是太阳能光伏发电系统不可缺少存储能电能部件，其主要功能是存储光伏发电系统的电能，并在日照量不足，夜间以及应急状态下为负载供电。常用的储能电池有铅酸蓄电池，碱性蓄电池，锂电池，超级电容，它们分别应用于不同场合或者产品中，目前应用最广是铅酸蓄电池，从19世纪50年代)开发出来至今，已经有160余年的历史，目前衍生出来很多种类，如富液铅酸电池、阀控密封铅酸电池、胶体电池，铅碳电池等。发展最快的是锂电池，目前主要有磷酸铁锂电池和三元锂电池(镍钴锰酸锂LiNiCoMn)。

1、铅酸蓄电池工作原理，基本结构

铅酸电池是用铅和二氧化铅作为电池负极和正极活性物质，以稀硫酸为电解质的化学储能装置，具有电能转换效率高、循环寿命长、端电压高、安全性强、性价比高、安装维护简单等特点，目前是各类储能、应急供电、启动装置中首选的化学电源。铅酸电池的主要构成包括：

图1 铅酸蓄电池主要部件示意图

1)极板：正负极板均是以特殊的合金板栅涂敷上活性物质所得，极板在充放电时存储和释放能量，确保电池的容量和性能可靠;

2)隔板：是置放于电池正负极中间的一个隔离介质，防止电池正负极直接接触而短路的装置，不同类型的铅酸电池隔板材质不同，阀控类电池主要以AGM、PE、PVC 为主;

3)电解液：铅酸电池的电解液是用蒸馏水配制的稀硫酸，电解液在充放电时起到在正负极间传输离子的作用，因而电解液必须要没有杂质;

4)容器(电池壳盖)：电池包覆的容器，电解液和极板均在容器内，主要起支撑作用，同时防止内部物质外溢，外部物质进入内部结构污染电池。

铅酸电池的工作原理就是通过电化学反应，电能和化学能之间相互转化，电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅;充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。种类较多，应用在光伏中，比较多的有三种，富液型铅酸蓄电池(FLA，flooded

2.1、富液型铅酸蓄电池：

铅酸电池的电解液中的硫酸直接参与电池充放电反应过程，传统铅酸电池中，电池槽内除去极板、隔板及其他固体组装部件的剩余空间完全充满硫酸电解

液，电解液处于富余过量状态，故被称为“富液式”电池，电池极板完全浸泡在硫酸电解液中。富液式蓄电池顶部有一个能够通气而又能够阻挡液体溅出的盖子，在使用过程中由于水分的蒸发和分解损失，需要定期将盖子打开补加蒸馏水及调整电解液密度，所以习惯上被称为“开口式”蓄电池。

富液型铅酸蓄电池特点是价格便宜，寿命长，缺点是需要经常维护。

2.2、阀控式密封铅酸蓄电池，又称免维护电池，分为AGM密封铅蓄电池和GEL胶体密封铅蓄电池两种。

AGM型电池使用纯的硫酸水溶液作电解液，大部分存在于玻璃纤维膜之中，同时极板内部吸有一部分电解液外。AGM式密封铅蓄电池电解液量少，极板的厚度较厚，活性物质利用率低于开口式电池，因而电池的放电容量比开口式电池要低10%左右。与当今的胶体密封电池相比，其放电容量要小一些。与富液型相同规格蓄电池相比，价格较高，具有以下优点：1.循环充电能力比铅钙蓄电池高3倍，具有更长的使用寿命。2.在整个使用寿命周期内具有更高的电容量稳定性。3.低温性能更可靠。4.降低事故风险，减少环境污染风险(由于酸液100%密封装)5.维护很简单，减少深度放电。

胶体密封铅蓄电池(即GEL型电池)，胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。其电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低，电解液的量比AGM式电池要多，跟富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜中及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，不会流出电池。

【摘要】：随着光伏产业的蓬勃发展,光伏电站的后期维护和提高光伏发电效率的问题逐渐成为人们关注当日焦点。在风沙较大的荒漠地区,电池板表面积灰已成为影响光伏电站平稳、高效运行的主要因素之一。在荒漠地区,清洁电池板表面的积灰已成为光伏电站后期维护的主要工作。本文针对如何有效清洁电池板积灰的问题,根据灰尘自身成分、形貌和粒径等特性,提出了灰尘颗粒粘附模型来解释电池板积灰的成因;同时在研究了灰尘对光伏发电影响的基础上,自制清洁装置一套进行灰尘清洁实验研究。为明确灰尘对光发电的影响,以格尔木和共和荒漠地区为例,对光伏电池板表面灰尘及电站地表细沙土成分进行检测,二者成分十分接近;显微观察灰尘形貌多为球形颗粒;测定灰尘粒径多为微米级(灰尘粒径D=0.356~126.192μm;地表细沙D=0.283~158.866μm),由此可知电池板表面灰尘来源于地表。对光伏发电数据采集,通过负载电流、电压得出积灰量电池板发电量的关系:电池板表面积灰量一般在1~8g/m2之间,发电效率一般会降低5%~25%;随着积灰量的增多,电池板发电效率会明显下降,并呈近似的指数变化。在分析表面粘附能量的基础上,假设接触不变形条件下,依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合荒漠地区电池板表面灰尘主要成分和粒径,给出了灰尘受力参数;计算了灰尘颗粒所受的范德华力、静电力及重力,给出由参数改变引起的灰尘受力的变化规律。灰尘在电池板表面的粘附力随灰尘颗粒半径的增大而增大,其取值范围为10-10~10-8 N;得出当灰尘颗粒半径较小时,颗粒与电池板间的主要粘附力为范德华力,当灰尘颗粒半径较大时,重力则成为主导粘附力。由灰尘特性和灰尘粘附受力以及荒漠地区自然条件,确定以机械擦除并加入少量水的清洁方法开展清洁实验。通过改变擦除压力、擦除速度、擦除方式和擦除次数等主要擦除参数,得到了灰尘物理擦除如下结论:在一定范围内(0-250N),擦除压力越大,灰尘擦除效果越好;擦除速度对灰尘擦除效果影响不大;一定擦除压力下,二次和三次擦除擦除效果明显,但不需要进行更多次的擦除。根据荒漠地区电池板水清洁后仍有污垢的现象,分析清洁灰尘时所用地下水的成分及特性,再结合灰尘自身特性,探索加入化学试剂的清洁方案。水清洁时加入阴离子型表面活性剂,合理配比,令水呈偏酸性,可达到较好的清洁效果。对太阳能电池板表面灰尘的作用机理和清洁实验的研究,将为光伏产业大面积电池板的后期清洁维护提供理论依据,提高光伏产业效益。

【学位授予单位】：青海大学
【学位授予年份】：2015

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