1.光伏發電系統中蓄能技術的作用

光伏發電系統中的蓄能技術是轉移高峰電力、開發低谷用電、優化資源配置、保護生態環境的一項重要技術措施。在我國，蓄能技術的推廣應用剛剛起步，雖然推廣應用的面很小，但效益明顯，潛力很大。蓄能技術特別適用于可再生能源的光伏發電系統，由于可再生能源的不穩定性，導致其不能連續運行，因此，蓄能技術在光伏發電系統中有著非常重要的作用。在光伏發電系統中蓄能技術的作用如下：

1）負荷調節作用。能量存儲裝置可在電力系統的負荷低谷期充電，負荷高峰期放電。

2）負荷跟蹤。超導蓄能系統、蓄電池蓄能系統和飛輪蓄能系統等通過電力電子接口，能夠快速跟蹤負荷的變化，從而減輕了大型發電機跟蹤負荷的需要。

3）系統穩定。蓄能裝置輸出的有功功率和無功功率的迅速變化，可有效地對系統中的功率和頻率振蕩起到阻尼作用。

4）自動發電控制。具有AGC的蓄能裝置可有效地減小區域控制誤差。

5）旋轉動能存儲。具有電力電子接口的蓄能裝置可迅速地增加其電能輸出，可作為電力系統中的旋轉動能，減少常規電力系統對旋轉動能的需要。

6）VAR控制和功率因素校正。具有電力電子接口的蓄能裝置，在快速提供有功功率的同時還可以提供迅速變化的無功功率。

7）黑啟動能力。蓄能裝置可以為孤島運行的光伏發電設備提供啟動時需要的電能。

8）增加發電設備的效率以減少其維護。蓄能裝置跟蹤負荷的能力可使光伏發電系統運行于恒定輸出功率狀態，使其發電設備運行于高效率的運行點，從而提高了總的發電效率、發電設備的維護間隔和使用壽命。

9）延緩了系統對新增輸電容量的需要。在系統中適當的地區配置蓄能裝置，在用電低谷期對它們充電，從而減少了輸電線路的峰值負荷容量，有效地增加了輸電線路的容量

10）延緩了系統對新增發電容量的需求。當蓄能裝置削平了負荷峰值后，即減少了系統對調峰機組的容量的需要。

11）提高了發電設備的有效利用率。在用電高峰期，蓄能裝置輸出的電力可增加系統的總容量。

2.蓄電池蓄能

由于自然資源的特性，可再生能源用于發電時其功率輸出具有明顯的間歇性和波動性，其變化是隨機的，容易對電網產生沖擊，嚴重時會引發電網事故。為充分利用可再生能源并保障其供電可靠性，就要對這種難以準確預測的能量變化進行及時的控制和抑制，蓄能裝置就是用來解決這一問題。蓄電池蓄能系統由蓄電池、逆變器、控制裝置、輔助設備（安全、環境保護設備）等部分組成。

蓄電池組是離網太陽能光伏發電系統中的貯能裝置，由它將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉換來的直流電轉換為化學能貯存起來，以供負載應用。由于太陽能光伏發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池才能使負載正常工作。太陽能電池產生的電能以化學能的形式儲存蓄電池中，在負載需要供電時，蓄電池將化學能轉換為電能供應給負載。

蓄電池的特性直接影響太陽能光伏發電系統的工作效率、可靠性和價格。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能夠滿足負載用電的前提下，把白天太陽能電池組件產生的電能盡量存儲下來，同時還要能夠存儲預定的連續陰雨天時用電負載需要的電能。蓄電池容量受到末端負載需用電量，日照時間(發電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的負載需用電量和連續無日照時間決定，因此蓄電池的性能直接影響著太陽能光伏發電系統的工作特性。

綜合分析各種蓄電池的特性，由于鉛酸蓄電池具有良好的性價比，而且能量密度也能達到系統設計的要求，因此在這些蓄電池之中，性價比很高的鉛酸蓄電池最適合應用于光伏發電系統，鉛酸蓄電池歷史最悠久，應用依然十分廣泛，鉛酸蓄電池于1859年由普蘭特（Plante）發明，至今已有150多年歷史。一百多年來，鉛酸蓄電池的工藝、結構、生產、性能和應用都在不斷發展，科學技術的發展給古老的鉛酸蓄電池帶來蓬勃的生機。

鉛酸蓄電池在近代有了重大改革，性能有了極大飛躍。主要標志是20世紀70年代研發的閥控密封式鉛酸（Valve-Regulated Lead Acid Battery VRLA）蓄電池。美國Gates Energy Products Inc首創超細玻璃纖維吸液式全密封技術，從而發展了鉛酸蓄電池。近十來年中，又進一步提高雙極性VRLA蓄電池和水平式電極VRLA蓄電池性能。在雙極性VRLA蓄電池中引入強力薄板兩側為正負活性物質的雙極性電極，使內阻大大降低，從而大大提高比能量和充電速度，這種VRLA蓄電池能量高、成本低、壽命長（十年）、容量大（是普通鉛酸蓄電池的二倍）、不漏液、安全、不污染、可回收、免維護、使用方便。對于新發展的雙極性和水平式VRLA蓄電池，C/3放電比能量≥50Wh/kg，顯示了優良的性能。

3.膠體鉛酸蓄電池

膠體鉛酸蓄電池簡單的說就是使用膠體電解液的蓄電池。膠體鉛酸蓄電池屬于鉛酸蓄電池的一種，其最簡單的做法是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電解液變為膠態。膠體鉛酸蓄電池與普通鉛酸蓄電池的區別不僅在于電液改為膠凝狀，進一步發展至電解質基礎結構的電化學特性研究，以及在板柵和活性物質中的應用推廣。例如采用非凝固態的水性膠體鉛酸蓄電池，從電化學分類和特性看同屬膠體鉛酸蓄電池。又如在板柵中使用高分子材料，俗稱陶瓷板柵，是膠體鉛酸蓄電池的特點。近期已有實驗室在極板配方中添加一種靶向偶聯劑，大大提高了極板活性物質的反應利用率。

膠體鉛酸蓄電池為密封結構、電解液凝膠、無滲漏、充放電無酸霧、無污染，是國家大力推廣應用的環保產品。膠體鉛酸蓄電池最重要的特點為：放電曲線平直，拐點高，比能量特別是比功率要比普通鉛酸蓄電池大20%以上，壽命一般也比普通鉛酸蓄電池長一倍左右，充電接收能力強；自放電小，耐存放；過放電恢復性能好，大電流放電容量比普通鉛酸蓄電池增加30%以上；低溫性能好，高溫特性穩定，滿足65℃甚至更高溫環境使用要求；循環使用壽命長，可達到800～1500充放電次，單位容量工業成本低于普通鉛酸蓄電池，經濟效益高。

膠體的質量和灌裝工藝對膠體鉛酸蓄電池的質量有重要的影響，而膠體鉛酸蓄電池的設計、制造工藝和應用條件（尤其是充放電工藝）都制約著膠體鉛酸蓄電池的性能。膠體的特性必須和蓄電池的結構及使用條件相互適用。密封蓄電池的結構和使用條件有利于膠體的穩定，膠體的特性使密封蓄電池的性能更加完美?，F代優良的膠體鉛酸蓄電池都是閥控式密封鉛酸蓄電池（Valve-Regulated Lead Acid Battery，VRLA），而用普通鉛酸蓄電池半成品不經改動制成的膠體鉛酸蓄電池也是頗有爭議的問題。

膠體灌裝、凝膠穩定性和確保蓄電池容量是膠體鉛酸蓄電池的三項關鍵技術。德國陽光公司生產的膠體鉛酸蓄電池的膠體粘度很低，用常壓自然法灌裝膠體鉛酸蓄電池。即使大型膠體鉛酸蓄電池也像灌注稀硫酸一樣灌滿膠體鉛酸蓄電池。膠體在蓄電池中充分凝膠，在極群內外上下都呈均勻的糊狀凝膠，在膠體鉛酸蓄電池整個壽命期間，完全沒有液化現象，這是我國生產的膠體鉛酸蓄電池很難做到的。陽光公司的技術是世界最先進的，其Dryfit系列膠體鉛酸蓄電池安全可靠，壽命長，是世界上最優良的膠體鉛酸蓄電池。但是，陽光公司生產的膠體鉛酸蓄電池的比能量和大電流放電不及AGM-VRLA蓄電池（即采用超細玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛酸蓄電池）。另外，陽光公司的極板化成工藝復雜，生產周期長，有的品種膠體鉛酸蓄電池需經10次充放電循環才出廠，降低了生產效率，增大了產品成本，不利于大規模的產品開發和市場競爭。

閥控式密封鉛酸蓄電池通過兩種方式來固定電解液，一種為通過AGM來固定電解液。另外一種為膠體結構，即通過膠體來固定電解液。但是美國的C&D技術公司將兩種方式結合起來固定電解液，稱為復合技術。在膠體鉛酸蓄電池的定義中，只提到電解液為凝膠狀(比較直觀的認識為果凍狀)，沒有對隔板的使用做出規定，所以只要使用凝膠來固定電解液的蓄電池就可稱為膠體鉛酸蓄電池。

不管使用液態二氧化硅和氣相二氧化硅，其成膠的原理是相同的，它們之間存在粒徑和純度的差異，所以加入蓄電池后，對蓄電池的性能有比較大的影響。凝膠的強度與二氧化硅的含量和酸的含量成正比，強度越大，其水化和破裂的可能性越小。

蓄電池的內阻與膠體中的二氧化硅的含量成正比，所以膠體鉛酸蓄電池的高倍率性能(3C以上)比相同的結構的AGM-VRLA蓄電池差，但額定容量比相同結構的AGM-VRLA蓄電池大5～10%。使用PVC-SiO2或者酚醛樹酯等專用隔板的膠體鉛酸蓄電池，由于二氧化硅的含量的關系，使其額定容量比AGM-VRLA蓄電池小一些。如使用PVC或PE做隔板，二氧化硅的含量要相當高才能形成穩定的膠體。用復合技術生產的膠體鉛酸蓄電池，其浮充壽命為相同結構的AGM-VRLA蓄電池的1.5～2倍，循環能力可以提高20%。

國際上的生產鉛酸蓄電池的大公司幾乎都生產膠體鉛酸蓄電池，如：德國的陽光、哈根，美國的DEKA，Trojan，Exide，SEC等，但日本的YUASA不生產膠體鉛酸蓄電池，但其UXL系列蓄電池中有膠體成分，其主要作用是為了減輕電解液的分層現象。在應用方面主要在太陽能、動力蓄電池等方面，其市場比較大，價格比AGM-VRLA蓄電池高20%左右。