太陽(yáng)能戶用光伏系統(tǒng)中儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)
摘要：如果我們能夠正確使用合格的鉛酸蓄電池的話，那么，鉛酸蓄電池不會(huì)對(duì)使用環(huán)境有任何的污染和破壞。況且，在諸多的儲(chǔ)能用的蓄電池中，沒有一種蓄電池可以達(dá)到鉛酸蓄電池的成本指標(biāo)與可再生及回用指數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)的鉛酸蓄電池，還不能完全達(dá)到戶用光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能的更高要求，所以，文章中羅列了鉛酸蓄電池所用的不同形式的板柵與極板、隔板組成的極群。通過對(duì)比，設(shè)想了離散型戶用光伏系統(tǒng)中儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池新結(jié)構(gòu)。
在太陽(yáng)能戶用光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能組件中，諸多的儲(chǔ)能用的蓄電池：鎳氫、鎳鎘、鋰離子、全釩液流……等等。有人說，鉛酸蓄電池是兩高一資產(chǎn)品，將逐漸被淘汰。其實(shí)，鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境的污染主要來自它的生產(chǎn)制造工藝過程和自身的原材料的生產(chǎn)以及產(chǎn)成品使用報(bào)廢后的再處理。
如果我們能夠正確使用合格的鉛酸蓄電池的話，那么，我們可以負(fù)責(zé)地說，鉛酸蓄電池不會(huì)對(duì)使用環(huán)境有任何的污染和破壞。況且，在諸多的儲(chǔ)能用的蓄電池中，沒有一種蓄電池，可以達(dá)到鉛酸蓄電池的成本指標(biāo)與可再生及回用指數(shù)。所以說，鉛酸蓄電池目前的應(yīng)用范圍及地位，是其它蓄電池不可能完全取代的。
在戶用光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能組件中，對(duì)鉛酸蓄電池的選型基本要求：1。免維護(hù)；2。使用年限3年；事實(shí)上，很多的離散型戶用光伏系統(tǒng)中的儲(chǔ)能用的鉛酸蓄電池，2年左右就得更換，根本達(dá)不到用戶選型的基本要求。
有人將閥控、膠體、富液……等不同形式的鉛酸蓄電池作為戶用光伏系統(tǒng)中的儲(chǔ)能組件。實(shí)驗(yàn)，對(duì)比性地應(yīng)用於不同環(huán)境。其結(jié)論是：“太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)配套用的鉛酸蓄電池除了耐高溫、低溫外，還要適用西部干旱沙漠地區(qū)。因此，膠體鉛酸蓄電池，富液免維護(hù)鉛酸蓄電池，是光伏系統(tǒng)組件中儲(chǔ)能用蓄電池的最佳選擇”。
仁者見仁，智者見智。上面的結(jié)論，似乎是從鉛酸蓄電池的電解液的使用狀態(tài)不同做出的。下面，我們從鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)方面，談一些看法，供大家參考。
眾所周知，在鉛酸蓄電池中，板柵是極板的骨骼，而極板和隔板組成的極群，又是電池的心臟，電解液則是電池的血脈。在這中間，每個(gè)部件的好壞，都直接影響到電池的自身的性能及其使用壽命。
對(duì)于不同用途的鉛酸蓄電池來講，其板柵的成型方式與幾何形狀也有所不同。在通常條件下，板柵的主要的成型方式有：重力澆鑄平板式或壓彎曲板式以及直徑排管式；鉛帶沖切拉網(wǎng)式；連鑄連軋卷繞式；高壓壓注直徑排管式……。圖1是平面板柵，（不同的幾何形狀）及其構(gòu)成的極群。圖2是拉網(wǎng)板柵及其構(gòu)成的極群。圖3是直徑排管式骨架及其構(gòu)成的極群。圖4是連鑄連軋卷繞式板柵及其極構(gòu)成的極群。圖5是鉛布板柵及其構(gòu)成的極群。圖6是雙極性基板及其極板與成品電池。圖7是超級(jí)電池的極群示意圖。
目前，只有圖1至圖4的板柵形式和極群結(jié)構(gòu)得以廣泛應(yīng)用。而我們現(xiàn)有的戶用光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能組件中的鉛酸蓄電池，不論采用怎樣不同的電解液：貧液、富液、膠體、顆粒二氧化硅載體……。而如何改變隔板的品質(zhì)：PE、PVC、AGM、玻棉復(fù)合……以至改變電池的排氣方式：濾氣栓、迷宮蓋、閥控式……。其主體結(jié)構(gòu)都沒有超出圖1至圖4所羅列的板柵樣式與極群結(jié)構(gòu)。
比較上面的電池結(jié)構(gòu)，我們很容易發(fā)現(xiàn)其在某些方面存在著不足。
我們都知道，鉛酸蓄電池的放電過程，是Pb和PbO2轉(zhuǎn)化為PbSO4的過程，在這個(gè)轉(zhuǎn)化過程中Pb和PbO2的摩爾體積分別膨脹167%和91.6%。在這里膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力，一部分被活物質(zhì)間的空隙吸收，一部分作用在電極的板柵上。而板柵尤其是正板柵，在電池充放電循環(huán)中，隨著電流的聚流及硫酸的腐蝕，其幾何尺寸要長(zhǎng)大變形。從圖1~圖4所示的電池結(jié)構(gòu)上看，極群的上下兩端都要受到力的約束，這樣，板柵也要產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力，伴隨著活物質(zhì)膨脹與收縮的循環(huán)。一方面活物質(zhì)自身發(fā)生疲勞，使其顆粒間由很好的強(qiáng)力結(jié)合，變得松散無力，另一方面降低了活物質(zhì)對(duì)板柵的附著。直接影響了蓄電池的容量和使用壽命。對(duì)于活物質(zhì)的軟化和脫落，人們先后提出了：α--PbO2β--PbO2變體模型、凝膠—晶體體系模型和珊瑚狀結(jié)構(gòu)來解釋。但是，從圖示的結(jié)構(gòu)看來，板柵及其它所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的影響，也是不可忽視的。
從圖1至圖4不同的極板組成的極群結(jié)構(gòu)上看。每組極群必須具備兩個(gè)匯流排，一只12V電壓的蓄電池。必須要有12個(gè)匯流排。我們通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可以使一只12V電壓的蓄電池只有兩個(gè)匯流排，這樣即節(jié)約了原材料，又提高了電池的性能比。只是這種結(jié)構(gòu)的蓄電池的自放電性能還有待進(jìn)一步提高。
對(duì)于現(xiàn)有的極群為卷繞式的鉛酸蓄電池，如果對(duì)它進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，它應(yīng)該是目前最好的戶用光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能用的鉛酸蓄電池。
卷繞電池的極板通過卷繞后同隔板一起始終保持在均勻的有壓力的緊繞層中，這樣可以增加電池的循壽命。
省掉了生產(chǎn)矩形極板結(jié)構(gòu)的鉛酸蓄電池的某些工藝過程：如：水洗、再次干燥、分板、配組……等
1.因?yàn)榫砝@蓄電池中的極群，是由正、負(fù)兩片極板卷繞而成的，它不象平面極板的電池的極群是由多片極板組成，這樣，在極板的均勻一致性上，比較容易控制。從而滿足電池均勻一致性的要求。
2.極群為卷繞結(jié)構(gòu)的鉛酸蓄電池，比較平面多片極板極群的矩形結(jié)構(gòu)的鉛酸蓄電池,減少了兩個(gè)界面，相對(duì)減少了可能的枝晶生長(zhǎng)，造成電池短路的機(jī)會(huì)。
3.板柵設(shè)計(jì)可以更有利于電流導(dǎo)出，減少極板的內(nèi)阻，在不是采用切口擴(kuò)展板柵的前提下，矩形平面板柵的橫筋，可作為卷繞板柵的豎筋，這樣就大大地增加了電流導(dǎo)出的直通路徑。為電池高倍率放電提供了有利條件。而其豎筋，在減小橫截面積的條件下，成為卷繞板柵的橫筋。主要起支撐活物質(zhì)的作用，不在承擔(dān)更多的電流導(dǎo)出。這樣，可以減少鉛耗量。
四從文明生產(chǎn)上看
目前國(guó)家正在大力提倡節(jié)能、減排，文明生產(chǎn)、環(huán)保生產(chǎn)。而極群為卷繞結(jié)構(gòu)的鉛酸蓄電池的生產(chǎn)工藝過程中可以省掉一些污染、耗能的工序。這樣更有利于我們減少生產(chǎn)成本和文明生產(chǎn)，相信，只要我們大家共同努力工作，做為儲(chǔ)能用的鉛酸蓄電池，一定會(huì)達(dá)到戶用光伏系統(tǒng)對(duì)它的儲(chǔ)能的新要求。
