关键词 城市照明 太阳能 光伏发电 应用技术
一、太阳能光伏路灯蓄电池
光电必须进行能量转换才能贮存，光电的存储有热能存储、化学能存储和机械能存储等方式。蓄电池是将电能和化学能进行转换的装置，它具有性能稳定、转换效率高、价格低廉等优点，是目前应用最广泛的储能设备。
蓄电池在太阳能供电系统中起着储能与供电的双重作用。它的工作过程：太阳能电池组件发电时，蓄电池充电，储存电能；太阳能电池组件停止工作时，蓄电池放电，向负载供电。
蓄电池的选择也极为关键。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。
（一）蓄电池的比较选择
太阳能供电系统中使用的蓄电池，必须具有良好的循环放电和深度放电能力，可以选用铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池。铅蓄电池具有性能可靠、价格低廉的优点，转换效率高达70％；镍镉蓄电池自放电损失小、耐过充放电能力强，但价格较贵，且转换效率60％低于铅蓄电池。因此，目前主要选择铅蓄电池(主要是固定用防酸隔爆式和VRLA两种电池)作为太阳能供电系统的储能设备。
胶体蓄电池是VRLA电池的一种，是太阳能光伏路灯储能器件的应用方向。本文将重点介绍VRLA电池和胶体蓄电池。
（二）蓄电池的基本电特性
表征蓄电池性能的电参数有很多，如电池容量、电池效率、比能量、比功率等等，应根据具体用途进行选择。在此，仅介绍与太阳能光伏路灯系统相关的基本参数，以便于理解和设计。
1、开路电压
电池在开路状态下的端电压称为开路电压。开路电压在一定程度反应电池的剩余容量。
2、工作电压
工作电压指电池接通负荷后在放电过程中显示的电压，又称负荷电压或放电电压。
3、额定容量
按国家标准规定的电池容量，单位是Ah，是放电电流与完全放电时间的乘积，表达电池储存电量的多少。以6-DZM-10蓄电池为例：当蓄电池以2小时率放电时（即以5A放电），放电时间应在120分钟以上，5A×（120/60）h=10Ah。
4、容量输出效率
容量输出效率是指蓄电池放电输出的电量与充电时输入的电量之比。
5、循环寿命
在使用寿命期间内蓄电池经历的全充电和全放电的循环次数。
6、过充和过放
过充是一种非正常充电状态，指当蓄电池单格电压超过某一正常值时，仍对其充电的状态。
过放是指蓄电池放电超过了规定的放电终止电压，放出了过量的容量。
过充和过放都会严重影响蓄电池的使用寿命。
（三）阀控式密封铅蓄电池(VRLA电池)
3.1 VRLA电池结构
阀控式密封铅蓄电池(VRLA电池)的结构如图3-3-1所示。
1、极板：普通铅蓄电池是正极活性物质过量，以利于提高电池的循环寿命。而VRLA电池是负极活性物质过量，以防止充电后负极析出氢气，并能吸收正极产生的氧气。板栅采用无锑合金，以降低电池的自放电率。
2、隔板：若为贫液式电池，则采用超细玻璃纤维隔板。这种隔板具有良好的电液保持能力，以保证电池内部无流动的电解液，并使电池能在任意方向使用，缺点是散热能力差。
3、电解液：有两种保持方式。一种是贫电解液式，即电解液完全被吸附在极板和超细玻璃纤维隔板内；另一种是胶体电解液，为富电解液式，即利用硅酸溶液凝固成胶体。这两种方式均有利于正极产生的氧气向负极扩散。其中贫电解液式要求较高的电解液密度，为1.30～1.31g/cm3。
4、排气阀：排气阀的结构如图3-3-1所示，它是只在一定压力范围内开启的单向阀，其压力范围与电池槽材料有关。该阀使电池保持密封，仅当内部气体压力达到开阀压力时才开启，然后在闭阀压关闭。它不仅能防止外部气体(O2)进入电池引起负极自放电，还能使电池内部保持一定的内压力，以利于氧气的扩散。
3.2 VRLA电池的充放电特性
VRLA电池必须用限流恒压方法充电，所以其充电曲线包含了电流和电压两条变化曲线，图3-3-2所示为先恒流(0.2C)后恒压(2.23V/只)的充电特性曲线。由图可见，恒流充电时，电流曲线恒定不变(I＝0.2C)，端电压曲线逐渐上升，当端电压升到2.23V/只时，转为恒压充电，此时端电压曲线恒定不变(V＝2.23V/只)，电流曲线则不断下降，当充足电时，电流很小且保持不变。放电率对VRLA电池端电压的影响如图3-3-3所示。
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（四）胶体蓄电池
4.1 胶体蓄电池特性
VRLA蓄电池有两种电解液固化技术：一种采用AGM隔板，称为AGM (Absorptive Glass Mat 吸附式玻璃纤维布)技术；另一种采用胶体电解液，称为GEL(触变的，微米或亚微米的二氧化硅，凝胶电解液)技术。采用GEL技术制造的蓄电池称为胶体蓄电池。
普通蓄电池充电时，正极产生氧气，负极产生氢气，从硫酸液体中溢出。当氢氧气体挥发到相当浓度时，则有起火爆炸的危险。
胶体蓄电池正极的氧气通过胶体的毛细网络扩散到负极进行反应，以水的形式返回到电解液中。反应式：2Pb＋2H2SO4＋O2→2PbSO4＋2H2O。
硫酸铅虽使小部分负极板失去活性，但在设计制造时留有过量的负极物质，而不受水复合过程的影响。其反应过程：
4.2 胶体蓄电池的优点
1、电性能指标均可达到规定的国家标准，性能稳定。其放电特性、充电电压与电流、温度与容量的曲线如图3-4-1，3-4-2，3-4-3所示。
2、很少溢出氢气和氧气，不污染环境，也可避免起火爆炸的危险。
3、在蓄电池正常工作寿命期不需加水调酸和测比重。为使胶体表面湿润，只添微量蒸馏水，维护量小。
4、可防止密度的差异作用。
5、能满足开关合闸大电流的要求。
6、封闭性能好，且自放电和铅自溶现象轻微，存放时间长。
7、防止极板过分弯曲和极板间的短路现象发生，延长使用寿命。
8、良好的抗震、抗倾覆性能。
（未完待续）