【文章內(nèi)容簡介】 (211)生成的依附于正極板上。同時，負極板上的和正極板在外加電場的作用下輸送來的電子結合而還原成Pb；電解質(zhì)溶液的H+與結合，生成。從上述分析可知，充電過程總的化學反應為： (212)從上式可知，隨著允電的進行，正極板上的逐漸變成Pb。同時，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）放電過程 放電過程是允電過程的逆過程，在當蓄電池不接負載的情況下，正負極板各自存在電極電位，在蓄電池內(nèi)部形成了電動勢，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載，則在蓄電池的電動勢作用之下產(chǎn)生電流。電解質(zhì)發(fā)生電解所示： (213)在蓄電池內(nèi)部，正離子通過溶液向正極遷移，負離子以相反方向向負極遷移。在蓄電池外部，在蓄電池電動勢作用下，負極上的負電荷源源不斷地經(jīng)過負載流向正極。整個系統(tǒng)形成了一個回路，與此同時，在蓄電池負極發(fā)生氧化反應，如下所示： (214)在蓄電池正極上發(fā)生還原反應，如下所示： (215)由于正極上的還原反應，正極板電極電位逐漸降低，同時負極板上的氧化反應又促使電極電位的升高。整個過程將引起蓄電池電動勢的下降。在氧化還原的反應中，正負極板上的活性物質(zhì)及都不斷地變成硫酸鉛。同時，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)相結合計算得到。蓄電池的放電深度越大，其相應的循環(huán)次數(shù)也就越少。蓄電池的使用時間壽命按照標準條件下(氣候條件等同)以浮充狀態(tài)進行衡量，目前工業(yè)使用的鉛酸蓄電池的時間壽命一般均在10年以上[15]。在實際使用過程中，對鉛酸蓄電池壽命影響最大的是頻繁深度放電、長時間處于虧電狀態(tài)和溫度變化等。其具體原因分析如下[16]：（1）放電深度 放電深度即使用過程中放電到何種程度開始充電，在蓄電池循環(huán)使用時其壽命主要決定于放電深度。因為蓄電池正極活性物質(zhì)本身互相結合不牢，放電時生成，充電時又恢復為而， 倍，因此放電時活性物質(zhì)體積會發(fā)生膨脹，這樣在充放電過程中體積將反復發(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）長期欠充狀態(tài) 由于太陽能資源的隨機性，使得應用于光伏系統(tǒng)中的蓄電池難以得到完全的再充，蓄電池往往會在一些時間長期處于欠充電狀態(tài)，這將導致蓄電池電解液發(fā)生分層。電解液分層是指蓄電池在低過充和深度放電時，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致正極板腐蝕和膨脹，負極板底部硫酸鹽化。硫酸鹽化是指在負極柵板上形成一種粗大、難于接受充電的結晶，蓄電池容量減少，此現(xiàn)象又稱為不可逆硫酸鹽化。輕微的不可逆硫酸鹽化，尚可以用一些方法使它恢復，若嚴重時則電極失效，蓄電池將充不進電。（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，因而大電流放電時會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，極小的放電電流會使硫酸鉛的生成量明顯增加，對于負極板由于轉化為后活性物質(zhì)膨脹產(chǎn)生應力，會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)蓄電池放電時結晶機理，在大電流放電時生成的晶體顆粒小、數(shù)目多，而在小電流放電時形成的晶體顆粒數(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，這樣在再充電時會加速蓄電池極板極化，進一步影響蓄電池的壽命。在太陽能光伏系統(tǒng)中，蓄電池放電電流通常非常小，所以在太陽能光伏系統(tǒng)中一般要規(guī)定比較高的放電終止電壓來減小蓄電池小電流放電的影響。（4）過充電 過充電會導致電解液中的水電離，于是陰極上會產(chǎn)生氫氣和陽極上產(chǎn)生氧氣。如果這些氣體被排放會使蓄電池的電解液減少，從而使蓄電池容量減少，而且當排出的氣體量很大時有燃燒的危險。同時在過充電時正極活性物質(zhì)會遭氣體的沖擊，將使活性物質(zhì)脫落，此外正極板柵合金也會遭到嚴重的陽極氧化而腐蝕，因此電池過充電會使蓄電池壽命減小。對于閥控密封鉛酸蓄電池過充電情況會更糟，氣壓過高可能發(fā)生爆炸或使蓄電池槽開裂。對于長期處于浮充狀態(tài)的蓄電池，由于長時間的浮充會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，嚴重時甚至會使個別電池單體正、負極反轉，即發(fā)生“反極”現(xiàn)象，因此對長期處于浮充的蓄電池通常要進行1～3 h的小電流過充的均衡充電來消除長期浮充帶來的蓄電池不均衡，然而均衡充電也是過充充電，所以也是不能太頻繁的進行，一般一年內(nèi)進行1～2 兩次。在光伏系統(tǒng)中蓄電池深度放電后，可以進行均衡充電來減少蓄電池的酸分層。（5）溫度影響 溫度對鉛酸蓄電池的電解液粘度和電阻有很大的影響， 當電解液溫度升高時其擴散增加、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，電池容量隨溫度降低而減小，低溫還會導致負極活性物質(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，負極板容量僅達35 %額定容量。從這方面來看，因為蓄電池的容量會隨著溫度升高而增加，所以在蓄電池放電時，對于相同放電容量，溫度升高時其放電深度降低，因此溫度升高在一定范圍內(nèi)對蓄電池壽命延長是有利的，然而溫度升高同時會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。低的工作溫度也會對蓄電池的壽命有影響，低溫( 5 ℃)會引起負極失效，溫度波動會加速枝晶短路等等低溫時充電，則會造成氫氣產(chǎn)生，增大內(nèi)部壓力，縮短電池壽命。所以綜合考慮在設計太陽能光伏系統(tǒng)時對蓄電池安置應最大可能的保證蓄電池有一個良好的工作環(huán)境，工作溫度控制在20～30 ℃內(nèi)，這樣能夠延長鉛酸蓄電池的壽命。 太陽能光伏系統(tǒng)中的蓄電池應用特點（1）晚上以及陰雨天蓄電池放電， 白天由太陽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 ，很少達到C/ 5～ C/ 10。 ( C : 用來表示電池充放電時電流大小的比率)。（3）放電電流小，放電率通常為C/ 20～ C/240 ，時間長、頻率高， 蓄電池通常處于放電狀態(tài)，有時候甚至形成過放電。（4）一次充電時間短，長的時候也僅僅為白天的10小時左右，太陽能光伏系統(tǒng)很少能夠做到安全、快速的滿充電，蓄電池往往會在一些時間處于欠充電狀態(tài)。（5）除了大型的太陽能電站有專門的放置蓄電池的房間，能做到比較好的維護，其他的小型太陽能光伏系統(tǒng)比如太陽能路燈、太陽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燈的簡介LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，中譯名為發(fā)光二極管。LED在電子產(chǎn)品中的應用已有較悠久的歷史。由于壽命長、發(fā)熱低，在強電中用作信號指示燈也有較長的歷史，在交通信號燈、廣告中也得到了較廣泛的應用?，F(xiàn)在已經(jīng)應用的太陽能LED照明系統(tǒng)有太陽能路燈、太陽能草坪燈等，以及太陽能室內(nèi)半導體照明系統(tǒng)。近幾年，隨著各地城市景觀照明項目的越來越多，LED照明產(chǎn)品市場需求日益擴大[17]。其主要優(yōu)點為[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10～12W的LED光源發(fā)出的光能與一個35～50W白熾燈發(fā)出的光能相當。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 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利用半導體芯片將電能轉化為光能發(fā)光，外加PC材料封裝后，可承受高強度機械沖擊和震動，LED單管壽命為10萬h（4）維修費用低 由于LED光源壽命長、節(jié)能，維修很少，5年以后其一次投資加上運行費用是所有光源中最低的。（5）光色多 可以選擇白色或彩色光，如藍色、綠色、黃色、紅色，LED燈有許多顏色的產(chǎn)品供用戶選擇，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，通過計算機軟件和控制器，可以比較容易地實現(xiàn)LED燈的顏色和圖形的各種變化。（7）不會造成光污染 很多建筑用泛光燈做立面照明，泛光燈的最大缺點是對行人和樓內(nèi)住戶有可能造成光污染，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，對行人和住戶都不會造成光污染。 白光LED燈發(fā)光原理LED發(fā)光二極管的實質(zhì)性結構是PN結，在半導體PN 結通以正向電流時注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復合就是發(fā)光二極管的工作機理。半導體PN 結發(fā)光實質(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)的電子躍遷的結果。半導體材料的發(fā)光機理決定了單一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，通過這些色光的混合，構成發(fā)白光的LED。這兩種方法在實踐中都有運用。從結構來分，白光LED 分為單芯片型、多芯片型(雙芯片型和三芯片型)，各種不同結構類型LED特點如下[19]：（1）多芯片型，直接將紅、綠、藍三種顏色的LED芯片組成一組，實現(xiàn)白光。其安裝結構比較復雜，而且各色LED 的驅(qū)動電壓、發(fā)光效率、配光特性不同，溫度特性也存在差異。（2）單芯片型中在藍色LED芯片里涂敷高效黃色熒光粉，藍光及被藍光激發(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。其安裝結構簡單，發(fā)光效率高，直接與熒光粉有關。（3）單芯片型中在紫外LED 芯片里涂敷紅、綠、藍三基色熒光粉，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飽和外，一般其他LED 的亮度都會隨著其工作電流的增大而增大，因此可以通過調(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的響應時間一般只有幾納秒至幾十納秒，適合于頻繁開關以及高頻運作的場合，因此可以方便地通過周期性的改變脈沖寬度，亦即控制占空比的方式來實現(xiàn)對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)提供電流就可以實現(xiàn)了。我們選擇200～300Hz 的開關頻率來進行PWM 亮度調(diào)節(jié)，這是因為人眼無法分辨超過40Hz 的頻率的變化，而太高的頻率又會引起白光顏色發(fā)生移位和亮度調(diào)節(jié)非線性。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體照明，原因是: （1）在某個特定的正向電流下LED 能顯示出最純的白光，隨著工作電流偏離這個值，白光LED 發(fā)出的光可能偏藍或偏紫，因此通過改變LED 工作電流的方式調(diào)節(jié)會使光的顏色發(fā)生偏移，而使用PWM 控制方式則不會有這樣的問題。（2）現(xiàn)在通常使用的大功率白光LED 都是工作在大電流下，因此其在工作時會產(chǎn)生大量的熱量。隨著工作溫度的升高，LED 器件的性能會降低，因此散熱對LED 器件工作性能影響很大，在使用PWM控制方式時其脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時，LED 器件會有更低的溫度， 所以有更高的發(fā)光亮度。（3）PWM 方式使用控制電路實現(xiàn)起來也比較容易 白光LED燈的驅(qū)動方式白光LED的驅(qū)動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?，由于這個特點，要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。（2）LED是一個具有PN結構的半導體器件，具有勢壘電勢，這就形成了導通門限電壓，加在LED上的電壓值超過這個門限電壓時LED才會充分導通。，正常工作時的管壓降為3V～4V。（3）LED的電流一電壓特性是非線性的，流過LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動勢減去LED的勢壘電勢后再除以同路的總電阻(電源內(nèi)阻、引線電阻和LED體電阻之和)。因此，流過LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。（4）LED的PN結的溫度系數(shù)為負，溫度升高時LED的勢壘電勢降低。由于這個特點，LED不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時溫度的升高，電流會越來越大，以至損壞LED。（5）流過LED的電流和LED的光通量的比值也是非線性的。LED的光通量隨著流過LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來光通量增加得越少。因此，應該使LED在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。結合以上工作特性，得到LED的驅(qū)動方式有:恒壓驅(qū)動或稱為電阻限流驅(qū)動方式和恒流驅(qū)動方式兩種。恒壓驅(qū)動方式一般是以調(diào)節(jié)工作電流的方式來調(diào)節(jié)照明用發(fā)光半導體的亮度，恒流驅(qū)動方式一般是以脈寬調(diào)制( PWM)方式來調(diào)節(jié)亮度。(1)電阻限流驅(qū)動方式，如圖28所示，在蓄電池和LED 通過串接一個電阻限流，這種方式是通常的LED 驅(qū)動方式，廣泛應用LED 指示電路。(2)恒流源驅(qū)