光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)作業(yè)

曲達(dá)2雀嗽竟我將孝吃

NanjingInstituteOfIndustryTechnology

光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)

作業(yè)文件

班級(jí)：電氣0951

姓名：馮晨晨

學(xué)號(hào)：0904043543

指導(dǎo)老師：李金鐘、劉穎、朱旭平

時(shí)間：10.24—11.25

目錄

第一章光伏發(fā)電行業(yè)調(diào)研報(bào)告....................................................2-

一、光伏發(fā)電是最有前途的可再生能源----------------------------------------2-

二、光伏行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀--------------------------------------------------------3-

三、光伏行業(yè)前景------------------------------------------------------------4-

四、中國(guó)十大光伏行業(yè)---------------------------------------------------------5-

第二章光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介........................................................5-

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)概念---------------------------------------------------------5-

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理-------------------------------------------------6-

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)-------------------------------------------------6-

四、光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理框圖-------------------------------------------------7-

五、光伏系統(tǒng)的前景----------------------------------------------------------8-

第三章康尼光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡(jiǎn)介..................................................9-

康尼KNT-SV01光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介----------------------------------------------9-

第四章光伏電池基本知識(shí).......................................................20-

一、光伏電池介紹-----------------------------------------------------------20-

二、太陽能光伏電池的分類--------------------------------------------------20-

三、光伏電池工作原理------------------------------------------------------21-

四、應(yīng)用領(lǐng)域---------------------------------------------------------------23-

第五章鉛蓄電池...............................................................23-

一、鉛酸蓄電池電極反應(yīng)式為------------------------------------------------24-

二、鉛酸蓄電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀----------------------------------------------24-

三、鉛酸蓄電池分類---------------------------------------------------------25-

1、主要特性----------------------------------------------------------------27-

2、產(chǎn)品應(yīng)用----------------------------------------------------------------27-

3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)----------------------------------------------------------------28-

4、環(huán)境和使用條件---------------------------------------------------------29-

5、鉛酸蓄電池注意事項(xiàng)-----------------------------------------------------31-

第六章光伏逆變器.............................................................33-

一、光伏逆變器簡(jiǎn)介---------------------------------------------------------33-

二、光伏逆變器的分類------------------------------------------------------33-

三、光伏逆變器行業(yè)情況----------------------------------------------------35-

四、光伏逆變器的結(jié)構(gòu)與工作原理-------------------------------------------35-

五、光伏逆變器的功能------------------------------------------------------36-

六、光伏逆變器的應(yīng)用------------------------------------------------------37-

第七章光伏發(fā)電系統(tǒng)的PLC控制程序簡(jiǎn)介.........................................38-

第一章光伏發(fā)電行業(yè)調(diào)研報(bào)告

一、光伏發(fā)電是最有前途的可再生能源

與石油、天燃?xì)?、煤炭、核電等能源形式相比，光伏發(fā)電除了清潔之外就是

資源取之不盡，用之不竭。與風(fēng)電、水電、生物質(zhì)能等可再生能源相比，光伏發(fā)

電最大的優(yōu)點(diǎn)是可開采資源無限，而水電、風(fēng)電的可開發(fā)數(shù)量都是有限的，據(jù)測(cè)

算，全球太陽能可開采資源高達(dá)6000億千瓦。

我國(guó)與世界主要能源可使用年限情況（年）

我國(guó)與全球主要可再生能源可開采量

二'光伏行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀

1、國(guó)際需求量持續(xù)增長(zhǎng)

在2001年—2008年期間，全球光伏發(fā)電新增容量持續(xù)快速增長(zhǎng)，年均增

速達(dá)50.2%,2008年全球新增光伏發(fā)電容量為5.95GW,同比增長(zhǎng)110%左右。

在1996年—2008年期間，全球光伏電池產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，年均增速達(dá)43.6%,

2008年全球光伏電池產(chǎn)量為6.85GW,同比增長(zhǎng)71%左右。這期間，全球光伏發(fā)電

累計(jì)裝機(jī)容量也在持續(xù)增長(zhǎng)，年均增速達(dá)31.25%,截止到2008年末，全球累計(jì)

光伏發(fā)電容量為18.3GW,占全球發(fā)電裝機(jī)容量（約60億千瓦）的建不到。到2007

年底，全世界光伏總安裝量大約12.3GW,其中并網(wǎng)光伏9.84W,占80%左右，是光

伏發(fā)電的主流應(yīng)用領(lǐng)域。除此之外，光伏發(fā)電還用于偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、通信和工業(yè)以及

一些日用光伏產(chǎn)品等。

發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前美國(guó)、歐洲和日本制訂的光中長(zhǎng)期光

伏發(fā)展目標(biāo)如表2所示。按照這一計(jì)劃，到2010年全球光伏裝機(jī)容量將達(dá)到28GW,

是2008年累計(jì)裝機(jī)18.25GW的1.53倍，相當(dāng)于需年增4.87GW；2020年將達(dá)到200GW,

是2008年的10.95倍，相當(dāng)于在這個(gè)1年里需年增17.2GW；2030年將達(dá)到1850GW,

是2008年的99.72倍，市場(chǎng)狀況6

相當(dāng)于在這個(gè)10年里需年增16.5GW。隨著技術(shù)的進(jìn)步，或許未來的實(shí)際

進(jìn)程將超出這一規(guī)劃。

主要國(guó)家光伏發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃累計(jì)裝機(jī)容量

年份日本歐洲美國(guó)中國(guó)其它世界

20081.97--0.14-18.25

201081050.254.7528

20203041361.689.8198.4

20302052002005011951850

2、近期發(fā)展主要依賴政府支持

德國(guó)、日本、美國(guó)、西班牙等目前光伏發(fā)展較好的國(guó)家，對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展主

要采取了初始安裝補(bǔ)貼、上網(wǎng)電價(jià)和電力回購等三方面的政策，當(dāng)然此外還包括

一些稅收、融資、優(yōu)先上網(wǎng)等方面的政策。除此外，希臘、澳大利亞、法國(guó)、意

大利等國(guó)家也推出了相關(guān)的政策。如希臘：調(diào)整光伏強(qiáng)制上網(wǎng)電價(jià)，09年新執(zhí)行

的上網(wǎng)電價(jià)將維持兩年不變，對(duì)于2010年8月份之前簽訂協(xié)議接入電網(wǎng)的業(yè)主，

可延遲18個(gè)月完成安裝；對(duì)于投資高于10萬歐元的光伏項(xiàng)目仍將享受40%的補(bǔ)助;

2009年還將推出專門針對(duì)屋頂?shù)墓夥С钟?jì)劃，目標(biāo)是再增加750MW需求；將出

臺(tái)新的10MW以上的光伏系統(tǒng)招標(biāo)程序。澳大利亞：2009年3月1日啟動(dòng)第一階段的

針對(duì)住宅和商業(yè)樓宇的可再生能源電力強(qiáng)制購電法案，該計(jì)劃規(guī)定全部可再生能

源電力均將享受高額電價(jià)，而不是扣除發(fā)電者消費(fèi)量后的部分，電價(jià)為50.05澳

分/千瓦時(shí)，相當(dāng)于正常供電成本的3.88倍。2009年7月1日啟動(dòng)第二階段的強(qiáng)制

購電法案，主要針對(duì)太陽能和風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目。

在2008年的金融危機(jī)中，盡管各國(guó)光伏市場(chǎng)需求受到不利影響，但各國(guó)政

府支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決心并沒有改變，在此期間仍有多個(gè)國(guó)家推出了扶持光伏

產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策。中國(guó)目前還只推出了初始投資補(bǔ)貼政策，后述其他政策尤

其是上網(wǎng)電價(jià)法政策值得期待。

3、國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)情況

2008年中國(guó)新增光伏容量40MW,累計(jì)裝機(jī)140MW,分別占世界的0.67%、

0.76%o我國(guó)太陽能多晶硅產(chǎn)量為4500噸左右，硅錠產(chǎn)量為1.33萬噸左右，電

池片產(chǎn)量為2000MW左右，光伏組件產(chǎn)量為2000MW左右，占全球產(chǎn)量的

29.45%,光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值為1500億元，行業(yè)從業(yè)人數(shù)為12萬人，從業(yè)企業(yè)達(dá)500

多家。由于政策的缺位，2008年以前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)基本處于自生自滅的狀態(tài)，

形成了目前這種生產(chǎn)大國(guó)、消費(fèi)小國(guó)、企業(yè)產(chǎn)品以出口導(dǎo)向?yàn)橹鞯母窬?。從過去

幾年的情況來看，我國(guó)每年新增光伏發(fā)電容量基本在20MW以內(nèi)，與同一期間

逢勃發(fā)展的風(fēng)電相比，基本處于停滯不前的狀態(tài)。不過2007年和2008年連續(xù)2

年新增容量翻倍，可以說出現(xiàn)了可喜的變化。2009年3與26日，財(cái)政部推行《太

陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，為光電建筑示范工程（必須大

于50kW,即需要至少400平方米的安裝面積）提供20元/瓦的財(cái)政補(bǔ)貼。據(jù)中

金估計(jì)09年財(cái)政補(bǔ)貼很難超過20億元，新增需求不超過100MW,相當(dāng)于中國(guó)

08年需求的3倍，但對(duì)于中國(guó)08年底光伏總產(chǎn)能2,500MW和全球08年總需求

5,800MW而言影響有限。但是，由此看到了中國(guó)政府堅(jiān)定支持光伏行業(yè)的態(tài)度，

相信在順利走過“示范工程”階段之后，中國(guó)政府的補(bǔ)貼范圍和補(bǔ)貼金額會(huì)有實(shí)質(zhì)

性的擴(kuò)大，中國(guó)光伏應(yīng)用市場(chǎng)的大門必將開啟。

2008年我國(guó)光伏應(yīng)用主要分布在農(nóng)村電氣化、通信和工業(yè)、并網(wǎng)發(fā)電和光

伏產(chǎn)品等幾個(gè)領(lǐng)域，這幾個(gè)領(lǐng)域分別占2.5%、13.9%、57.8%和25.7%。與發(fā)達(dá)

國(guó)家并網(wǎng)發(fā)電占近80%相比，我國(guó)光伏發(fā)電應(yīng)用相對(duì)來說還比較分散，處于初級(jí)

階段。

三、光伏行業(yè)前景

1、全球光伏趨向多元化

從過去幾年的情況來看，傳統(tǒng)市場(chǎng)德國(guó)依然保持增長(zhǎng)，但增速放緩；日本近

幾年基本停滯；后起之秀西班牙和美國(guó)發(fā)展迅速，尤其是西班牙市場(chǎng)2008年一

舉超越德國(guó)，成為全球最大的市場(chǎng)，全球光伏市場(chǎng)需求趨于多元化。

電池生產(chǎn)呈現(xiàn)出由美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家向中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，美國(guó)

和日本電池產(chǎn)量占比呈下降趨勢(shì)，歐洲基本穩(wěn)定，中國(guó)占比大幅上升。到2008

年，中國(guó)電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的29%,成為全球第一大生產(chǎn)基地。

2、看好光伏行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展

光伏發(fā)電行業(yè)短期雖難以避免金融危機(jī)的影響，但長(zhǎng)期來看仍保持快速發(fā)展

的趨勢(shì)。

一方面歐美傳統(tǒng)市場(chǎng)將隨著數(shù)量型放松政策和剝離銀行不良資產(chǎn)政策而逐

步走出低谷。我們注意到09年2月美國(guó)新屋銷售量環(huán)比上漲4.7除超過市場(chǎng)預(yù)

期，房地產(chǎn)市場(chǎng)的走好加強(qiáng)了市場(chǎng)對(duì)信貸恢復(fù)以及光伏復(fù)蘇的信心；另一方面政

府長(zhǎng)期扶持光伏的態(tài)度不會(huì)動(dòng)搖，08年10月份，歐盟、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等都

已經(jīng)紛紛表態(tài)，金融危機(jī)后要大力發(fā)展新能源，要進(jìn)一步加大對(duì)新能源的投資與

扶持力度，把新能源作為啟動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要引擎。美國(guó)當(dāng)選總統(tǒng)奧巴馬更是在

當(dāng)選后提出以新能源發(fā)展為主的能源新政策——〃新阿波羅計(jì)劃〃，計(jì)劃在十年內(nèi)

投入5000億美元，把新能源在美國(guó)電力中的比重從不足10%提升到25%。政府

支持光伏的動(dòng)力不僅在于部分替代傳統(tǒng)能源，還在于1）防止全球變暖；2）促

進(jìn)就業(yè)以及；3）維系能源獨(dú)立和能源安全。油價(jià)的漲跌不會(huì)對(duì)政策走向產(chǎn)生短

期的影響。

3、中國(guó)光伏行業(yè)的前景

2009年中國(guó)首個(gè)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目動(dòng)工，標(biāo)志著中國(guó)長(zhǎng)期發(fā)展滯緩的光伏

發(fā)電市場(chǎng)開始啟動(dòng)，同時(shí)中國(guó)正式躋身世界十大光伏市場(chǎng)之列

由于國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電應(yīng)用匱乏，90%以上的光伏組件都出口國(guó)外。從2009年

開始，國(guó)家相繼出臺(tái)了“金太陽''示范工程、“屋頂工程”等一系列支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)

展的政策希望借此帶動(dòng)了我國(guó)光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)

（EPIA）也非?？春弥袊?guó)光伏發(fā)電的應(yīng)用市場(chǎng)，它在近日發(fā)布的《2014年全球

光伏市場(chǎng)展望》中指出，12吉瓦的超大輸電線路工程為中國(guó)的光伏發(fā)電并網(wǎng)提

供了極大便利，中國(guó)具備快速成長(zhǎng)為亞洲乃至世界主要市場(chǎng)的實(shí)力，并預(yù)測(cè)今年

中國(guó)的裝機(jī)規(guī)模可突破600兆瓦。到2014年，這個(gè)數(shù)字有望達(dá)到2.5吉瓦。在

今后的十年中，中國(guó)光伏發(fā)電的市場(chǎng)還將由獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包

括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

四、中國(guó)十大光伏行業(yè)

尚德電力控股有限公司

常州天合光能有限公司

晶澳太陽能控股有限公司

保利協(xié)鑫能源控股有限公司

阿特斯陽光電力集團(tuán)

韓華新能源有限公司

英利綠色能源控股有限公司

江西賽維LDK太陽能高科技有限公司

杜邦光伏

南德意志集團(tuán)

第二章光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)概念

太陽能可謂取之不盡，用之不竭。本太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用為白天將太陽能通過光

伏電池板轉(zhuǎn)換成電能，后存儲(chǔ)與蓄電池中，在夜間需要時(shí)取用。系統(tǒng)由太陽能電

池板、充放電控制器、蓄電池、用電設(shè)備4個(gè)部分組成。

二'光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理

白天，在光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的

電動(dòng)勢(shì)，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣,

使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過

充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換

而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器

提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換

成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用

進(jìn)行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控

制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)

有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)

載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。

太陽能f電能一化學(xué)能一電能f光能光伏系統(tǒng)

是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器,

逆變器，交流配電柜、自動(dòng)太陽能跟蹤系

三'光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

1、太陽能電池方陣

在有光照（無論是太陽光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照）情況下，電池吸收

光能，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即產(chǎn)生〃光生電壓”，這就是〃光生伏特效

應(yīng)在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，將光能轉(zhuǎn)換成

電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，

多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

2、蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太

陽能電池發(fā)電對(duì)所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長(zhǎng)；c.

深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.工作溫度范圍寬；g.價(jià)格

低廉。目前我國(guó)與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘銀蓄

電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封式免維護(hù)鉛酸

蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為2VDC；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般

選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為12VDCo

3、充放電控制器

是能自動(dòng)防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)

及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過

放電的充放電控制器是必不可少的設(shè)備。

4、逆變器

是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而

負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行

逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為

獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出

波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但諧波

分量大，一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，

但可以適用于各種負(fù)載。

逆變器保護(hù)功能：a、過載保護(hù)；b、短路保護(hù)；c、接反保護(hù)；d、欠壓保護(hù)；e、

過壓保護(hù)；f、過熱保護(hù)。

5、交流配電柜

其在電站系統(tǒng)的主要作用是對(duì)備用逆變器的切換功能，保證系統(tǒng)的正常供

電，同時(shí)還有對(duì)線路電能的計(jì)量。

四'光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理框圖

圖18）為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

五、光伏系統(tǒng)的前景

目前，中國(guó)光伏設(shè)備企業(yè)從硅材料生產(chǎn)、硅片加工到太陽能電池芯片的生產(chǎn)

以及相應(yīng)的純水制備、環(huán)保處理、凈化工程的建設(shè)，已經(jīng)初步具備成套供應(yīng)能力,

部分產(chǎn)品如擴(kuò)散爐、等離子刻蝕機(jī)、單晶爐、多晶鑄錠爐等開始少量出口，可提

供10種太陽能電池大生產(chǎn)線設(shè)備中的8種，其中有6種（擴(kuò)散爐、等離子刻蝕

機(jī)、清洗/制絨機(jī)、石英管清洗機(jī)、低溫烘干爐）已在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線上占據(jù)主導(dǎo)地

位，2種（管式PECVD、快速燒結(jié)爐）與進(jìn)口設(shè)備并存但份額正逐步增大。此外,

全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)、自動(dòng)分揀機(jī)、平板式PECVD則完全依賴進(jìn)口。組件生產(chǎn)用的

層壓機(jī)、太陽能模擬器等在行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。硅材料加工設(shè)備中單晶爐以優(yōu)良

的性價(jià)比占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的絕對(duì)統(tǒng)治地位并批量出口亞洲，多線切割機(jī)已取得突

破，多晶硅鑄錠爐已經(jīng)開始大量在國(guó)內(nèi)企業(yè)中使用。

根據(jù)業(yè)內(nèi)前十名的發(fā)展規(guī)劃，至2010年，中國(guó)將再增加3000MW以上的生產(chǎn)

能力。即使采用目前成熟的國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備混合搭配的國(guó)內(nèi)主流配置方案，

也至少為設(shè)備廠家提供了36億元的市場(chǎng)。若以全進(jìn)口設(shè)備計(jì)算，則需設(shè)備投資

84億元。這一切為光伏設(shè)備企業(yè)的發(fā)展提供了極好的發(fā)展機(jī)遇。提升國(guó)產(chǎn)設(shè)備

的技術(shù)水平，強(qiáng)化已有產(chǎn)品的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，供更快捷更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)，加快研

發(fā)國(guó)產(chǎn)空白產(chǎn)品，盡早提供國(guó)產(chǎn)裝備的整套解決方案是國(guó)內(nèi)太陽能裝備廠家的努

力方向。進(jìn)入2009年，在國(guó)內(nèi)一些具有自主創(chuàng)新能力和較強(qiáng)的科研實(shí)力的公司

（如河北某光伏發(fā)電設(shè)備有限公司就擁有：“太陽能跟蹤系統(tǒng)”，“聚焦發(fā)電”

等多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利的光伏發(fā)電技術(shù)）的有力推動(dòng)下，光伏發(fā)電技術(shù)有了較快革

新和發(fā)展；再加上二。。九年七月十六日國(guó)家三部委財(cái)政部、科技部、國(guó)家能源

局聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施金太陽示范工程的通知》，決定綜合采取財(cái)政補(bǔ)助、科

技支持和市場(chǎng)拉動(dòng)方式，加快國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展，并計(jì)劃在2

一3年內(nèi)，采取財(cái)政補(bǔ)助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項(xiàng)目；各種利

好都給中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)注入了強(qiáng)勁的生命活力！希望在不遠(yuǎn)的將來，我國(guó)的光

伏發(fā)電整體競(jìng)爭(zhēng)力能夠達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，光伏發(fā)電電力供應(yīng)量在國(guó)內(nèi)總電力供

應(yīng)中的占比能夠達(dá)到更高水平，從而更加有力的推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源結(jié)

構(gòu)優(yōu)化!

第三章康尼光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

康尼KNT-SV01光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

KNT-SPV01光伏發(fā)電實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由光源模擬跟蹤裝置、光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)、能

量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)、離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成，如圖所示：

(a)(b)(c)(d)(e)

(a)光源模擬跟蹤裝置(b)光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)(c)能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)

系統(tǒng)(d)離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)(e)監(jiān)控系統(tǒng)

1、光源模擬跟蹤裝置和光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)

1.光源模擬跟蹤裝置

光源模擬跟蹤裝置由4塊太陽能電池板組件、3盞300W投射燈、追日跟蹤

傳感器、X和Y方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流電動(dòng)機(jī)和支架組成。

2.光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)

光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)由母線單元(SPV01-GE01)、電源組件

(SPV01-P002)、GE可編程序控制器(IC200UDR040)、按鈕單元(SPV01-BU03)、

繼電器、12V開關(guān)電源(DR-120-12)和端子排等低壓電器等組成。

3.追日系統(tǒng)

光源模擬跟蹤裝置和光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)組成追日系統(tǒng)，控制燈光來模擬

太陽光源(晨日太陽、午日太陽、夕日太陽)的運(yùn)行軌跡以及太陽光的入射角度,

太陽能電池板上的模擬追日跟蹤傳感器采集模擬太陽光照度信息及位置信息，控

制X和Y方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使太陽能電池板始終正對(duì)著模擬太陽光源，以提高太陽

能電池的發(fā)電效率。光源模擬跟蹤裝置和光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2

所示。

(a)(b)

圖2光源模擬跟蹤裝置和光源模擬跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

PLC主電路接線圖

主電路安裝接線圖

2、能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)

能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)主要由母線單元(SPV01-GE01)>光伏輸入直流單元

(SPV01-DC05),斷路器、蓄電池直流單元(SPV01-DC09)、匯流箱

(SPV01-C006)、電源組件(SPV01-P002)、可調(diào)電阻、直流電壓采集模塊

(KNWS-DV-01)、直流電流采集模塊(KNWS-DI-03)、溫度采集模塊

(KNWS-TEMP-14)、MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊(KNWS-MOS-09)、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊

(KNWS-RELAY-10)>通信模塊(KNWS-C0M-12)、LCD人機(jī)對(duì)話模塊

(NWS-DIALOGUE-16)>CPU模塊(KNWS-CPU-17)、控制主電路單元

(KNWS-SMIN-24)、直流負(fù)載、蓄電池組、直流電壓表、直流電流表等單元和

模塊組成。能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

蓄電池(閥控密封式鉛酸蓄電池)主要參數(shù):

容量12V18Ah/20HR

重量19kg

尺寸345X195X20mm

能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)是將太陽能電池板發(fā)出的電量提供給直流負(fù)載或存

儲(chǔ)到蓄電池中，并且可以輸送給逆變器使用。該系統(tǒng)具有溫度檢測(cè)，充、放電檢

測(cè)、PWM脈寬調(diào)制、最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)功能以及過沖、過放等保護(hù)功能。

母線單元

能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

蓄電池組

能量轉(zhuǎn)換控制存儲(chǔ)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖

能量轉(zhuǎn)換電路原理圖

能量轉(zhuǎn)換單元安裝接線圖

3、離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)

離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)由母線單元、直流單元、斷路器、交流單元、交流互感器、

變壓器單元、電源組件、直流電壓采集模塊、交流電壓采集模塊、交流電流采集

模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、LCD人機(jī)對(duì)話模塊、通信模塊、CPU模

塊、逆變器主電路模塊、頻率采集模塊、直流電壓表、直流電流表、交流電壓表、

交流電流表、交流諧波表、交流負(fù)載和端子排等組成。離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

圖如圖4所示。

該系統(tǒng)將太陽電池方陣產(chǎn)生的直流電或蓄電池釋放的直流電通過逆變器進(jìn)

行SPWM調(diào)制，逆變?yōu)閱蜗?20V交流電，供交流負(fù)載使用。系統(tǒng)具有輸入過、欠

壓保護(hù)，輸出過載、短路保護(hù)，過熱保護(hù)等功能。具有逆變輸出的電壓幅度、頻

率、功率因數(shù)、諧波檢測(cè)和調(diào)整功能。

母線單元

LCD人機(jī)通迅CPU逆變主電盥

對(duì)話模塊模塊模塊對(duì)話模塊

直流電壓交流電流交流電壓IGBT繼電器解

采集模塊采集模塊采集模塊驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)橫塊采集模塊

端子排

離網(wǎng)逆變負(fù)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

離網(wǎng)逆變單元安裝接線圖

4、監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由后臺(tái)主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、組態(tài)軟件、端子排等組成。監(jiān)控系

統(tǒng)框圖如圖5所示。監(jiān)控系統(tǒng)主要完成顯示充電電壓、充電電流、功率、運(yùn)行狀

態(tài)；顯示蓄電池電壓、蓄電池放電電流、蓄電池放電功率、蓄電池運(yùn)行狀態(tài)；顯

示負(fù)載電壓、負(fù)載電流、負(fù)載功率、負(fù)載狀態(tài)；顯示當(dāng)前溫度、溫度補(bǔ)償系數(shù)等;

各種參數(shù)保護(hù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與處理、詳細(xì)的事故記錄、報(bào)警參數(shù)設(shè)定、對(duì)用戶

提供權(quán)限管理、密碼登錄等。

交流

負(fù)Q

后臺(tái)主機(jī)

鍵貫及打印機(jī)

監(jiān)控系統(tǒng)框圖

監(jiān)控畫面

系統(tǒng)狀態(tài)

儲(chǔ)能單元

模擬光源信息

單相離網(wǎng)逆變單元

第四章光伏電池基本知識(shí)

一、光伏電池介紹

太陽能光伏電池（簡(jiǎn)稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前

地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、

非晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶

硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。單晶硅和

多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。單晶

硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池按照應(yīng)用需求，太陽能電池經(jīng)過一定的組合，達(dá)

到一定的額定輸出功率和輸出的電壓的一組光伏電池，叫光伏組件。根據(jù)光伏電

站大小和規(guī)模，由光伏組件可組成各種大小不同的陣列。本公司光伏組件，采用

高效率單晶硅或多晶硅光伏電池、高透光率鋼化玻璃、Tedlar、抗腐蝕鋁合多邊

框等材料，使用先進(jìn)的真空層壓工藝及脈沖焊接工藝制造。即使在最嚴(yán)酷的環(huán)境

中也能保證長(zhǎng)的使用壽命。組件的安裝架設(shè)十分方便。組件的北面安裝有一個(gè)防

水接線盒，通過它可以十分方便地與外電路連接。對(duì)每一塊太陽電池組件，年以

上的使用壽命。每一塊太陽電池組件，都保證20年以上的使用壽命

太陽能電池=光伏電池他們都是一小塊一小塊，電流和電壓都很小，然后我

們把他們先并聯(lián)獲得高電壓，再串聯(lián)獲得高電流后，通過一個(gè)二極管（防止電流

回輸）然后輸出并且把他們封裝在一個(gè)不銹鋼金屬體殼上，安裝好上面的玻璃，

密封，然后充入氮?dú)?，最后密封然后這個(gè)整個(gè)包括架子在內(nèi)的東西，就是組件，

也就是太陽能電池組件或說是光伏電池組件

太陽能電池和光伏電池是同一個(gè)東西，前者是俗稱，后者是學(xué)名而在他們之

后加個(gè)組件，就是產(chǎn)品，

二、太陽能光伏電池的分類

太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表

示為a式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類，而前者又分為單結(jié)晶

形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，

而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a又分為非結(jié)晶

形（a-Si:H,a-Si:H:F,aSixGel-x:H等SixGel-x:H等）、IIIV族（GaAs,InP

等）、（GaAs,InP等HVI族（Cds系HVI族（Cds系）和磷化鋅（Zn3P2）等。）

等。

1、結(jié)晶系薄膜式太陽能電池

（1）單晶硅太陽能電池

單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24%,這是目

前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還

不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行

封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。

（2）多晶硅太陽能電池

多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電

池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右（2004年7月1

日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池）。從制作成本

上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)

成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶

硅太陽能電池短。從性能價(jià)格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

2、非結(jié)晶系薄膜式太陽能電池

非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶

硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更

低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是

光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延

長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。

3、多元化合物太陽電池

多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽電池?，F(xiàn)在各

國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a）硫化鎘太陽

能電池b）神化錢太陽能電池c）銅錮硒太陽能電池（新型多元帶隙梯度Cu（In,

Ga）Se2薄膜太陽能電池）

Cu（In,Ga）Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導(dǎo)帶與

價(jià)帶之間的能級(jí)差）多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽能吸收光譜范圍，進(jìn)而提

高光電轉(zhuǎn)化效率。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽能電池明顯

提高的薄膜太陽能電池?？梢赃_(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18%,而且，此類薄膜太陽能

電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)（SWE）,其光電轉(zhuǎn)化效率

比目前商用的薄膜太陽能電池板提高約50-75%,在薄膜太陽能電池中屬于世界

的最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。

三、光伏電池工作原理

1、光伏電池工作原理

太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。

以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)原理工作的太陽能

電池則還處于萌芽階段。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴一電子對(duì)。

在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路

后就形成電流。

2、光伏效應(yīng)

光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收

的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)電子吸收的能量足夠大，電子吸收的能量足夠大部

引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。部引力做功，離開金屬表面逃

逸出來，成為光電子。“光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。指光照使不均勻半導(dǎo)體

或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)

光伏效應(yīng)”。光生伏特效應(yīng)差的現(xiàn)象。差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為

電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑

高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。光伏發(fā)電，其基本原理就

是“光伏效應(yīng)”。太陽能專家的任務(wù)就是要完成制造電壓的工作。因?yàn)橐圃祀?/p>

壓，所以完成光電轉(zhuǎn)化的太陽能電池是陽光發(fā)電的關(guān)鍵。太陽能電池，通常稱為

光伏電池。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為

電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、

控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽

能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池

板）、控制器和逆變器三大部分組成構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備

極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任

何需要電源的場(chǎng)合,上至航天器,下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具,光伏

電源無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多

晶硅、非晶硅和薄膜電池等。

目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場(chǎng)合提供電源，主要為

廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外，

還包括一些移動(dòng)電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電

器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大面積推

廣實(shí)施。我國(guó)并網(wǎng)發(fā)電還未起步，不過，2008年北京奧運(yùn)會(huì)部分用電將會(huì)由太

陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電提供

3、太陽能電池板

太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電

源為交流220V或110V,還需要配置逆變器。各部分的作用為：

（-）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電

池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系

統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并

對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制

器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制

器的可選項(xiàng)。

（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，

也可用鍥氫電池、鎮(zhèn)鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)

出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。

（四）逆變器：在很多場(chǎng)合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于

太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供

電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用

DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變

器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。

4、晶體硅太陽能電池制造步驟

“硅”是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)

了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀(jì)末，

我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形

成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個(gè)步驟：a、提純過程b、拉棒過程c、

切片過程d、制電池過程e、封裝過程。

四'應(yīng)用領(lǐng)域

1.用戶太陽能電源：⑴小型電源10T00W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、

海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等。（2）3-5KW

家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

2.交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障

礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

3.通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/

尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。

4.石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、

石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。

5.家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑

光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

6.光伏電站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車

場(chǎng)充電站等。

7.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)

電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

8.其他領(lǐng)域包括：⑴與汽車配套的太陽能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽

車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等。（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)。（3）

海水淡化設(shè)備供電。（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。

目前，美國(guó)、歐洲各國(guó)特別是德國(guó)及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽電池

應(yīng)用，開始實(shí)施的“十萬屋頂”計(jì)戈U“百萬屋頂”計(jì)劃等，極大地推動(dòng)了光伏市

場(chǎng)的發(fā)展，前途十分光明。

第五章鉛蓄電池

定義：電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液

是硫酸溶液的一種蓄電池。英語?：Lead-acid

battery荷電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化

鉛，負(fù)極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負(fù)極

的主要成分均為硫酸鉛。

一'鉛酸蓄電池電極反應(yīng)式為

當(dāng)放電進(jìn)行時(shí)，硫酸溶液的的濃度將不斷降低，當(dāng)溶液的密度降到1.18g/ml

時(shí)應(yīng)停止使用進(jìn)行充電

充電：2PbS04+2H20=Pb02+Pb+2H2S04（電解池）

陽極：PbS04+2H20-2e-===PbO2+4H++S042-

陰極：PbS04+2e-===Pb+S042-

當(dāng)溶液的密度升到1.28g/ml時(shí)，應(yīng)停止充電

放電：Pb02+Pb+2H2S04=2PbS04+2H20（原電池）

負(fù)極：Pb+S042——2e一===PbS04

正極：Pb02+4H+S04-+2e一===PbS04+2H20

二、鉛酸蓄電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

蓄電池是1859年由普蘭特（Plante）發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。

鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格

低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣

泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。

到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、

循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：

①充電末期水會(huì)分解為氫，氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁

重；②氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周圍設(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的

應(yīng)用。近二十年來，為了解決以上的兩個(gè)問題，世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)密封鉛

酸蓄電池，希望實(shí)現(xiàn)電池的密封，獲得干凈的綠色能源。

1912年ThomasEdison發(fā)表專利，提出在單體電池的上部空間使用伯絲，

在有電流通過時(shí)，粕被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的H2與02

重新化合，返回電解液中。但該專利未能付諸實(shí)現(xiàn)：①柏催化劑很快失效；

②氣體不是按氫2氧1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；③存

在爆炸的危險(xiǎn)。

60年代，美國(guó)Gates公司發(fā)明鉛鈣合金，引起了密封鉛酸蓄電池開發(fā)

熱，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開發(fā)。

1969年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池和鎘鍥電池被列入

月球車用動(dòng)力電源，最后鎘銀電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得

到發(fā)展。

1969-1970年，美國(guó)EC公司制造了大約350,000只小型密封鉛酸蓄電

池，該電池采用玻璃纖維棉隔板，貧液式系統(tǒng)，這是最早的商業(yè)用閥控式

鉛酸蓄電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。

1975年，GatesRutter公司在經(jīng)過許多年努力并付出高昂代價(jià)的情況

下，獲得了一項(xiàng)D型密封鉛酸干電池的發(fā)明專利，成為今天VRLA的電池原

型。

1979年，GNB公司在購買Gates公司的專利后，又發(fā)明了MFX正板柵

專利合金，開始大規(guī)模宣傳并生產(chǎn)大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。

1984年，VRLA電池在美國(guó)和歐洲得到小范圍應(yīng)用。

1987年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，VRLA電池在電信部門得到迅速推廣

使用。

1991年，英國(guó)電信部門對(duì)正在使用的VRLA電池進(jìn)行了檢查和測(cè)試，發(fā)

現(xiàn)VR以電池并不象廠商宣傳的那樣，電池出現(xiàn)了熱失控、燃燒和早期容量

失效等現(xiàn)象，這引起了電池工業(yè)界的廣泛討論，并對(duì)VRLA電池的發(fā)展前途、

容量監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱失控和可靠性表示了疑問，此時(shí)，VRLA電池市場(chǎng)占有率

還不到富液式電池的50%,原來提到的“密封免推護(hù)鉛酸電池”名稱正式被

“VRLA電池”取代，原因是VRLA電池是一種還需要管理的電池，采用“免

維護(hù)”容易引起誤解。

1992年，針對(duì)1991年提出的問題，電池專家和生產(chǎn)廠家的技術(shù)員紛紛

發(fā)表文章提出對(duì)策和看法，其中DrDaridFeder提出利用測(cè)電導(dǎo)的方法對(duì)

VRLA電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。I.c.Bearinger從技術(shù)方面評(píng)述VRLA電池的先進(jìn)性。

這些文章對(duì)VRLA電池的發(fā)展和推廣應(yīng)用起了很大的促進(jìn)作用。

1992年，世界上VRLA電池用量在歐洲和美洲都大幅度增加，在亞洲國(guó)

家電信部門提倡全部采用VRLA電池；1996年VRLA電池基本取代傳統(tǒng)的富

液式電池，VRLA電池已經(jīng)得到了廣大用戶的認(rèn)可。

三、鉛酸蓄電池分類

法國(guó)人普蘭特(G.Plante)于1859年發(fā)明鉛酸蓄電池，已經(jīng)歷了近150

年的發(fā)展歷程，鉛酸蓄電池在理論研究方面，在產(chǎn)品種類及品種、產(chǎn)品電

氣性能等方面都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不論是在交通、通信、電力、軍事還

是在航海、航空各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用。

1.1根據(jù)鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)與用途區(qū)別

(I)起動(dòng)用鉛酸蓄電池;

上片

鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)圖

（2）動(dòng)力用鉛酸蓄電池；

（3）固定型閥控密封式鉛酸蓄電池；

（4）其它類，包括小型閥控密封式鉛酸蓄電池，礦燈用鉛酸蓄電池等。

1.2鉛酸蓄電池在制造方法

澆鑄板柵和拉網(wǎng)板柵以及鉛布板柵等

1.3在維護(hù)方面

全免維護(hù)、少維護(hù)、干荷電等

1.4在焊接方面

鑄焊和手工焊等

2、常用的鉛酸蓄電池分類

我們常用的鉛酸蓄電池主要分為三類，分別為普通蓄電池、干荷蓄電池

和免維護(hù)蓄電池三種。

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。它的主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低（即

每公斤蓄電池存儲(chǔ)的電能）、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。

2）干荷蓄電池：它的全稱是干式荷電鉛酸蓄電池，它的主要特點(diǎn)是負(fù)

極板有較高的儲(chǔ)電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電

量，使用時(shí)，只需加入電解液，等過20—30分鐘就可使用。

3）免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消

耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸儲(chǔ)水。它還具有耐震、耐高

溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場(chǎng)

上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購買時(shí)一次性加電解液以后使用中

不需要維護(hù)（添加補(bǔ)充液）；另一種是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并

封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液.

鉛酸電池有2.4伏，4伏，6伏，8伏，12伏，24伏系列，容量從200

毫安時(shí)到3000安時(shí)。VRLA電池是基于AGM（吸液玻璃纖維板）技術(shù)和鈣柵

板的可充電電池，具有優(yōu)越的大電流放電特性和超長(zhǎng)的使用壽命。它在使

用中不需加水。

3、VRLA電池用途廣泛，可用在電動(dòng)工具，應(yīng)急燈，UPS,電動(dòng)輪

椅，計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備等方面。

1、主要特性

安全密封

在正常操作中，電解液不會(huì)從電池的端子或外殼中泄露出。

沒有自由酸

特殊的吸液隔板將酸保持在內(nèi)，電池內(nèi)部沒有自由酸液，因此電池可

放置在任意位置。

泄氣系統(tǒng)

電池內(nèi)壓超出正常水平后，VRLA（Valve-RegulatedLeadAcidBattery

即“閥控式密封鉛酸蓄電池”的縮寫）電池會(huì)放出多余氣體并自動(dòng)重新密

封，保證電池內(nèi)沒有多余氣體。

維護(hù)簡(jiǎn)單

由于獨(dú)一無二的氣體復(fù)合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化成水，在使用

VRLA（Valve-RegulatedLeadAcidBattery即''閥控式密封鉛酸蓄電池”

的縮寫）電池的過程中不需要加水。

使用壽命長(zhǎng)

采用了有抗腐蝕結(jié)構(gòu)的鉛鈣合金欄板VRLA（Valve-RegulatedLead

AcidBattery即“閥控式密封鉛酸蓄電池”的縮寫）電池可浮充使用10T5

年。

質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高

采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)，VRLA（Valve-Regulated

LeadAcidBattery即“閥控式密封鉛酸蓄電池”的縮寫）電池的質(zhì)量穩(wěn)定，

性能可靠。電壓、容量和密封在線上進(jìn)行100%檢驗(yàn)。

2、產(chǎn)品應(yīng)用

備用電源

*電信

*太陽能系統(tǒng)

*電子開關(guān)系統(tǒng)

*通訊設(shè)備：機(jī)站，PBX,CATV,WLL,ONU,STB,無繩電話等

*后備電源：UPS,ECR,電腦后備系統(tǒng)，sequence,etc

*緊急設(shè)備：應(yīng)急燈，火警盜警，防火閘

主電源

*通訊設(shè)備：收發(fā)器

*電力控制機(jī)車：采集車，自動(dòng)運(yùn)輸車，電動(dòng)輪椅，清潔機(jī)器人，電動(dòng)

車等

*機(jī)械工具啟動(dòng)器：剪草機(jī)，hedgetrimmers,無繩電鉆，電動(dòng)起子，

電動(dòng)雪橇，等等

*工業(yè)設(shè)備/儀器

*攝像：閃光燈，VTR/VCR,電影燈等

其它便攜式設(shè)備，等等

3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

VRLA電池是這樣設(shè)計(jì)的：在電池中，一部分?jǐn)?shù)量的電解液被吸收在極

片和隔板中，以此增加負(fù)極吸氧能力，阻止電解液損耗，使電池能夠?qū)崿F(xiàn)

密封。

VRLA電池結(jié)構(gòu)

Parts組件材料作用

正極為鉛-睇-

鈣合金欄板，內(nèi)保證足夠的容量

正極含氧化鉛為活長(zhǎng)時(shí)間使用中保持蓄電池容量，減小自放電

性物質(zhì)

負(fù)極為鉛-錦-

鈣合金欄板，內(nèi)保證足夠的容量

負(fù)極含海綿狀纖維長(zhǎng)時(shí)間使用中保持蓄電池容量，減小自放電

活性物質(zhì)

先進(jìn)的多微孔

AGM隔板保持

電解液，防止正

極與負(fù)極短路。

隔板采用無紡防止正負(fù)極短路

超細(xì)玻璃纖維，保持電解液

隔板

在硫酸中化學(xué)防止活性物質(zhì)從電極表面脫落

性能穩(wěn)定。多孔

結(jié)構(gòu)有助于保

持活性物質(zhì)反

應(yīng)所需的電解

液

在電池的電化

學(xué)反應(yīng)中，硫酸

使電子能在電池正負(fù)極活性物質(zhì)間轉(zhuǎn)移

電解液作為電解液傳

導(dǎo)離子

在沒有特別說

提供電池正負(fù)極組合欄板放置的空間

明下，外殼和蓋

外殼和蓋子具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度可承受電池內(nèi)部壓力

子為ABS樹脂

材質(zhì)為具有優(yōu)

質(zhì)耐酸和抗老

化的合成橡膠。

電池內(nèi)壓高于正常壓力時(shí)釋放氣體，保持壓力正常

帽狀閥中有氯

安全閥阻止氧氣進(jìn)入

丁二烯橡膠制

成的單通道排

氣閥

根據(jù)電池的不

同，正負(fù)極端子

可為連接片、棒

狀、螺柱或引出

線。端了?的密封

密封端子有助于大電流放電和長(zhǎng)的使用壽命

端子為可靠的粘結(jié)

劑密封。

密封件的顏色：

紅色為正極，黑

色為負(fù)極

電極中的電化學(xué)反應(yīng)

閥控鉛酸電池的電化學(xué)反應(yīng)式如下所示。充電是將外部直流電源連在

蓄電池上進(jìn)行充電，使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存起來。放電是電能從電池中

釋放出來去驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。

當(dāng)VRLA蓄電池充電將達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)，充電電流只被用來分解電解液中的

水，此時(shí)，電池正極產(chǎn)生氧氣，負(fù)極產(chǎn)生氫氣，氣體會(huì)從蓄電池中溢出，

造成電解液減少，需不定時(shí)加水。

另一方面，充電末期或過充條件下，充電能量被用來分解水，正極產(chǎn)

生的氧氣與負(fù)極的海綿狀鉛反應(yīng)，使負(fù)極的一部分處于未充滿狀態(tài)，擬制

負(fù)極氫氣的產(chǎn)生。

4、環(huán)境和使用條件

(1)避免將電池與金屬容器直接接觸，應(yīng)采用防酸和阻熱材料，否

則會(huì)引起冒煙或燃燒。

(2)使用指定的充電器在指定的條件下充電，否則可能會(huì)引起電池過

熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。

(3)不要將電池安裝在密封的設(shè)備里，否則可能會(huì)使設(shè)備浦破裂。

(4)將電池使用在醫(yī)護(hù)設(shè)備中時(shí)，請(qǐng)安裝主電源外的后備電源，否則

主電源失效會(huì)引起傷害。

(5)將電池放在遠(yuǎn)離能產(chǎn)生火花設(shè)備的地方，否則火花可能會(huì)引起電

池冒煙或破裂。

(6)不要將電池放在熱源附近(如變壓器)，否則會(huì)引起電池過熱、

泄漏、燃燒或破裂。

(7)應(yīng)用中電池?cái)?shù)目超過一只時(shí)，請(qǐng)確保電池間連接無誤，且與充電

器或負(fù)載連接無誤，否則會(huì)引起電池破裂、燃燒或電池?fù)p害，某些情況下

還會(huì)傷人。

(8)特別注意別讓電池砸在腳上。

(9)電池的指定使用范圍如下。超出此范圍可能會(huì)引起電池?fù)p害。

電池的正常操作范圍為：77.F(25℃)

電池放電后(裝在設(shè)備中)：5.F到122.F(T5℃到50℃)

充電后:32.F到104.F(0℃到40℃)

儲(chǔ)存中：5.F到104.F(-15C到40℃)

(10)不要將裝在機(jī)車上的電池放在高溫下、直射陽光中、火爐或火

前，否則可能會(huì)造成電池泄漏、起火或破裂