太阳能光伏中储能电源的应用

太阳能光伏中储能电源的应用

0光伏系统的应用由于它没有打开沟渠和管道，安装方便，照明系统越来越受到重视。目前在光伏系统中的普遍应用储能电源为铅酸蓄电池和锂离子电池。在光伏系统设计中具有承担负载效能的优良充放电特性是蓄电池选择的关键1能源能源的电气分析1.1蓄电池内放电正极板上的电化学一般铅酸蓄电池由正、负极板,电解液和电解槽组成。其中,正极板的活性物质是二氧化铅(PbO从上式可知,在充电过程中,正极板上的PbSO铅酸蓄电池的放电过程:从蓄电池内部的化学反应来看,正离子H在蓄电池的正极发生还原反应,如下所示由于正极上的还原反应,正极板电极电位逐渐降低,同时负极板上的氧化反应有促使电极电位的升高。整个过程将引起蓄电池电动势的下降1.2锂离子电池生产废水锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜、外壳及引线等构成。锂离子电池的充放电过程是电池内部电化学反应的过程,也就是锂离子在正、负极之间往复运动的过程锂离子电池在充、放电过程中,正、负电极发生以下的氧化还原反应:电池正极反应电池负极反应电池总反应2充电源的充电性分析2.1放电试验及充电过程通过模拟蓄电池的在光伏系统中的工作环境和工作条件,分别采用稳压电源和太阳能电池对蓄电池进行充电实验,然后采用总功率为1W的8路LED工作模式下进行了放电试验。采用蓄电池为铅酸蓄电池,规格为12V,7Ah;锂离子电池规格为12V,5Ah。对于12V/7Ah铅酸蓄电池,由于铅酸蓄电池放电深度对电池寿命影响较大实验过程:充电实验,用稳压电源充电时充电电压取14V;用太阳能电池充电时,采用一块功率为10W的单晶硅太阳能电池,放在阳光下,太阳能电池正面保持面对正南方,与水平成40°,充电电压近似14V。放电实验,用LED作为负载,按图1连接电路。2.2织物上4.6v的变化曲线常规实验是在恒温25℃下,采用充放电测试仪对12V/7Ah铅酸蓄电池和12V/5Ah锂离子蓄电池在相同充放电倍率下的充放电性能进行测试,充放电电压范围为10～14.6V,其变化曲线如图2和3所示。从图2可以看出,在0.2C充放电倍率下,铅酸电池的充电容量为4.9Ah,放电容量为4.99Ah,充放电容量效率为101.8%。而从图3可以看到,在0.2C充放电倍率下,锂离子电池的充电容量为5.01Ah,放电容量为5.13Ah,充放电容量效率为102.4%。不难发现,12V/5Ah锂离子电池的倍率充放电特性要优于12V/7Ah铅酸蓄电池,锂离子电池的充放电容量高于100%的额定容量,而铅酸蓄电池的充放电容量只有额定容量的70%左右。3电池充电实验为了表征储能电源在实际应用中的充放电特性,分别用稳压电源和太阳能电池板对铅酸蓄电池和锂离子电池进行了充电实验;用LED作为负载对铅酸蓄电池和锂离子电池进行了放电实验。3.1锂离子电池充电前后充电电流变化规律从图4可以看出,用稳压电源充电时,12V/7Ah铅酸蓄电池的充电电流呈不断下降趋势;在充电后期,充电电流下降速率随之减小并趋于平缓。12V/5Ah锂离子电池的充电电流在充电前期下降较快,说明锂离子电池充电效率较高,在充电中期,充电电流即趋于平缓,锂离子电池已经充电基本完成。如图5所示,用太阳能电池充电时,铅酸蓄电池和锂离子电池充电电流都呈相同的趋势,由于受到太阳光光强的影响,充电前期充电电流随光强增加,充电电流逐渐增大,中午时刻出现了加速上升现象,充电电流曲线呈一条丘包状曲线,用稳压电源充电时没有这种现象出现。充电电流在上午时上升较小,之后不断加大,中午到达最大值,傍晚又开始下降,傍晚时刻到达最小值。可以看出铅酸蓄电池和锂离子电池充电前期,充电电流趋势基本一致;充电后期,锂离子电池可在较短时间内完成充电工作。3.2不同储能电源放电电压如图6所示,用LED做负载放电时,12V/7Ah铅酸蓄电池放电开始电压为12V左右,在前5h内,电压保持平稳,只是在后期电压稍有下降;在往后的1h内,电压发生了较大的变化,下降了近2V,降至10V左右。同样放电条件下,12V/5Ah锂离子电池放电开始电压为13V左右,在前4.6h内,电压保持平稳,电压几乎没有下降;在往后的0.4h内,电压发生了非常明显的变化,下降了近2V,降至10V左右。在前4.6h时间里,铅酸蓄电池和锂离子电池放电性能接近,放电电压都可基本保持在12V以上,均满足负载正常工作使用要求。此外,锂离子电池电压在过了11.5V后就开始加速下降,下降趋势较铅酸蓄电池明显。可见不同储能电源设定其过放电保护电压是不同的。对于本文用锂离子电池,其在光伏发电系统中对负载的放电电压低于11.5V时应立即停止蓄电池继续放电。4锂离子电池放电特性(1)利用稳压电源充电时,锂离子电池充电效率较高,短时间内即可基本完成充电。铅酸蓄电池所需充电时间较长。(2)受光强影响,利用太阳能电池板充电时,锂离子电池由于可在较短时间内完成充电,所以更适合于在太阳能光伏系统中的应用。(3)搭配常用LED电路作为放电负载时,铅酸蓄电池和锂离子电池放电趋势基本相同;锂离子电池放电电压在低于过放电保护电压后,电压下降速度快且幅度较大,较铅酸蓄电池明显。锂离子电池在光伏系统应用中需着重根据其工作条件设定合适的过放电保护电