第5章 光伏系統(tǒng)其他部件及檢測技術(shù)

2023/3/81太陽能應(yīng)用檢測與控制技術(shù)2第5章

光伏系統(tǒng)其他部件及檢測技術(shù)光伏發(fā)電系統(tǒng)儲能裝置5.1光伏控制器5.3鉛酸蓄電池特性及測試方法5.235.1光伏發(fā)電系統(tǒng)儲能裝置5.1.1鉛酸蓄電池簡介1．常用的鉛酸蓄電池分類（1）普通蓄電池普通蓄電池的極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。（2）免維護(hù)蓄電池免維護(hù)蓄電池采用鉛鈣合金柵架，充電時(shí)產(chǎn)生的水分解量少，液體氣化速度減小，水分蒸發(fā)量低，在充電時(shí)正極板上產(chǎn)生的氧氣，通過再化合反應(yīng)在負(fù)極上還原成水，使用時(shí)在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護(hù)。45.1.1鉛酸蓄電池簡介2．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)①殼體。②極板。③隔板。④電解質(zhì)。⑤跨橋。⑥安全閥。⑦接線端子。55.1.1鉛酸蓄電池簡介3．鉛酸蓄電池的工作原理圖5-1鉛酸蓄電池工作原理示意圖65.1.2免維護(hù)鉛酸蓄電池1．免維護(hù)鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)圖5-2免維護(hù)鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)75.1.2免維護(hù)鉛酸蓄電池2．免維護(hù)鉛酸蓄電池的工作原理（1）VRLA蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理（2）VRLA蓄電池的氧循環(huán)原理85.1.3膠體蓄電池1．膠體蓄電池的特點(diǎn)①蓄電池使用時(shí)，酸霧逸出明顯減少，有利于環(huán)境保護(hù)；無內(nèi)部短路，在同等體積下，電解液容量大于其他免維護(hù)電池20%；熱容量大，散熱能力強(qiáng)，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象。②膠體電解液對板柵的腐蝕力明顯減少，酸濃度低，同時(shí)失水率降低，有利于延長蓄電池的使用壽命。③常溫時(shí)候電池自身的內(nèi)阻不會比VRLA蓄電池低，所以其他條件不變時(shí)它的容量要低于VRLA蓄電池。④電池充電時(shí)溫升較少，適應(yīng)快速充電；同時(shí)低溫放電容量明顯提高。⑤自放電率比常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)提高一倍以上，靜置的時(shí)候可以1年以上不用補(bǔ)充電。⑥電池為膠狀固體，電解質(zhì)濃度均勻，不存在酸分層現(xiàn)象，硫酸凝膠體均勻地固化分布，電池可豎直或水平任意放置。95.1.3膠體蓄電池2．膠體蓄電池的工作原理

電池充電時(shí)，正極析出氧氣，負(fù)極析出氫氣。析出的氧氣到達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極起下述反應(yīng)，達(dá)到陰極吸收的目的：2Pb+O2

=

2PbO 2PbO+2H2SO4

=

2PbSO4+2H2O在正極充電量達(dá)到70%時(shí)析氧就開始了，負(fù)極則要在充電到90%時(shí)開始析氫。再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。105.1.4鎳鎘電池1．鎳鎘電池結(jié)構(gòu)圖5-3鎳鎘電池結(jié)構(gòu)115.1.4鎳鎘電池2．鎳鎘電池的工作原理放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)：Cd+2OH?→Cd(OH)2+2e?正極反應(yīng)：2e?+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH?總反應(yīng)：Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2充電時(shí)正極反應(yīng)：Ni(OH)2+2OH?→2e?+NiO2+2H2O負(fù)極反應(yīng)：Cd(OH)2+2e?→Cd+2OH?總反應(yīng)：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O125.1.4鎳鎘電池3．鎳鎘電池的特點(diǎn)①鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電。②內(nèi)阻小，可供大電流的放電，當(dāng)它放電時(shí)電壓的變化很小，作為直流電源是一種質(zhì)量極佳的電池。③采用完全密封式，不會有電解液漏出的現(xiàn)象，不需要補(bǔ)充電解液。④與其他種類電池相比，鎳鎘電池可耐過充電或過放電。⑤長時(shí)間的放置下也不會使性能劣化，當(dāng)完全充滿電后即可恢復(fù)原來的特性。⑥可在很寬的溫度范圍內(nèi)使用。135.1.5鎳氫電池1．鎳氫電池結(jié)構(gòu)圖5-4鎳氫電池結(jié)構(gòu)145.1.5鎳氫電池2．鎳氫電池工作原理充電時(shí)正極反應(yīng)：Ni(OH)2+OH?→NiOOH+H2O+e?負(fù)極反應(yīng)：M+H2O+e?→MH+OH?總反應(yīng)：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH放電時(shí)正極反應(yīng)：NiOOH+H2O+e?→Ni(OH)2+OH?負(fù)極反應(yīng)：MH+OH?→M+H2O+e?總反應(yīng)：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2155.1.5鎳氫電池3．鎳氫電池的特性（1）充電特性

（2）放電特性（3）循環(huán)壽命特性

（4）溫度特性（5）自放電特性165.1.6鋰離子電池1．鋰離子電池材料鋰電池負(fù)極材料大體分為以下幾種。①碳負(fù)極材料：目前用于鋰離子電池負(fù)極材料的基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。②錫基負(fù)極材料：錫基負(fù)極材料可分為錫的氧化物和錫基復(fù)合氧化物兩種。氧化物是指各種價(jià)態(tài)金屬錫的氧化物。③含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料。④合金類負(fù)極材料：錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其他合金。⑤納米級負(fù)極材料：納米碳管、納米合金材料。175.1.6鋰離子電池2．鋰離子電池工作原理圖5-5鋰電池結(jié)構(gòu)185.1.7超級電容1．超級電容器材料（1）碳基材料系列

（2）金屬氧化物系列（3）導(dǎo)電聚合物系列195.1.7超級電容2．超級電容器的工作原理（1）雙電層過程（2）準(zhǔn)法拉第過程

圖5-6雙電層原理示意圖205.2鉛酸蓄電池特性及測試方法5.2.1鉛酸蓄電池技術(shù)指標(biāo)1．蓄電池的容量2．蓄電池的電壓（1）開路電壓（2）工作電壓（3）初始電壓（4）充電電壓（5）浮充電壓（6）終止電壓3．放電率（1）小時(shí)率（時(shí)間率）（2）電流率（倍率）215.2.1鉛酸蓄電池技術(shù)指標(biāo)4．功率和比功率5．蓄電池壽命6．自放電7．內(nèi)阻225.2.2鉛酸蓄電池特性1．初始充電2．浮充電3．氣體的復(fù)合4．溫度的影晌圖5-7容量恢復(fù)百分?jǐn)?shù)235.2.3鉛酸蓄電池充放電控制1．VRLA蓄電池的充電特性（1）VRLA蓄電池的充電技術(shù)（2）VRLA蓄電池的充電方式①浮充充電。②均衡充電。（3）充電操作245.2.3鉛酸蓄電池充放電控制2．VRLA蓄電池的放電特性（1）放電特性（2）放電使用（3）放電要求255.2.4鉛酸蓄電池測試方法1．測量儀器（1）量程（2）精度2．測試方法（1）氣體析出試驗(yàn)（2）大電流耐受能力試驗(yàn)（3）短路電流與內(nèi)阻水平試驗(yàn)圖5-9U

=

f（I）特性曲線圖5-8氣體收集裝置示意圖265.2.4鉛酸蓄電池測試方法2．測試方法（4）防酸霧能力試驗(yàn)（5）排氣閥動作試驗(yàn)（6）端電壓的均衡性能試驗(yàn)（7）容量性能試驗(yàn)（8）耐過充電能力試驗(yàn)（9）荷電保持性能試驗(yàn)（10）再充電性能試驗(yàn)圖5-11安全閥動作測量系統(tǒng)圖圖5-10防酸霧試驗(yàn)氣體收集裝置275.3光伏控制器5.3.1光伏控制器主要功能1．對蓄電池充電控制（1）主充、均充、浮充各階段的自動轉(zhuǎn)換（2）充電程度判斷（3）停充控制285.3.1光伏控制器主要功能2．VRLA蓄電池溫度補(bǔ)償技術(shù)（1）影響VRLA蓄電池容量的兩個(gè)重要困素①溫度。②浮充電壓。（2）蓄電池充電管理方法295.3.2光伏控制器工作原理1．蓄電池充電控制基本原理圖5-12鉛酸蓄電池充電特性曲線305.3.2光伏控制器工作原理2．蓄電池過放電保護(hù)基本原理（1）鉛酸蓄電池放電特性圖5-13鉛酸蓄電池放電特性曲線315.3.2光伏控制器工作原理2．蓄電池過放電保護(hù)基本原理（2）過放電保護(hù)原理（3）蓄電池剩余容量控制法圖5-14鉛酸蓄電池循環(huán)壽命曲線325.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1．光伏控制器分類（1）并聯(lián)型控制器（2）串聯(lián)型控制器（3）脈寬調(diào)制型控制器（4）多路控制型控制器（5）智能型控制器（6）最大功率跟蹤型控制器335.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理圖5-15光伏控制器工作原理框圖345.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（1）并聯(lián)型控制器圖5-16并聯(lián)控制器原理框圖355.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（2）串聯(lián)型控制器圖5-17串聯(lián)控制器原理框圖365.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（3）脈寬調(diào)制型控制器圖5-18PWM控制器原理框圖375.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（4）多路控制器圖5-19多路控制器原理框圖385.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（5）智能型控制器圖5-20智能控制器原理框圖395.3.3光伏控制器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)2．光伏控制器結(jié)構(gòu)及原理（6）最大功率點(diǎn)跟蹤型控制器（7）太陽能草坪燈控制電路圖5-21草坪燈控制器工作原理圖405.3.4光伏控制器測試方法1．主要技術(shù)參數(shù)（1）系統(tǒng)電壓（2）最大充電電流（3）蓄電池過充保護(hù)電壓（HVD）（4）蓄電池過放保護(hù)電壓（5）溫度補(bǔ)償（6）空載損耗（靜態(tài)電流）（7）控制器充、放電回路壓降（8）保護(hù)功能（9）耐沖擊電壓和電流能力415.3.4光伏控制