鉛酸電池的循環(huán)過(guò)程中，正極和負極活性物質(zhì)會(huì )經(jīng)歷可逆的溶解和再沉積過(guò)程，從而改變了多孔二氧化鉛電極的結構。特別是對于二氧化鉛電極，它可能導致表觀(guān)體積的增加，改變顆粒和孔徑分布，并降低多孔二氧化鉛結構中顆粒之間的機械結合性能和導電性。隨著(zhù)周期的繼續，這種情況將變得更糟，導致該地區活性物質(zhì)軟化和脫落?！ ?br /> (2)放電電流對蓄電池壽命影響
在光伏系統中，電池的放電電流非常小。 在低電流條件下形成的PbSO4比在高電流條件下形成的PbSO4轉化困難得多。 這是因為在低電流條件下形成的PbSO4晶體顆粒比在高電流條件下形成的PbSO4晶體顆粒大。 粗大的PbSO4晶體顆粒會(huì )減小PbSO4的有效面積，從而在充電過(guò)程中加速板的極化。 結果，PbSO4的轉化困難。 隨著(zhù)周期的繼續，這種情況將變得更加嚴重。 結果，極板無(wú)法充電，并且電池壽命結束。
(3)深度放電后蓄電池容量恢復
在光伏系統中，電池的放電率低于其他應用中的電池，通常在C20?C240之間，甚至更低。 低電流下的深度放電意味著(zhù)將更充分地利用板上的活性材料。 在許多光伏系統中，除非充電系統出現故障或惡劣天氣持續很長(cháng)時(shí)間，否則通常不會(huì )發(fā)生深度放電。 在這種情況下，如果無(wú)法及時(shí)為電池充電，則硫化問(wèn)題將變得更加嚴重，并進(jìn)一步導致容量損失?！ ?br /> (4)酸分層對蓄電池壽命影響
電解質(zhì)分層現象是由于電池在充電和放電過(guò)程中的重力引起的，也就是說(shuō)，在充電過(guò)程中，正極板和負極板的表面會(huì )產(chǎn)生H2SO4。 它的密度高，并且由于重力而下沉。 在放電過(guò)程中，正負極板的表面消耗了H2SO4，因此表面液層的密度較小，低密度電解質(zhì)在極板之間上升，而高密度電解質(zhì)位于電極組的上部 從電極組的側面下降。 作為液體流動(dòng)的結果，上部具有低密度，而下部具有高密度。 分層的產(chǎn)生對電池的使用壽命和容量有不利影響，加速了柵極的腐蝕和正極活性材料的脫落，并導致負極板的硫酸化。
(5)電液密度對鉛蓄電池壽命的影響
電解液的濃度不僅與蓄電池的容量有關(guān)，而且與正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化有關(guān)。過(guò)高的硫酸濃度加速了正極板柵的腐蝕和負極活性物質(zhì)硫酸鹽化，并導致失水加劇。
(6)板柵合金的影響
VRLA電池，由于長(cháng)期使用，正極板會(huì )在電解液的作用下逐漸腐蝕并長(cháng)大，并且板網(wǎng)的生長(cháng)會(huì )減少活性物質(zhì)與板板之間的結合力，導致正極材料的逐漸損耗。電池容量。正極格柵的腐蝕和生長(cháng)主要受格柵的合金成分，電解質(zhì)密度和格柵肋條形狀的影響。
在電池的充電過(guò)程中，在柵極與活性材料之間的界面上形成非導電層。這些非導電層或低電導率層在柵極和PAM之間的界面處引起高阻抗，從而導致在充電和放電期間產(chǎn)生熱量以及在柵極附近產(chǎn)生PAM。膨脹，從而（9）溫度的影響
高溫會(huì )加速電池的水分流失和干燥，熱失控，正極格柵的腐蝕和變形，低溫會(huì )導致負極故障，溫度波動(dòng)會(huì )加速枝晶短路等，從而影響電池壽命。當在一定的環(huán)境溫度范圍內放電時(shí)，使用容量隨著(zhù)溫度的升高而增加，而隨著(zhù)溫度的降低而降低。在10?45℃的環(huán)境溫度范圍內，鉛蓄電池的容量會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而增加。例如，閥控密封鉛蓄電池在40℃時(shí)的放電容量比在25℃時(shí)的放電容量大約10％，但超過(guò)一定水平。溫度范圍相反。如果電池在45-50°C的環(huán)境溫度下放電，電池容量將大大降低。在低溫（<5°C）下，電池容量會(huì )隨著(zhù)溫度降低而降低。當電解質(zhì)溫度降低時(shí)，其粘度增加，離子的運動(dòng)受到很大阻礙，并且擴散能力降低；在低溫下，電解質(zhì)的電阻也會(huì )增加。電化學(xué)反應電阻增加，導致電池容量降低。其次，低溫也將導致負極活性物質(zhì)的利用率降低，這將影響電池容量。例如，當電池在-10°C的環(huán)境溫度下放電時(shí)，負極板容量將僅達到額定容量的35％。
通常情況下，若在25℃條件下使用時(shí)，蓄電池的壽命為3年，那么30℃條件下使用時(shí)，就下降至2.5年;40℃時(shí)就下降至1.5年。即以25℃為基準，每升高10℃，其使用壽命縮短一半
四.光伏系統用儲能VRLA蓄電池的設計實(shí)踐
根據光伏系統用蓄電池的工作條件以及對光伏系統用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(jìn)行了一系列的研究和技術(shù)改進(jìn)，設計開(kāi)發(fā)了光伏系統專(zhuān)用VRLA蓄電池。具體改進(jìn)措施包含以下幾方面：
(1)板柵合金：采用了適合與循環(huán)使用鉛銻或者鉛鎘板柵合金，既能防止極板在使用過(guò)程中腐蝕增長(cháng)，又可***板柵和活性物質(zhì)的界面上的阻擋層，杜絕了早期容量衰減。其充電效率和深放電后的恢復性能都很理想。由于鎘為有毒元素，現在限制使用。但由于鉛銻合金電池，失水嚴(7)正負活性物質(zhì)的配比：針對光伏系統用儲能VRLA蓄電池的充放電特點(diǎn)，調整了正負活性物質(zhì)的配比，提高蓄電池的循環(huán)壽命。
(8)安全閥：對安全閥還考慮了海拔2500m以上的高原氣候的影響，特別調整了開(kāi)閉閥壓力，采用專(zhuān)用安全閥。
(9)電池結構：降低了電池總高度。采用用矮型結構生產(chǎn)，可以大大降低由于電液分層現象導致蓄電池的使用壽命和容量受到不利影響。但由于膠體電池不易出現電解液分層現場(chǎng)，無(wú)此限制。
(10)蓄電池各單體電池的一致性：這里提到的一致性不僅是指電池的開(kāi)路電壓，初期容量，還包括電池的內阻，自放電，以及充電效率等，這就要求足夠的制造精度，即從鉛粉、鑄片、和膏、涂片、固化、化成、干燥裝配、加酸、充電到最后的四項功能檢測都必須控制在較小的公差范圍內，所以采用機鑄、機涂、組立機裝配以及精確注酸是確保電池一致性的可靠保證，盡量減少人為因子。
總結
由于光伏發(fā)電系統用轉化效率低，成本高，以及沒(méi)有相應配套的鼓勵發(fā)展的法律法規，使得光伏系統發(fā)展較慢。但發(fā)展新型能源是大勢所趨，必將高速發(fā)展。而儲能蓄電池目前主要包括鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池，其中鎘鎳電池正逐步被淘汰。鉛酸蓄電池包括富液式和貧液式，必將在近幾年在光伏發(fā)電系統都得到的應用。
