?1.光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄能技術(shù)的作用
光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄能技術(shù)是轉(zhuǎn)移高峰電力、開(kāi)發(fā)低谷用電、優(yōu)化資源配置、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。在我國(guó)，蓄能技術(shù)的推廣應(yīng)用剛剛起步，雖然推廣應(yīng)用的面很小，但效益明顯，潛力很大。蓄能技術(shù)特別適用于可再生能源的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于可再生能源的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其不能連續(xù)運(yùn)行，因此，蓄能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著非常重要的作用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄能技術(shù)的作用如下：
1）負(fù)荷調(diào)節(jié)作用。能量存儲(chǔ)裝置可在電力系統(tǒng)的負(fù)荷低谷期充電，負(fù)荷高峰期放電。
2）負(fù)荷跟蹤。超導(dǎo)蓄能系統(tǒng)、蓄電池蓄能系統(tǒng)和飛輪蓄能系統(tǒng)等通過(guò)電力電子接口，能夠快速跟蹤負(fù)荷的變化，從而減輕了大型發(fā)電機(jī)跟蹤負(fù)荷的需要。
3）系統(tǒng)穩(wěn)定。蓄能裝置輸出的有功功率和無(wú)功功率的迅速變化，可有效地對(duì)系統(tǒng)中的功率和頻率振蕩起到阻尼作用。
4）自動(dòng)發(fā)電控制。具有AGC的蓄能裝置可有效地減小區(qū)域控制誤差。
5）旋轉(zhuǎn)動(dòng)能存儲(chǔ)。具有電力電子接口的蓄能裝置可迅速地增加其電能輸出，可作為電力系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，減少常規(guī)電力系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的需要。
6）VAR控制和功率因素校正。具有電力電子接口的蓄能裝置，在快速提供有功功率的同時(shí)還可以提供迅速變化的無(wú)功功率。
7）黑啟動(dòng)能力。蓄能裝置可以為孤島運(yùn)行的光伏發(fā)電設(shè)備提供啟動(dòng)時(shí)需要的電能。
8）增加發(fā)電設(shè)備的效率以減少其維護(hù)。蓄能裝置跟蹤負(fù)荷的能力可使光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行于恒定輸出功率狀態(tài)，使其發(fā)電設(shè)備運(yùn)行于高效率的運(yùn)行點(diǎn)，從而提高了總的發(fā)電效率、發(fā)電設(shè)備的維護(hù)間隔和使用壽命。
9）延緩了系統(tǒng)對(duì)新增輸電容量的需要。在系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)配置蓄能裝置，在用電低谷期對(duì)它們充電，從而減少了輸電線路的峰值負(fù)荷容量，有效地增加了輸電線路的容量
10）延緩了系統(tǒng)對(duì)新增發(fā)電容量的需求。當(dāng)蓄能裝置削平了負(fù)荷峰值后，即減少了系統(tǒng)對(duì)調(diào)峰機(jī)組的容量的需要。
11）提高了發(fā)電設(shè)備的有效利用率。在用電高峰期，蓄能裝置輸出的電力可增加系統(tǒng)的總?cè)萘俊?br/>
2.蓄電池蓄能
由于自然資源的特性，可再生能源用于發(fā)電時(shí)其功率輸出具有明顯的間歇性和波動(dòng)性，其變化是隨機(jī)的，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性，就要對(duì)這種難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的能量變化進(jìn)行及時(shí)的控制和抑制，蓄能裝置就是用來(lái)解決這一問(wèn)題。蓄電池蓄能系統(tǒng)由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備）等部分組成。
蓄電池組是離網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的貯能裝置，由它將太陽(yáng)能電池方陣從太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，以供負(fù)載應(yīng)用。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池才能使負(fù)載正常工作。太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存蓄電池中，在負(fù)載需要供電時(shí)，蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能供應(yīng)給負(fù)載。
蓄電池的特性直接影響太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率、可靠性和價(jià)格。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿足負(fù)載用電的前提下，把白天太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電能盡量存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)預(yù)定的連續(xù)陰雨天時(shí)用電負(fù)載需要的電能。蓄電池容量受到末端負(fù)載需用電量，日照時(shí)間(發(fā)電時(shí)間)的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的負(fù)載需用電量和連續(xù)無(wú)日照時(shí)間決定，因此蓄電池的性能直接影響著太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作特性。
綜合分析各種蓄電池的特性，由于鉛酸蓄電池具有良好的性價(jià)比，而且能量密度也能達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，因此在這些蓄電池之中，性價(jià)比很高的鉛酸蓄電池最適合應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，鉛酸蓄電池歷史最悠久，應(yīng)用依然十分廣泛，鉛酸蓄電池于1859年由普蘭特（Plante）發(fā)明，至今已有150多年歷史。一百多年來(lái)，鉛酸蓄電池的工藝、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)、性能和應(yīng)用都在不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給古老的鉛酸蓄電池帶來(lái)蓬勃的生機(jī)。
鉛酸蓄電池在近代有了重大改革，性能有了極大飛躍。主要標(biāo)志是20世紀(jì)70年代研發(fā)的閥控密封式鉛酸（Valve-Regulated Lead Acid Battery VRLA）蓄電池。美國(guó)Gates Energy Products Inc首創(chuàng)超細(xì)玻璃纖維吸液式全密封技術(shù)，從而發(fā)展了鉛酸蓄電池。近十來(lái)年中，又進(jìn)一步提高雙極性VRLA蓄電池和水平式電極VRLA蓄電池性能。在雙極性VRLA蓄電池中引入強(qiáng)力薄板兩側(cè)為正負(fù)活性物質(zhì)的雙極性電極，使內(nèi)阻大大降低，從而大大提高比能量和充電速度，這種VRLA蓄電池能量高、成本低、壽命長(zhǎng)（十年）、容量大（是普通鉛酸蓄電池的二倍）、不漏液、安全、不污染、可回收、免維護(hù)、使用方便。對(duì)于新發(fā)展的雙極性和水平式VRLA蓄電池，C/3放電比能量≥50Wh/kg，顯示了優(yōu)良的性能。
3.膠體鉛酸蓄電池
膠體鉛酸蓄電池簡(jiǎn)單的說(shuō)就是使用膠體電解液的蓄電池。膠體鉛酸蓄電池屬于鉛酸蓄電池的一種，其最簡(jiǎn)單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電解液變?yōu)槟z態(tài)。膠體鉛酸蓄電池與普通鉛酸蓄電池的區(qū)別不僅在于電液改為膠凝狀，進(jìn)一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。例如采用非凝固態(tài)的水性膠體鉛酸蓄電池，從電化學(xué)分類和特性看同屬膠體鉛酸蓄電池。又如在板柵中使用高分子材料，俗稱陶瓷板柵，是膠體鉛酸蓄電池的特點(diǎn)。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率。
膠體鉛酸蓄電池為密封結(jié)構(gòu)、電解液凝膠、無(wú)滲漏、充放電無(wú)酸霧、無(wú)污染，是國(guó)家大力推廣應(yīng)用的環(huán)保產(chǎn)品。膠體鉛酸蓄電池最重要的特點(diǎn)為：放電曲線平直，拐點(diǎn)高，比能量特別是比功率要比普通鉛酸蓄電池大20%以上，壽命一般也比普通鉛酸蓄電池長(zhǎng)一倍左右，充電接收能力強(qiáng)；自放電小，耐存放；過(guò)放電恢復(fù)性能好，大電流放電容量比普通鉛酸蓄電池增加30%以上；低溫性能好，高溫特性穩(wěn)定，滿足65℃甚至更高溫環(huán)境使用要求；循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)到800～1500充放電次，單位容量工業(yè)成本低于普通鉛酸蓄電池，經(jīng)濟(jì)效益高。
膠體的質(zhì)量和灌裝工藝對(duì)膠體鉛酸蓄電池的質(zhì)量有重要的影響，而膠體鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)、制造工藝和應(yīng)用條件（尤其是充放電工藝）都制約著膠體鉛酸蓄電池的性能。膠體的特性必須和蓄電池的結(jié)構(gòu)及使用條件相互適用。密封蓄電池的結(jié)構(gòu)和使用條件有利于膠體的穩(wěn)定，膠體的特性使密封蓄電池的性能更加完美?，F(xiàn)代優(yōu)良的膠體鉛酸蓄電池都是閥控式密封鉛酸蓄電池（Valve-Regulated Lead Acid Battery，VRLA），而用普通鉛酸蓄電池半成品不經(jīng)改動(dòng)制成的膠體鉛酸蓄電池也是頗有爭(zhēng)議的問(wèn)題。
膠體灌裝、凝膠穩(wěn)定性和確保蓄電池容量是膠體鉛酸蓄電池的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。德國(guó)陽(yáng)光公司生產(chǎn)的膠體鉛酸蓄電池的膠體粘度很低，用常壓自然法灌裝膠體鉛酸蓄電池。即使大型膠體鉛酸蓄電池也像灌注稀硫酸一樣灌滿膠體鉛酸蓄電池。膠體在蓄電池中充分凝膠，在極群內(nèi)外上下都呈均勻的糊狀凝膠，在膠體鉛酸蓄電池整個(gè)壽命期間，完全沒(méi)有液化現(xiàn)象，這是我國(guó)生產(chǎn)的膠體鉛酸蓄電池很難做到的。陽(yáng)光公司的技術(shù)是世界最先進(jìn)的，其Dryfit系列膠體鉛酸蓄電池安全可靠，壽命長(zhǎng)，是世界上最優(yōu)良的膠體鉛酸蓄電池。但是，陽(yáng)光公司生產(chǎn)的膠體鉛酸蓄電池的比能量和大電流放電不及AGM-VRLA蓄電池（即采用超細(xì)玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛酸蓄電池）。另外，陽(yáng)光公司的極板化成工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，有的品種膠體鉛酸蓄電池需經(jīng)10次充放電循環(huán)才出廠，降低了生產(chǎn)效率，增大了產(chǎn)品成本，不利于大規(guī)模的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
閥控式密封鉛酸蓄電池通過(guò)兩種方式來(lái)固定電解液，一種為通過(guò)AGM來(lái)固定電解液。另外一種為膠體結(jié)構(gòu)，即通過(guò)膠體來(lái)固定電解液。但是美國(guó)的C&D技術(shù)公司將兩種方式結(jié)合起來(lái)固定電解液，稱為復(fù)合技術(shù)。在膠體鉛酸蓄電池的定義中，只提到電解液為凝膠狀(比較直觀的認(rèn)識(shí)為果凍狀)，沒(méi)有對(duì)隔板的使用做出規(guī)定，所以只要使用凝膠來(lái)固定電解液的蓄電池就可稱為膠體鉛酸蓄電池。
不管使用液態(tài)二氧化硅和氣相二氧化硅，其成膠的原理是相同的，它們之間存在粒徑和純度的差異，所以加入蓄電池后，對(duì)蓄電池的性能有比較大的影響。凝膠的強(qiáng)度與二氧化硅的含量和酸的含量成正比，強(qiáng)度越大，其水化和破裂的可能性越小。
蓄電池的內(nèi)阻與膠體中的二氧化硅的含量成正比，所以膠體鉛酸蓄電池的高倍率性能(3C以上)比相同的結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池差，但額定容量比相同結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池大5～10%。使用PVC-SiO2或者酚醛樹酯等專用隔板的膠體鉛酸蓄電池，由于二氧化硅的含量的關(guān)系，使其額定容量比AGM-VRLA蓄電池小一些。如使用PVC或PE做隔板，二氧化硅的含量要相當(dāng)高才能形成穩(wěn)定的膠體。用復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)的膠體鉛酸蓄電池，其浮充壽命為相同結(jié)構(gòu)的AGM-VRLA蓄電池的1.5～2倍，循環(huán)能力可以提高20%。
國(guó)際上的生產(chǎn)鉛酸蓄電池的大公司幾乎都生產(chǎn)膠體鉛酸蓄電池，如：德國(guó)的陽(yáng)光、哈根，美國(guó)的DEKA，Trojan，Exide，SEC等，但日本的YUASA不生產(chǎn)膠體鉛酸蓄電池，但其UXL系列蓄電池中有膠體成分，其主要作用是為了減輕電解液的分層現(xiàn)象。在應(yīng)用方面主要在太陽(yáng)能、動(dòng)力蓄電池等方面，其市場(chǎng)比較大，價(jià)格比AGM-VRLA蓄電池高20%左右。
