【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (211)生成的依附于正極板上。同時(shí)，負(fù)極板上的和正極板在外加電場(chǎng)的作用下輸送來(lái)的電子結(jié)合而還原成Pb；電解質(zhì)溶液的H+與結(jié)合，生成。從上述分析可知，充電過(guò)程總的化學(xué)反應(yīng)為： (212)從上式可知，隨著允電的進(jìn)行，正極板上的逐漸變成Pb。同時(shí)，電解質(zhì)溶液中的硫酸分子逐漸增加，水分子逐漸減少，因此電解質(zhì)溶液的比重在增加，蓄電池的端電壓在增加，蓄電池的能量也隨之增加。（2）放電過(guò)程 放電過(guò)程是允電過(guò)程的逆過(guò)程，在當(dāng)蓄電池不接負(fù)載的情況下，正負(fù)極板各自存在電極電位，在蓄電池內(nèi)部形成了電動(dòng)勢(shì)，但是電極電位各自處于一種平衡狀態(tài)。若在蓄電池兩端接上負(fù)載，則在蓄電池的電動(dòng)勢(shì)作用之下產(chǎn)生電流。電解質(zhì)發(fā)生電解所示： (213)在蓄電池內(nèi)部，正離子通過(guò)溶液向正極遷移，負(fù)離子以相反方向向負(fù)極遷移。在蓄電池外部，在蓄電池電動(dòng)勢(shì)作用下，負(fù)極上的負(fù)電荷源源不斷地經(jīng)過(guò)負(fù)載流向正極。整個(gè)系統(tǒng)形成了一個(gè)回路，與此同時(shí)，在蓄電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，如下所示： (214)在蓄電池正極上發(fā)生還原反應(yīng)，如下所示： (215)由于正極上的還原反應(yīng)，正極板電極電位逐漸降低，同時(shí)負(fù)極板上的氧化反應(yīng)又促使電極電位的升高。整個(gè)過(guò)程將引起蓄電池電動(dòng)勢(shì)的下降。在氧化還原的反應(yīng)中，正負(fù)極板上的活性物質(zhì)及都不斷地變成硫酸鉛。同時(shí)，電解質(zhì)溶液逐漸變成水，引起了電解質(zhì)溶液比重的下降，蓄電池的容量減少。 在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中鉛酸蓄電池壽命影響因素分析蓄電池壽命通常采用循環(huán)壽命和使用時(shí)間壽命兩種方式衡量。循環(huán)壽命按照蓄電池每次放電深度與其可循環(huán)使用的次數(shù)相結(jié)合計(jì)算得到。蓄電池的放電深度越大，其相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)也就越少。蓄電池的使用時(shí)間壽命按照標(biāo)準(zhǔn)條件下(氣候條件等同)以浮充狀態(tài)進(jìn)行衡量，目前工業(yè)使用的鉛酸蓄電池的時(shí)間壽命一般均在10年以上[15]。在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)鉛酸蓄電池壽命影響最大的是頻繁深度放電、長(zhǎng)時(shí)間處于虧電狀態(tài)和溫度變化等。其具體原因分析如下[16]：（1）放電深度 放電深度即使用過(guò)程中放電到何種程度開(kāi)始充電，在蓄電池循環(huán)使用時(shí)其壽命主要決定于放電深度。因?yàn)樾铍姵卣龢O活性物質(zhì)本身互相結(jié)合不牢，放電時(shí)生成，充電時(shí)又恢復(fù)為而， 倍，因此放電時(shí)活性物質(zhì)體積會(huì)發(fā)生膨脹，這樣在充放電過(guò)程中體積將反復(fù)發(fā)生收縮和膨脹，使粒子逐漸松弛，變得易于從板柵上脫落。隨著放電深度的增加，這種收縮和膨脹的程度越大，結(jié)合力的破壞也越大，因此蓄電池的循環(huán)壽命也就越短。（2）長(zhǎng)期欠充狀態(tài) 由于太陽(yáng)能資源的隨機(jī)性，使得應(yīng)用于光伏系統(tǒng)中的蓄電池難以得到完全的再充，蓄電池往往會(huì)在一些時(shí)間長(zhǎng)期處于欠充電狀態(tài)，這將導(dǎo)致蓄電池電解液發(fā)生分層。電解液分層是指蓄電池在低過(guò)充和深度放電時(shí)，電池底部的酸濃度高于頂部酸濃度。極板上硫酸濃度的不同分布將導(dǎo)致正極板腐蝕和膨脹，負(fù)極板底部硫酸鹽化。硫酸鹽化是指在負(fù)極柵板上形成一種粗大、難于接受充電的結(jié)晶，蓄電池容量減少，此現(xiàn)象又稱(chēng)為不可逆硫酸鹽化。輕微的不可逆硫酸鹽化，尚可以用一些方法使它恢復(fù)，若嚴(yán)重時(shí)則電極失效，蓄電池將充不進(jìn)電。（3）小電流放電 蓄電池的放電電流越大，電流在電極上分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表面上，從而在離電極最外的表面優(yōu)先生成。而的體積比和Pb大，于是放電產(chǎn)物堵塞多孔電極的空口，電解液則不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部的需要，造成電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而大電流放電時(shí)會(huì)降低蓄電池的放電容量。反之放電電流越小，蓄電池放電容量越大，越容易造成深度放電，極小的放電電流會(huì)使硫酸鉛的生成量明顯增加，對(duì)于負(fù)極板由于轉(zhuǎn)化為后活性物質(zhì)膨脹產(chǎn)生應(yīng)力，會(huì)造成極板彎曲或活性物質(zhì)脫落，從而影響到蓄電池的壽命。根據(jù)蓄電池放電時(shí)結(jié)晶機(jī)理，在大電流放電時(shí)生成的晶體顆粒小、數(shù)目多，而在小電流放電時(shí)形成的晶體顆粒數(shù)目比較小，尺寸比較大。粗大的晶體溶解困難，是不可逆的硫酸鹽化，這將減少蓄電池的容量，而且粗大的晶體顆粒減少了的有效面積，這樣在再充電時(shí)會(huì)加速蓄電池極板極化，進(jìn)一步影響蓄電池的壽命。在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，蓄電池放電電流通常非常小，所以在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中一般要規(guī)定比較高的放電終止電壓來(lái)減小蓄電池小電流放電的影響。（4）過(guò)充電 過(guò)充電會(huì)導(dǎo)致電解液中的水電離，于是陰極上會(huì)產(chǎn)生氫氣和陽(yáng)極上產(chǎn)生氧氣。如果這些氣體被排放會(huì)使蓄電池的電解液減少，從而使蓄電池容量減少，而且當(dāng)排出的氣體量很大時(shí)有燃燒的危險(xiǎn)。同時(shí)在過(guò)充電時(shí)正極活性物質(zhì)會(huì)遭氣體的沖擊，將使活性物質(zhì)脫落，此外正極板柵合金也會(huì)遭到嚴(yán)重的陽(yáng)極氧化而腐蝕，因此電池過(guò)充電會(huì)使蓄電池壽命減小。對(duì)于閥控密封鉛酸蓄電池過(guò)充電情況會(huì)更糟，氣壓過(guò)高可能發(fā)生爆炸或使蓄電池槽開(kāi)裂。對(duì)于長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)的蓄電池，由于長(zhǎng)時(shí)間的浮充會(huì)使電解液里游離物質(zhì)的活性減弱和使鉛酸蓄電池端電壓產(chǎn)生不均衡，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箓€(gè)別電池單體正、負(fù)極反轉(zhuǎn)，即發(fā)生“反極”現(xiàn)象，因此對(duì)長(zhǎng)期處于浮充的蓄電池通常要進(jìn)行1～3 h的小電流過(guò)充的均衡充電來(lái)消除長(zhǎng)期浮充帶來(lái)的蓄電池不均衡，然而均衡充電也是過(guò)充充電，所以也是不能太頻繁的進(jìn)行，一般一年內(nèi)進(jìn)行1～2 兩次。在光伏系統(tǒng)中蓄電池深度放電后，可以進(jìn)行均衡充電來(lái)減少蓄電池的酸分層。（5）溫度影響 溫度對(duì)鉛酸蓄電池的電解液粘度和電阻有很大的影響， 當(dāng)電解液溫度升高時(shí)其擴(kuò)散增加、電阻降低，因此蓄電池的容量及活性物質(zhì)利用率隨溫度增加而增加。在環(huán)境溫度10～45 ℃范圍內(nèi)，鉛酸蓄電池容量隨溫度升高而增加，如閥控密封鉛蓄電池在40 ℃下的放電電量比在25 ℃下放電的電量大10 %左右，但是，超過(guò)一定溫度范圍情況將發(fā)生變化，如在環(huán)境溫度45～50 ℃條件下放電，蓄電池容量明顯減小。低溫( 5 ℃) 時(shí)，電池容量隨溫度降低而減小，低溫還會(huì)導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)利用率下降，影響蓄電池容量，如電池在 10 ℃環(huán)境溫度下放電時(shí)，負(fù)極板容量?jī)H達(dá)35 %額定容量。從這方面來(lái)看，因?yàn)樾铍姵氐娜萘繒?huì)隨著溫度升高而增加，所以在蓄電池放電時(shí)，對(duì)于相同放電容量，溫度升高時(shí)其放電深度降低，因此溫度升高在一定范圍內(nèi)對(duì)蓄電池壽命延長(zhǎng)是有利的，然而溫度升高同時(shí)會(huì)引起蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等加速，這些都將影響蓄電池壽命。有資料顯示，對(duì)于鉛鈣合金板柵蓄電池正常工作溫度每提高8 ℃，蓄電池浮充壽命減少一半。低的工作溫度也會(huì)對(duì)蓄電池的壽命有影響，低溫( 5 ℃)會(huì)引起負(fù)極失效，溫度波動(dòng)會(huì)加速枝晶短路等等低溫時(shí)充電，則會(huì)造成氫氣產(chǎn)生，增大內(nèi)部壓力，縮短電池壽命。所以綜合考慮在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)時(shí)對(duì)蓄電池安置應(yīng)最大可能的保證蓄電池有一個(gè)良好的工作環(huán)境，工作溫度控制在20～30 ℃內(nèi)，這樣能夠延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的壽命。 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池應(yīng)用特點(diǎn)（1）晚上以及陰雨天蓄電池放電， 白天由太陽(yáng)能電池給蓄電池充電，充電方式屬于循環(huán)、浮充混合工作方式。（2）充電率非常小，平均充電電流一般為C/50～ C/ 100 ，很少達(dá)到C/ 5～ C/ 10。 ( C : 用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流大小的比率)。（3）放電電流小，放電率通常為C/ 20～ C/240 ，時(shí)間長(zhǎng)、頻率高， 蓄電池通常處于放電狀態(tài)，有時(shí)候甚至形成過(guò)放電。（4）一次充電時(shí)間短，長(zhǎng)的時(shí)候也僅僅為白天的10小時(shí)左右，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)很少能夠做到安全、快速的滿(mǎn)充電，蓄電池往往會(huì)在一些時(shí)間處于欠充電狀態(tài)。（5）除了大型的太陽(yáng)能電站有專(zhuān)門(mén)的放置蓄電池的房間，能做到比較好的維護(hù)，其他的小型太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)比如太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能草坪燈等蓄電池工作環(huán)境比較惡劣，夏季高溫和冬季低溫工作也是如此。[16] 白光LED燈 LED燈的簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED是英文Light Emitting Diode的縮寫(xiě)，中譯名為發(fā)光二極管。LED在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已有較悠久的歷史。由于壽命長(zhǎng)、發(fā)熱低，在強(qiáng)電中用作信號(hào)指示燈也有較長(zhǎng)的歷史，在交通信號(hào)燈、廣告中也得到了較廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用的太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)有太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能草坪燈等，以及太陽(yáng)能室內(nèi)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)。近幾年，隨著各地城市景觀(guān)照明項(xiàng)目的越來(lái)越多，LED照明產(chǎn)品市場(chǎng)需求日益擴(kuò)大[17]。其主要優(yōu)點(diǎn)為[18]：（1）高效 白熾燈、鹵鎢燈光效為12～24lm/W，熒光燈光效為50～120lm/W。LED光效達(dá)到50～200lm/W，光譜窄、單色性好。（2）節(jié)能 LED具有電壓低、電流小、亮度高的特性，～1W。一個(gè)10～12W的LED光源發(fā)出的光能與一個(gè)35～50W白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。在同等照度下，LED比白熾燈光源節(jié)能70%，比熒光燈節(jié)能50%。（3）壽命長(zhǎng) 白熾燈靠燈絲發(fā)光，鎢絲受熱容易燒斷，發(fā)熱蒸發(fā)沉淀，發(fā)光效率迅速衰減，玻璃外殼極易損壞，通常壽命為1000h，LED利用半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能發(fā)光，外加PC材料封裝后，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，LED單管壽命為10萬(wàn)h（4）維修費(fèi)用低 由于LED光源壽命長(zhǎng)、節(jié)能，維修很少，5年以后其一次投資加上運(yùn)行費(fèi)用是所有光源中最低的。（5）光色多 可以選擇白色或彩色光，如藍(lán)色、綠色、黃色、紅色，LED燈有許多顏色的產(chǎn)品供用戶(hù)選擇，也可根據(jù)需要組合變色。（6）可控制性 由于LED燈可以基本做到瞬間接通發(fā)光，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件和控制器，可以比較容易地實(shí)現(xiàn)LED燈的顏色和圖形的各種變化。（7）不會(huì)造成光污染 很多建筑用泛光燈做立面照明，泛光燈的最大缺點(diǎn)是對(duì)行人和樓內(nèi)住戶(hù)有可能造成光污染，而LED做立面照明是把燈具直接安裝在建筑物外墻的高處，光是向樓外照射，對(duì)行人和住戶(hù)都不會(huì)造成光污染。 白光LED燈發(fā)光原理LED發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，在半導(dǎo)體PN 結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體PN 結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED 芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。通常產(chǎn)生白光的方式有兩種：一是用單色光激發(fā)熒光粉發(fā)出其他顏色的光，最終混合成白光；二是采用將幾種發(fā)不同色光的芯片封裝在一起的方法，通過(guò)這些色光的混合，構(gòu)成發(fā)白光的LED。這兩種方法在實(shí)踐中都有運(yùn)用。從結(jié)構(gòu)來(lái)分，白光LED 分為單芯片型、多芯片型(雙芯片型和三芯片型)，各種不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型LED特點(diǎn)如下[19]：（1）多芯片型，直接將紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED芯片組成一組，實(shí)現(xiàn)白光。其安裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各色LED 的驅(qū)動(dòng)電壓、發(fā)光效率、配光特性不同，溫度特性也存在差異。（2）單芯片型中在藍(lán)色LED芯片里涂敷高效黃色熒光粉，藍(lán)光及被藍(lán)光激發(fā)的熒光粉發(fā)射的黃光經(jīng)調(diào)控后可得到各種色溫的白光。其安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)光效率高，直接與熒光粉有關(guān)。（3）單芯片型中在紫外LED 芯片里涂敷紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，熒光粉被紫外光激發(fā)產(chǎn)生白光。低氣壓熒光燈中利用2537nm 的紫外光激發(fā)熒光粉，但LED中要求三基色熒光粉在更低能量紫外激發(fā)下有較高的發(fā)光效率。 白光LED燈的控制方式目前調(diào)節(jié)LED 亮度的方式有兩種[20][30]: （1）調(diào)節(jié)工作電流方式 除了紅光LED 隨著電流的升高亮度會(huì)飽和外，一般其他LED 的亮度都會(huì)隨著其工作電流的增大而增大，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)LED 的工作電流的方法在較大范圍內(nèi)控制LED 的亮度。（2）脈寬調(diào)制(PWM) 方式LED的響應(yīng)時(shí)間一般只有幾納秒至幾十納秒，適合于頻繁開(kāi)關(guān)以及高頻運(yùn)作的場(chǎng)合，因此可以方便地通過(guò)周期性的改變脈沖寬度，亦即控制占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 亮度的調(diào)節(jié)，例如要將亮度減半，只需在50 %的占空周期內(nèi)提供電流就可以實(shí)現(xiàn)了。我們選擇200～300Hz 的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)進(jìn)行PWM 亮度調(diào)節(jié)，這是因?yàn)槿搜蹮o(wú)法分辨超過(guò)40Hz 的頻率的變化，而太高的頻率又會(huì)引起白光顏色發(fā)生移位和亮度調(diào)節(jié)非線(xiàn)性。比較以上兩種亮度調(diào)節(jié)方式，使用第二種方式更合適于半導(dǎo)體照明，原因是: （1）在某個(gè)特定的正向電流下LED 能顯示出最純的白光，隨著工作電流偏離這個(gè)值，白光LED 發(fā)出的光可能偏藍(lán)或偏紫，因此通過(guò)改變LED 工作電流的方式調(diào)節(jié)會(huì)使光的顏色發(fā)生偏移，而使用PWM 控制方式則不會(huì)有這樣的問(wèn)題。（2）現(xiàn)在通常使用的大功率白光LED 都是工作在大電流下，因此其在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。隨著工作溫度的升高，LED 器件的性能會(huì)降低，因此散熱對(duì)LED 器件工作性能影響很大，在使用PWM控制方式時(shí)其脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時(shí)，LED 器件會(huì)有更低的溫度， 所以有更高的發(fā)光亮度。（3）PWM 方式使用控制電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易 白光LED燈的驅(qū)動(dòng)方式白光LED的驅(qū)動(dòng)方式由它的工作特性決定，其工作特性為[21]：（1）LED是單向?qū)щ娖骷?，由于這個(gè)特點(diǎn)，要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。（2）LED是一個(gè)具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢(shì)壘電勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門(mén)限電壓，加在LED上的電壓值超過(guò)這個(gè)門(mén)限電壓時(shí)LED才會(huì)充分導(dǎo)通。，正常工作時(shí)的管壓降為3V～4V。（3）LED的電流一電壓特性是非線(xiàn)性的，流過(guò)LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去LED的勢(shì)壘電勢(shì)后再除以同路的總電阻(電源內(nèi)阻、引線(xiàn)電阻和LED體電阻之和)。因此，流過(guò)LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。（4）LED的PN結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí)LED的勢(shì)壘電勢(shì)降低。由于這個(gè)特點(diǎn)，LED不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來(lái)越大，以至損壞LED。（5）流過(guò)LED的電流和LED的光通量的比值也是非線(xiàn)性的。LED的光通量隨著流過(guò)LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來(lái)光通量增加得越少。因此，應(yīng)該使LED在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。結(jié)合以上工作特性，得到LED的驅(qū)動(dòng)方式有:恒壓驅(qū)動(dòng)或稱(chēng)為電阻限流驅(qū)動(dòng)方式和恒流驅(qū)動(dòng)方式兩種。恒壓驅(qū)動(dòng)方式一般是以調(diào)節(jié)工作電流的方式來(lái)調(diào)節(jié)照明用發(fā)光半導(dǎo)體的亮度，恒流驅(qū)動(dòng)方式一般是以脈寬調(diào)制( PWM)方式來(lái)調(diào)節(jié)亮度。(1)電阻限流驅(qū)動(dòng)方式，如圖28所示，在蓄電池和LED 通過(guò)串接一個(gè)電阻限流，這種方式是通常的LED 驅(qū)動(dòng)方式，廣泛應(yīng)用LED 指示電路。(2)恒流源驅(qū)