【文章內(nèi)容簡介】 太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是固定式閥控密封免維護(hù)鉛酸蓄電池和閥控密封膠體蓄電池。 2 鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu) 鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù) 極板、電解質(zhì)、隔板、電池槽、電池蓋、跨橋、安全閥、接線端等組成，如圖 所示。 11 圖 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖 3 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池的工作過程就是電化學(xué)反應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，其電化學(xué)反應(yīng)過程如下： 正極 電解液 負(fù)極 正極 水 負(fù)極 放電過程： PbO2 + 2H2SO4 + Pb → PbSO4 + 2H2O + PbSO4 充電過程 ： PbO2 + 2H2SO4 + Pb ← PbSO4 + 2H2O + PbSO4 鉛酸蓄電池在充電和 放電過程中的可逆反應(yīng)理論比較復(fù)雜，目前公認(rèn)的是 “ 雙硫酸化理論 ” 。該理論的含義我鉛酸蓄電池在放電后，兩電極的活性物質(zhì)和硫酸發(fā)生作用，均轉(zhuǎn)化為硫酸化合物 —— 硫酸鉛；充電時(shí)又恢復(fù)為原來的鉛和二氧化鉛。 事實(shí)上，鉛酸蓄電池在充電時(shí)會(huì)有氣體析出，因?yàn)樵谄渫瓿烧３潆?、放電過程的同時(shí)，伴隨著許許多多其它的化學(xué)反應(yīng)，在電解液中含有 Pb+、 H+、 HO、 SO42等帶電荷離子，特別在充電末期 ，鉛酸蓄電池正負(fù)極分別還原為 PbO2和 Pb 時(shí)，部分 H+與 HO會(huì)在充電狀態(tài)下產(chǎn)生 H2與 O2兩種氣體，其方程式為 ： 2H+ +2HO =2H2↑ + O2↑ 膠體型鉛酸蓄電池 1．膠體型鉛酸蓄電池的工作原理 膠體型鉛酸蓄電池 （如圖 ） 是對(duì)液體電解質(zhì)鉛酸蓄電池的改進(jìn)，實(shí)際上是將鉛酸蓄電池中的硫酸電解液換成膠體電解液，其工作原理仍與鉛酸蓄電池相似。膠體電解液是用 SiO2凝膠和一定濃度的硫酸，按照適當(dāng)?shù)谋壤旌显谝黄穑纬梢粋€(gè)多孔、多通道的高分子聚合物 ，結(jié)構(gòu)如圖 。膠體電解液進(jìn)入蓄電池內(nèi)部或充電若干小時(shí)后，會(huì)逐漸發(fā)生膠凝，使液態(tài)的電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀物，膠體中添加有多12 種表面活性劑 ，有助于灌裝蓄電池前抗膠凝，而且還有助于防止極 板硫酸鹽化，減小對(duì)隔板的腐蝕，提高極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率通常膠體型鉛酸蓄電池采用富液設(shè)計(jì)，比普通鉛酸蓄電池多加了 20%的酸液。 圖 圖中有電池型號(hào)和參數(shù) “ 6DZM20”的含義是： 本電池是有 6 組 2V 的單體電池串聯(lián)組成；“ DZM” :閥控式鉛酸蓄電池；“ 20”代表容量 20(A h)。 圖 （ 1）結(jié)構(gòu)密封，電解液凝膠，無滲漏：充放電無酸霧、無污染，安全、對(duì)環(huán)境友好。 （ 2）自放電極小，平均自放電在 25℃條件下 ，每 3 個(gè)月不高于 %。出廠充13 足電的蓄電池 ，在正常溫度下，連續(xù)存放 12 個(gè)月不需充電可投入使用。 （ 3）使用壽命長，由于凝膠電解液有效地防止了電解液的分層，極板活化反應(yīng)均勻，延長了極板的活化反應(yīng)循環(huán)次數(shù)，提高了電池的使用壽命，其正常使用壽命可達(dá) 10～ 15 年。 （ 4） 深度放電循環(huán)性能優(yōu)良，放電至 0V 能正?；謴?fù)。 （ 5）優(yōu)良的抗高低溫性能，適用環(huán)境范圍廣，可在 45℃～ 70℃的高低溫環(huán)境下使用。 （ 6）容 量高，充電能力接受強(qiáng)；浮充電流小，電池發(fā)熱量少；可放在任意位置 。 與鉛酸蓄電池的性能比較，如表 。 表 膠體型鉛酸蓄電池與鉛 酸蓄電池的性能比較 比較項(xiàng)目 膠體蓄電池 鉛酸蓄電池 自放電（正常室內(nèi)存放時(shí)間） 存放 1 年不需要充電可正常使用，存放兩年后，恒壓 充電 24h 后，靜置 12h，其電池容量可恢復(fù)到 95%以上 每存放 3～ 6 個(gè)月須充電一次，容量最多能恢復(fù)到70% 電池在 20℃的正常使用壽命 12V 電池設(shè)計(jì)壽命 10 年以上，2V 電池設(shè)計(jì)壽命 15 年以上 3～ 5 年的壽命 深度放電循環(huán)性能（過放電至 0V 后接受充電能力） 容量可恢復(fù)至 100% 恢復(fù)狀態(tài)較差 耐過充電能力（充電完畢后以 充電） 在過充電 16h 后， 沒有液體滲漏，外殼沒有變形 不允許過充電，否則會(huì)引起過熱而導(dǎo)致電池?fù)p壞 使用溫度范圍 45℃～ 70℃ 20℃～ 50℃ 高低溫使用性能 40℃時(shí)電池容量可保持在 60%以上， 70℃任然可以使用 以 25℃為 基準(zhǔn)，溫度每升高 10℃，壽命縮短一半，溫度降低時(shí)，容量將減少 20℃時(shí)的浮充電流 每單元 ～ 時(shí)浮充電流為 ～ 時(shí)浮充電流為 ～ 外殼損壞后，腐蝕性液體的滲漏 不會(huì)有液體的滲漏，可繼續(xù)使用 液體滲漏后不可在使用 制造成本 高 低 太陽能控制器 控制器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，也是平衡系統(tǒng)的的主要組成部14 分。在小型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器主要用來保護(hù)蓄電池。在大中型系統(tǒng)中，控制器起著平衡光伏系統(tǒng)能量、保護(hù)蓄電池及整個(gè)系統(tǒng)正常工作和顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)燈重要作用。 控制器可以單獨(dú)使用，也可以和逆變器等合為一體。 光伏控制器應(yīng)具有以下功能：①防止蓄電池過充和過放電，延長蓄電池壽命；②防止電池板或光伏方陣、蓄電池極性接反；③防止負(fù)載、控制器和其它設(shè)備內(nèi)部短路；④具有防雷擊引起的擊穿保護(hù)；⑤具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?；⑥顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)工作狀態(tài)，包括蓄電池（組）電壓、負(fù)載狀態(tài)、光伏方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報(bào)警 等 。 下面就以我們所選控制器來做分析介紹 。 SYC10LA 智能太陽能控制器 1 基本資料 如圖 是 SYC10LA 智能太陽能控制器的基本外形 。 圖 智能太陽能控制器 SYC10LA 智能太陽能控制器采用最先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)，全自動(dòng)運(yùn)行。它的脈寬調(diào)制（ PWM）試的蓄電池充電方式將大大提高蓄電池的壽命。擁有許多獨(dú)特的功能，使用方便： 1) 12/24V 自動(dòng)識(shí)別 ； 2) 高效的串聯(lián)式 PWM 充電方式，充電效率較非 PWM 高 3%～ 6%，延長了蓄電池的壽命，增加了用電時(shí)間，提高了系統(tǒng)性能； 3) 使用功率 MOSFET 作為電子開關(guān)，沒有任何機(jī)械開關(guān)； 4) 具有廣泛的適用性，自動(dòng)識(shí)別白天 /黑夜，并且光控靈敏度可調(diào)； 5) 直觀的 LED 發(fā)光管指示當(dāng)前電池狀態(tài)； 6) 定時(shí)時(shí)段 1～ 15 小時(shí)可調(diào)； 7) 密封、膠體、開口式三種類型蓄電池充電程序可選； 8) 采用外置傳感器溫度補(bǔ)償，精確度高，自動(dòng)調(diào)整充放電參數(shù)，提高蓄電池壽命； 15 9) 采用工業(yè)級(jí)芯片，能在寒冷、高溫、潮濕環(huán)境運(yùn)行。采用晶振定時(shí)控制，精確； 10) 具有過溫、過充、過放、 過載、短路自動(dòng)保護(hù)功能 ，并且以上保護(hù)不損壞任何部件，不燒保險(xiǎn)； 11) 任意組合的光電池及蓄電池反接自動(dòng)保護(hù)功能。 2 產(chǎn)品特征 圖 控制器的外形特征 如圖 所示為太陽能控制器的外形特征 。 型號(hào)“ SYC10LA”的含義是：“ SYC”指產(chǎn)品型號(hào)；“ 10”指最大充電電流 10A；“ L”指路燈用；“ A”代表標(biāo)準(zhǔn)版 。 ①充電狀態(tài)指示燈 ，顯示充電狀態(tài)和光伏輸入故障情況； ② 蓄電池狀態(tài)指示燈，顯示蓄電池電壓狀態(tài)； ③ 負(fù)載狀態(tài)指示燈，顯示負(fù)載通斷狀態(tài)和輸出故障情況； ④ 溫度傳感器，采集溫度信息，進(jìn)行充放電溫度 補(bǔ)償； ⑤ 顯示數(shù)碼管，控制器的工作模式和蓄電池選擇； ⑥ 太陽能電池接線端子； ⑦ 蓄電池接線端子； ⑧ 負(fù)載接線端子； ⑨功能按鍵，設(shè)置控制器的工作模式及蓄電池類型選擇。 3 控制器的接線方式 16 控制器的接線方式很重要，必須細(xì)心謹(jǐn)慎。接線順序?yàn)椋盒铍姵?→太陽能電池→負(fù)載。接線必須牢固，以防短路。 4 控制器各指示燈的含義 ① 充電狀態(tài)指示，見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 綠色 常亮 充電正常 綠色 慢閃 充電量不足 綠色 急閃 系統(tǒng)過電壓 ② 蓄電池狀態(tài)指示，見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 綠色 閃爍 正在充電 綠色 常亮 蓄電池飽和 紅色 常亮 蓄電池欠壓 紅色 閃爍 蓄電池過放 ③負(fù)載狀態(tài)顯示，見表 表 顏色 指示狀態(tài) 系統(tǒng)狀態(tài) 紅色 常亮 負(fù)載輸出正常 紅色 閃爍 負(fù)載過載或短路 熄滅（無） 無 負(fù)載輸出關(guān)斷 5 工作模式和蓄電池選型概述 本控制器有 18 種工作模式，依次為 0,1，?? ,16,17。其中“ 0”模式為純光控的開通 /關(guān)斷，根據(jù)光照強(qiáng)弱，開通 /關(guān)斷延時(shí)十分鐘。模式“ 1— 15”為依次延時(shí) 1— 15 小時(shí)進(jìn)行開通 /關(guān)斷。 模式“ 16”為手動(dòng)模式進(jìn)行負(fù)載的開通 /關(guān)斷。模式“ 17”為調(diào)試模式。 蓄電池的選擇有三種， b1 為免維護(hù)蓄電池，一般設(shè)默認(rèn)值； b2 為開口電池； b3為膠體電池。 燈的選用 在本設(shè)計(jì)中，選用了 LED 燈 （如圖 ） ，它主要的優(yōu)點(diǎn)是亮度高、工作壽命長。17 對(duì)此我們選用了 3mm 直徑的黃色 LED 燈，它的主要參數(shù)是： 發(fā)光角度： 60 度 工作溫度： 20℃～ 60℃ 儲(chǔ)藏溫度： 20℃～ 60℃ 黃光： 2022～ 3000MCD；波段： 590～ 595NM 產(chǎn)品光衰：零光衰（測試時(shí)間 1000 個(gè)小時(shí)） 使用壽命： 50000 小 時(shí) 圖 18 第 七 章 產(chǎn)品的制作組裝 與性能測試 制作 組裝 在本產(chǎn)品支架的制作中，我們選用角鋼和鋼管焊接， 材料堅(jiān)固，不易損壞。 底架支撐設(shè)計(jì)為三角稱體，下部整體呈三角錐形， 提高了放置的穩(wěn)定性。 2 警示牌的制作 警示牌所選材料在前面已經(jīng)做了概述，在制作過程中我們進(jìn)行了防水設(shè)計(jì)，確保了警示牌的密封，整個(gè)密封過程采用了 中性硅酮耐候膠進(jìn)行密封，對(duì)所用材料沒有腐蝕性，耐水、耐老化、耐高低溫，粘結(jié)性好。 蓄電池安置于支架底部，增強(qiáng)了產(chǎn)品放置的穩(wěn)定性，整個(gè)蓄電池緊 固在蓄電池倉底部，不會(huì)有晃動(dòng)現(xiàn)象。蓄電池倉進(jìn)行了內(nèi)外兩層防水設(shè)計(jì)，全部使用中性硅酮耐候膠做了密封，同時(shí)，因?yàn)樾铍姵卦诠ぷ鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生一些氣體，所以整個(gè)蓄電池倉做了通風(fēng)設(shè)計(jì)，以便所產(chǎn)生氣體的排散。 太陽能組件安置在整個(gè)支架的頂部，傾角依據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥瘸?370 斜面，接受太陽光線性能好，能夠避開一般遮擋物，整個(gè)組件采用鋼架螺栓的緊固，便于不時(shí)之需的拆裝。 5 外觀美化設(shè)計(jì) 整個(gè)支架使用自噴漆噴涂，增強(qiáng)光感美觀，保光、保色性能優(yōu)良，耐水耐腐蝕，而且對(duì)金屬支架有防銹作用。 性能測試 性能測試 太陽能電池是本設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的發(fā)電量直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)良，對(duì)此我們對(duì)太陽能電池進(jìn)行了發(fā)電量的測試，見 表 . 19 表 測試時(shí)間 開路電壓（ V） 短路電流（ mA） 功率（ W） 10:00 420 11:30 710 12:50 950 13:40 870 14:30 750 15:30 680 16:00 510 16:40 700 17:30 430 圖 太陽能電池輸出特性曲線 蓄電池在滿充情況下可負(fù)載使用 60 小時(shí)以上。 在本次