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[摘 要]在独立光伏电站中，不可或缺的组成部件就是蓄电池。蓄电池主要用以贮存能量，将太阳能电池所提供的电能转化为化学能并贮存起来。在整个独立光伏电站的日常运行当中，因蓄电池的故障导致系统无法正常运转的情况时有发生。基于此，笔者重点探讨了高寒地区独立光伏电站中铅酸蓄电池的设计及维护。
[关键词]高寒地区；独立光伏电站；铅酸蓄电池；设计；维护
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0154-01
一、独立光伏电站对于蓄电池的要求及影响其使用寿命的原因
蓄电池是维持独立光伏电站正常运行的重要设备之一。其作用是利用太阳电池将太阳能转换成的电能，再把电能转化成化学能储存在蓄电池中，当用户需要用电时再将蓄电池中的化学能转变成电能提供给用户。在独立光伏电站设计时，选择合适的蓄电池，对于独立光伏电站的正常运行是非常重要的。蓄电池的品种很多，但在独立光伏电站中常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。由于铅酸蓄电池价格较低，广泛应用于独立光伏电站中。镉镍蓄电池价格贵，以往所建的独立光伏电站很少选用，但镉镍蓄电池性能较铅酸蓄电池优越，镉镍蓄电池已逐渐在一些独立光伏电站被使用。
（一）独立光伏电站对蓄电池的特殊要求
独立光伏电站往往建在高寒地区，自然条件差，交通不便，人与人之间文化差异大，电站的维护管理水平也不同，同时蓄电池的充电电流、电压由太阳能提供，而太阳能是一种不连续、不稳定的能源，蓄电池的充电电流、电压随阳光的强弱而变化。根据独立光伏电站特殊的使用环境，其对于蓄电池有以下要求：第一，具备深循环的放电性能；第二，要求循环使用的寿命较长；第三，具备较强的过充电及过放电耐受性能；第四，具备免维护或者少维护性能；第五，低温条件下仍然具备较好的充电及放电性能；第六，能量效率较高；第七，性价比较高。
（二）影响蓄电池使用寿命的原因
独立光伏电站中蓄电池的能量是由太阳能资源提供的，白天由太阳能转化为电能给蓄电池充电，夜间由蓄电池给用户提供所需的电能。由于太阳能是一种不连续、不稳定的能量，因此若白天太阳能提供的能量不能满足夜间所需用电量，就会使蓄电池的容量不断下降，若蓄电池经常充电不足，在蓄电池极板上剩留的部分硫酸铅会逐渐积累成粗大的颗粒，互相凝结变硬，这时即使再充电也无法还原了，最终缩短蓄电池的使用寿命。另外过放电和过充电也会造成电池容量损失而降低使用寿命或报废。过度过充电会引发失水，最终导致电池干涸；过度过放电会引起蓄电池极板硫酸盐化。
二、独立光伏电站蓄电池设计中应注意的问题
（一）蓄电池容量的设计
蓄电池组作为独立光伏电站中使用寿命最短的部件，其使用寿命通常为3-6a，在电站运行期20a内，蓄电池需要进行2-5次更新。例如在青海省的“送电到乡”的工程中，在设计独立光伏电站的蓄电池组容量时，就充分考虑到了该地区的高海拔、高寒、温度条件及高原低气压环境等，最终选用的GFM系列的阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池容量的计算公式为：
在该公式中，Q表示日用电量，单位为kWh；D为支持天数，一般取值3-5d；为逆变器的效率，通常取值0.92；表示蓄电池的充放电效率，通常取值0.85；K为温度的修正系数，通常取值为1.2；S代表放电的深度，通常取值为60%-70%左右。利用该公式便可以计算出独立光伏电站中蓄电池组的容量。在进行独立光伏电站蓄电池组容量设计的时候，需引起注意的是，若蓄电池组的容量配置太大，则易于导致蓄电池组长期位于馈电状态中，严重威胁到蓄电池的使用寿命，同时导致投资浪费；若蓄电池组的容量配置太小，则无法满足用户对于用电量的需求。所以合适设置独立光伏电站中的蓄电池组容量尤为关键。
（二）蓄电池环境温度
蓄电池的最佳工作温度在（25士5）℃，而独立光伏电站大都建在条件艰苦的高寒地区，环境温度远低于蓄电池最佳工作温度。因此设计时，要考虑机房的蓄电池室的保温功效，这直接关系到蓄电池的正常运转及使用寿命。加之蓄电池室内是严禁吸烟、生火及明火出现，因此利用集热和保温性能较好的太阳能机房是最为适宜的。同时充电控制器必须具备温度的补偿功能，不断补偿蓄电池充电电压随温度的变化情况。我们以蓄电池位于25℃的环境中为例，当环境的温度每升高1℃，则蓄电池的单体浮充电就要降低3mV，而当蓄电池的运行温度每降低1℃的时候，则蓄电池的单体浮充电就应该升高3mV。
（三）蓄电池选型设计
大型光伏电站系统工作电压较高，蓄电池容量较大，这就要对多个蓄电池进行串并联以满足设计要求。由于蓄电池单体之间存在一定的差异，在蓄电池选型时要求单体蓄电池的一致性能良好。若在运输条件允许的情况下，尽量选用单体容量大的蓄电池，以减少蓄电池并联。
三、独立光伏电站蓄电池的运行维护
蓄电池的变化是一个渐进和积累的过程，为了确保电池的良好状态和使用寿命，应对蓄电池进行定期检查和维护。
（一）电池放电后应及时恢复充电
对于独立光伏电站，若遇连续多日阴雨大，造成电池充电不足，应停止供电或缩短供电时间，以免造成蓄电池过放电而影响使用寿命。电站维护人员应定期对蓄电池进行一次均衡充电，一般半年内至少要进行一次。对长期搁置存放未用或已安装但长时间未投运的电池（3个月以上），应补充电后方可投入运行。
（二）做好日维护和月维护
日维护主要是测量记录每天不同时间蓄电池的工作参数，记录内容主要包括日期、时间、充放电电流、充放电总电压、大气状况、环境温度等；月维护主要是测量记录每个电池单体及整个电池组工作参数，记录内容主要包括日期、时间、充放电电流、充放电总电压、单只电池电压、环境温度；检测蓄电池组电压时，应以测量电池组的端电压为准。
（三）严禁随意拆、装蓄电池
在维护或更换蓄电池时，使用的工具必须带绝缘套，严禁带手表等物操作，以防短路。
（四） 勤检查、勤保养，针对问题及时处理
要隨时仔细观察电池表面是否清洁，有无腐蚀漏液现象；电池外观是否有凹瘪或鼓胀现象；另外，每半年应至少进行一次电池单体间连接螺丝的拧紧工作，以防松动，造成接触不良，引发其他故障。不可使用酒精、汽油等擦拭电池外壳，以防破裂。若外壳污物较多，用潮湿布沾洗衣粉擦拭即可。
总之，在进行独立光伏电站中蓄电池组的选型及容量设计上，不仅仅要考虑经济成本，还应该要选取合适的蓄电池类型及配置合适容量的蓄电池组，从而满足用户负载的需求。同时要做好蓄电池的后期运行维护管理，降低蓄电池组的运行故障，确保独立光伏电站的正常运行，最终实现安全可靠的用户供电服务。
参考文献
[1] 国家发展和改革委员会，国家科学技术部.光伏、风力及互补发电村落系统[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 王德志.蓄电池原理及使用[M].北京：中国铁道出版社，1989.
[关键词]高寒地区；独立光伏电站；铅酸蓄电池；设计；维护
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0154-01
一、独立光伏电站对于蓄电池的要求及影响其使用寿命的原因
蓄电池是维持独立光伏电站正常运行的重要设备之一。其作用是利用太阳电池将太阳能转换成的电能，再把电能转化成化学能储存在蓄电池中，当用户需要用电时再将蓄电池中的化学能转变成电能提供给用户。在独立光伏电站设计时，选择合适的蓄电池，对于独立光伏电站的正常运行是非常重要的。蓄电池的品种很多，但在独立光伏电站中常用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。由于铅酸蓄电池价格较低，广泛应用于独立光伏电站中。镉镍蓄电池价格贵，以往所建的独立光伏电站很少选用，但镉镍蓄电池性能较铅酸蓄电池优越，镉镍蓄电池已逐渐在一些独立光伏电站被使用。
（一）独立光伏电站对蓄电池的特殊要求
独立光伏电站往往建在高寒地区，自然条件差，交通不便，人与人之间文化差异大，电站的维护管理水平也不同，同时蓄电池的充电电流、电压由太阳能提供，而太阳能是一种不连续、不稳定的能源，蓄电池的充电电流、电压随阳光的强弱而变化。根据独立光伏电站特殊的使用环境，其对于蓄电池有以下要求：第一，具备深循环的放电性能；第二，要求循环使用的寿命较长；第三，具备较强的过充电及过放电耐受性能；第四，具备免维护或者少维护性能；第五，低温条件下仍然具备较好的充电及放电性能；第六，能量效率较高；第七，性价比较高。
（二）影响蓄电池使用寿命的原因
独立光伏电站中蓄电池的能量是由太阳能资源提供的，白天由太阳能转化为电能给蓄电池充电，夜间由蓄电池给用户提供所需的电能。由于太阳能是一种不连续、不稳定的能量，因此若白天太阳能提供的能量不能满足夜间所需用电量，就会使蓄电池的容量不断下降，若蓄电池经常充电不足，在蓄电池极板上剩留的部分硫酸铅会逐渐积累成粗大的颗粒，互相凝结变硬，这时即使再充电也无法还原了，最终缩短蓄电池的使用寿命。另外过放电和过充电也会造成电池容量损失而降低使用寿命或报废。过度过充电会引发失水，最终导致电池干涸；过度过放电会引起蓄电池极板硫酸盐化。
二、独立光伏电站蓄电池设计中应注意的问题
（一）蓄电池容量的设计
蓄电池组作为独立光伏电站中使用寿命最短的部件，其使用寿命通常为3-6a，在电站运行期20a内，蓄电池需要进行2-5次更新。例如在青海省的“送电到乡”的工程中，在设计独立光伏电站的蓄电池组容量时，就充分考虑到了该地区的高海拔、高寒、温度条件及高原低气压环境等，最终选用的GFM系列的阀控式密封铅酸蓄电池。蓄电池容量的计算公式为：
在该公式中，Q表示日用电量，单位为kWh；D为支持天数，一般取值3-5d；为逆变器的效率，通常取值0.92；表示蓄电池的充放电效率，通常取值0.85；K为温度的修正系数，通常取值为1.2；S代表放电的深度，通常取值为60%-70%左右。利用该公式便可以计算出独立光伏电站中蓄电池组的容量。在进行独立光伏电站蓄电池组容量设计的时候，需引起注意的是，若蓄电池组的容量配置太大，则易于导致蓄电池组长期位于馈电状态中，严重威胁到蓄电池的使用寿命，同时导致投资浪费；若蓄电池组的容量配置太小，则无法满足用户对于用电量的需求。所以合适设置独立光伏电站中的蓄电池组容量尤为关键。
（二）蓄电池环境温度
蓄电池的最佳工作温度在（25士5）℃，而独立光伏电站大都建在条件艰苦的高寒地区，环境温度远低于蓄电池最佳工作温度。因此设计时，要考虑机房的蓄电池室的保温功效，这直接关系到蓄电池的正常运转及使用寿命。加之蓄电池室内是严禁吸烟、生火及明火出现，因此利用集热和保温性能较好的太阳能机房是最为适宜的。同时充电控制器必须具备温度的补偿功能，不断补偿蓄电池充电电压随温度的变化情况。我们以蓄电池位于25℃的环境中为例，当环境的温度每升高1℃，则蓄电池的单体浮充电就要降低3mV，而当蓄电池的运行温度每降低1℃的时候，则蓄电池的单体浮充电就应该升高3mV。
（三）蓄电池选型设计
大型光伏电站系统工作电压较高，蓄电池容量较大，这就要对多个蓄电池进行串并联以满足设计要求。由于蓄电池单体之间存在一定的差异，在蓄电池选型时要求单体蓄电池的一致性能良好。若在运输条件允许的情况下，尽量选用单体容量大的蓄电池，以减少蓄电池并联。
三、独立光伏电站蓄电池的运行维护
蓄电池的变化是一个渐进和积累的过程，为了确保电池的良好状态和使用寿命，应对蓄电池进行定期检查和维护。
（一）电池放电后应及时恢复充电
对于独立光伏电站，若遇连续多日阴雨大，造成电池充电不足，应停止供电或缩短供电时间，以免造成蓄电池过放电而影响使用寿命。电站维护人员应定期对蓄电池进行一次均衡充电，一般半年内至少要进行一次。对长期搁置存放未用或已安装但长时间未投运的电池（3个月以上），应补充电后方可投入运行。
（二）做好日维护和月维护
日维护主要是测量记录每天不同时间蓄电池的工作参数，记录内容主要包括日期、时间、充放电电流、充放电总电压、大气状况、环境温度等；月维护主要是测量记录每个电池单体及整个电池组工作参数，记录内容主要包括日期、时间、充放电电流、充放电总电压、单只电池电压、环境温度；检测蓄电池组电压时，应以测量电池组的端电压为准。
（三）严禁随意拆、装蓄电池
在维护或更换蓄电池时，使用的工具必须带绝缘套，严禁带手表等物操作，以防短路。
（四） 勤检查、勤保养，针对问题及时处理
要隨时仔细观察电池表面是否清洁，有无腐蚀漏液现象；电池外观是否有凹瘪或鼓胀现象；另外，每半年应至少进行一次电池单体间连接螺丝的拧紧工作，以防松动，造成接触不良，引发其他故障。不可使用酒精、汽油等擦拭电池外壳，以防破裂。若外壳污物较多，用潮湿布沾洗衣粉擦拭即可。
总之，在进行独立光伏电站中蓄电池组的选型及容量设计上，不仅仅要考虑经济成本，还应该要选取合适的蓄电池类型及配置合适容量的蓄电池组，从而满足用户负载的需求。同时要做好蓄电池的后期运行维护管理，降低蓄电池组的运行故障，确保独立光伏电站的正常运行，最终实现安全可靠的用户供电服务。
参考文献
[1] 国家发展和改革委员会，国家科学技术部.光伏、风力及互补发电村落系统[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 王德志.蓄电池原理及使用[M].北京：中国铁道出版社，1989.