風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的電站一般安裝在偏僻遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)：如森林叢林、沿海流域、河流湖泊、高速公路、沙漠地區(qū)、高山地區(qū)、礦山地區(qū)、海上平臺(tái)等等；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中閥控式膠體電池部分屬于儲(chǔ)能部分，對(duì)于系統(tǒng)選型、存儲(chǔ)恒溫、低溫場(chǎng)景應(yīng)用都有特別的解決方案。

閥控式膠體蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理：

閥控式膠體蓄電池是對(duì)液態(tài)電解質(zhì)的普通鉛酸蓄電池的改進(jìn)，用膠體電解液代換了硫酸電解液，在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面優(yōu)于較普通電池；閥控式膠體蓄電池采用二氧化硅凝膠狀電解質(zhì)，內(nèi)部無(wú)游離液體存在，在同等體積下電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強(qiáng)，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象；電解質(zhì)濃度低，對(duì)極板的腐蝕作用弱；濃度均勻，不存在電解液分層現(xiàn)象，從而在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中使用壽命方面得到很大的提升。

電池具備閥控氣壓設(shè)計(jì)，電池充電時(shí)，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始，析出的氧到達(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十O2=2PbO，2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20。負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開始，再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過(guò)電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)，利用陰極吸收原理使電池得以密封的。

P圖

1.極板

活性物質(zhì)二氧化鉛（正極）和海綿狀鉛（負(fù)極）都是疏松的多孔體，需要固定在載體上。用鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物為載體，使活性物質(zhì)固定在其中，這種物體稱之為板柵。它的作用是支撐活性物質(zhì)并傳輸電流。電池采用Pb-Sb合金制作正負(fù)極板柵。電池對(duì)板柵要求極為嚴(yán)格，負(fù)板柵應(yīng)該具有很大的析氫過(guò)電位，正極板柵應(yīng)該具有很低的腐蝕速率，所以通常選用Pb-Ca-Sn-Al或Pb-Sb-Cd作正極板柵材料，Pb-Ca合金作負(fù)極板柵材料。

鉛粉（主要成分為PbO）與稀硫酸混合后鉛膏后填涂在板柵上并經(jīng)固化、干燥等，再于稀硫酸中化成就可分別形成正負(fù)極活性物質(zhì)。鉛膏中可添加纖維來(lái)提高活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度；另外正極鉛膏中可添加碳素材料（如石墨、碳纖維或乙炔黑等）來(lái)提高正極活性物質(zhì)的利用率；負(fù)極鉛膏中可添加BaSO4、炭黑、腐植酸、木質(zhì)素等膨脹劑來(lái)防止負(fù)極活性物質(zhì)收縮及負(fù)極板變形，添加松香、甘油和萘等抑制氫氣發(fā)生和防止生極板的氧化。

2.隔膜

電池中隔膜的作用是：①防止正負(fù)極板短路和活性物質(zhì)的脫落；②吸收并保持電解液；③作為氧氣、離子傳輸通道。

電池隔膜，一直被國(guó)內(nèi)外廣泛使用的是超細(xì)玻璃纖維隔膜（AGM）。這種隔膜一般以堿玻璃為原料，經(jīng)高溫熔化制成一次纖維，再經(jīng)高溫高速氣流牽引形成直徑小于3μm的超細(xì)纖維，最后以抄紙法的工藝生產(chǎn)成隔膜。

隔膜質(zhì)量和性能的好壞將影響蓄電池內(nèi)阻、氧復(fù)合效率、蓄電池大電流放電性能及蓄電池使用容量。AGM隔膜應(yīng)該具有如下特性：

①優(yōu)良的耐酸能力和抗氧化能力；

②厚度均勻一致，外觀無(wú)針孔、無(wú)機(jī)械雜質(zhì)；

③孔徑小孔率大；

④吸收和保留電解液能力強(qiáng)；

⑤電阻低，能保證導(dǎo)電離子自由遷移；

⑥具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，耐折性好，能保證蓄電池工藝操作要求；

⑦雜質(zhì)含量低，尤其是鐵、銅的含量要低。

3.安全閥

電池蓋子上裝置有單向節(jié)流閥（也叫安全閥）：

①使電池保持一定的內(nèi)壓，以提高密閉反應(yīng)效率；

②當(dāng)電池內(nèi)部氣壓過(guò)高時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開，排出氣體，防止殼蓋變形或發(fā)生爆炸；

③在電池內(nèi)部壓力正常的條件下，防止外部空氣進(jìn)入電池。

④防止電解液蒸發(fā)，避免電池干涸。

4.電解液

電池中，電解液分別與活性物質(zhì)PbO2組成氧化鉛電極，或以活性物質(zhì)Pb組成鉛電極，用來(lái)參與電極反應(yīng)和傳導(dǎo)電流。

工業(yè)硫酸含雜質(zhì)較多，不適合蓄電池使用，因此蓄電池必須使用嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量尤其是鐵、氯、銅含量的硫酸。另外用于配制電解液的水也要使用嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量的純水，純水可以采用離子交換法制得，其純度可用電導(dǎo)率表示，電導(dǎo)率越小，說(shuō)明純水雜質(zhì)含量越低。

電解液密度對(duì)電解液的冰點(diǎn)、粘度、電池電動(dòng)勢(shì)、正極板柵腐蝕、負(fù)極板活性物質(zhì)硫酸鹽化等都有密切關(guān)系，設(shè)計(jì)電池電解液密度時(shí)需要綜合考慮以上各因素。電解液密度隨著溫度的升高而減小。

5.殼蓋

用于盛裝電池的正、負(fù)極板、隔膜和電解液，以及附件的容器稱為電池槽，包括電池殼和電池蓋。電池殼蓋目前采用PP、ABS、PVC等材料，但主要以ABS為主。ABS是丙烯腈-丁二烯-本乙烯的三元共聚物，ABS樹脂為粒狀或珠狀，不透明，無(wú)毒無(wú)味。采用ABS塑料制作的電池殼蓋主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能好，其抗沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和硬度都較大。

閥控式膠體蓄電池優(yōu)勢(shì)：

1.質(zhì)量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)。膠體電解質(zhì)可對(duì)極板周圍形成固態(tài)保護(hù)層，保護(hù)極板避免因震動(dòng)或碰撞而產(chǎn)生損壞，破裂，防止極板被腐蝕，同時(shí)也減少了蓄電池在大負(fù)荷使用時(shí)產(chǎn)生極板彎曲和極板間的短路，不至于導(dǎo)致容量下降，具有很好的物理及化學(xué)保護(hù)作用，是普通鉛酸電池壽命的兩倍。

2.單體電池的內(nèi)阻、容量、浮充電壓一致性好，無(wú)需均衡充電，免維護(hù)。膠體電池最簡(jiǎn)單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液呈膠態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如板柵中解分高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。

3.使用安全，利于環(huán)保，屬于真正意義上的綠色電源。膠體電池的電解質(zhì)呈固態(tài)，密封結(jié)構(gòu)，凝膠電解液，永不漏液，使電池內(nèi)每一部位的比重保持一致。使用特殊的鈣鉛錫合金板柵，更耐腐蝕，充電接受能力更好。 采用超高強(qiáng)度隔板避免短路的產(chǎn)生。 進(jìn)口優(yōu)質(zhì)安全閥，精確閥控調(diào)節(jié)壓力。裝備了過(guò)濾酸霧隔爆裝置，更安全可靠。使用時(shí)無(wú)酸霧氣體析出，無(wú)電解質(zhì)外溢，生產(chǎn)過(guò)程中不含對(duì)人體有害元素，無(wú)毒，無(wú)污染，避免了傳統(tǒng)鉛酸電池在使用過(guò)程中電解質(zhì)大量外溢滲透。浮充電流小，電池發(fā)熱量少，電解液不發(fā)生酸分層。

4.深放電循環(huán)性能好。電池深放電后再及時(shí)補(bǔ)充電的情況下容量能100%得到回充，能迎合高頻率、深程度放電的需要，因此其使用范圍比鉛酸蓄電池更廣泛。

5.自放電小，深放電性能好，充電接受能力強(qiáng)，上下電位差小，電容量大。在低溫啟動(dòng)能力，荷電保持能力，電解液保持能力，循環(huán)耐久能力，耐震動(dòng)性能，耐溫變性能等方面有顯著提高。在20℃室溫下儲(chǔ)存2年，無(wú)需充電即可投入運(yùn)行。

發(fā)電系統(tǒng)中電池安裝/選型注意事項(xiàng)：

?電池在充電時(shí)電解液中的水分，被電解之后會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣，這些都是易燃易爆氣體，當(dāng)電池中或空氣中的含氫量累積至爆炸極限時(shí)，外部遇到明火，極可能會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。所以電池存儲(chǔ)需要保持通風(fēng)環(huán)境，避免密閉環(huán)境使用。

?電池安裝前需要考慮好恒溫問(wèn)題。避免電池安裝太陽(yáng)光能直接暴曬，因?yàn)闇囟雀邥?huì)加速電解液的揮發(fā)，影響電池壽命。可使用電池地埋箱把電池存儲(chǔ)在地面下，存儲(chǔ)高度根據(jù)不同地區(qū)的凍土層厚度，建議安裝在凍土層以下位置最為佳。

?標(biāo)準(zhǔn)電池柜地面安裝。電池柜設(shè)計(jì)需要有足夠的安全距離和空間，需要具備良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)，避免陽(yáng)光直射暴曬。

?電池極板硫酸鹽化。長(zhǎng)期充不飽電，放電后長(zhǎng)時(shí)間擱置，不及時(shí)充電，酸密度過(guò)高， 長(zhǎng)期過(guò)放電都會(huì)嚴(yán)重減少電池的壽命。

審核編輯 黃昊宇