郭精韜

摘要：隨著發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)成為發(fā)電體系的主力軍。光伏電站是指與電網(wǎng)連接，并向電網(wǎng)中輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于我國(guó)鼓勵(lì)的綠色能源項(xiàng)目。光伏電站主要使用太陽(yáng)能發(fā)電，在發(fā)電過(guò)程中，多余的電量會(huì)被存儲(chǔ)到儲(chǔ)能電池中?；诖?，本文分析當(dāng)前光伏電站儲(chǔ)能電池的發(fā)展情況，討論儲(chǔ)能電池的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展前景，以供參考。

關(guān)鍵詞：光伏電站；儲(chǔ)能電池；發(fā)展

一、光伏電站用儲(chǔ)能電池的重要意義

我國(guó)明確提出，到2030年力爭(zhēng)達(dá)到碳高峰、到2060年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)碳中和，這一發(fā)展目標(biāo)對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展以及世界走向低碳發(fā)展具有重要的意義和作用。碳中和目標(biāo)的設(shè)定將會(huì)讓我國(guó)現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)型，最終走向新能源領(lǐng)域。將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電作為主要形式的二次能源，未來(lái)將會(huì)占據(jù)能源市場(chǎng)的主要地位，而一些煤炭、石油、天然氣為主的傳統(tǒng)能源消費(fèi)量將會(huì)逐漸下降。目前，我國(guó)低碳發(fā)展水平已有所改進(jìn)，但距離碳中和發(fā)展目標(biāo)依舊較遠(yuǎn)，光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性就是其中一個(gè)問(wèn)題。

光伏發(fā)電技術(shù)可以憑借綠色無(wú)污染的可再生能源進(jìn)行發(fā)電，這種發(fā)電技術(shù)已較為普遍，屬于一項(xiàng)較成熟的發(fā)電體系。由于全天太陽(yáng)能分布時(shí)間不一致，導(dǎo)致光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)出的電量有所波動(dòng)。如果不經(jīng)過(guò)處理，直接將太陽(yáng)能光伏板接入電網(wǎng)中，會(huì)導(dǎo)致居民在用電的過(guò)程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此要使用儲(chǔ)能電池。儲(chǔ)能電池的主要意義是存儲(chǔ)光伏發(fā)電過(guò)剩期間產(chǎn)出的電能，在光伏發(fā)電效率下降時(shí)，使用儲(chǔ)能電池放電，原理相對(duì)較簡(jiǎn)單，對(duì)維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定性具有重要作用。

現(xiàn)如今，我國(guó)光伏電站用儲(chǔ)能電池主要使用各類(lèi)儲(chǔ)能電池和儲(chǔ)能裝置，從而順利存儲(chǔ)電能。而在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，較常見(jiàn)的儲(chǔ)能電池主要包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池、鎳氫電池、超級(jí)電容器等類(lèi)型，可以應(yīng)用于光伏發(fā)電的不同場(chǎng)景與不同產(chǎn)品中。

二、光伏電站用儲(chǔ)能電池的種類(lèi)

（一）鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池在充電的過(guò)程中可以將電能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能，在放電時(shí)，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為電能，從而完成電能存儲(chǔ)。鉛酸蓄電池正極使用二氧化鉛，負(fù)極使用鉛，電解液使用硫酸。鉛酸蓄電池的主要特點(diǎn)是電能轉(zhuǎn)化效率較高，可以使用較長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)日常使用過(guò)程中比較穩(wěn)定，屬于安全的蓄電池類(lèi)型。現(xiàn)如今，我國(guó)各個(gè)地區(qū)的儲(chǔ)能、應(yīng)急供電、電力啟動(dòng)基本上都會(huì)選擇鉛酸蓄電池。而作為出現(xiàn)較早的儲(chǔ)能電池種類(lèi)，未來(lái)將會(huì)針對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行進(jìn)一步投資，當(dāng)前鉛酸蓄電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過(guò)1700億元，且還在穩(wěn)步增長(zhǎng)中，可以說(shuō)，我國(guó)已成為世界上較大的鉛酸蓄電池生產(chǎn)國(guó)、出口國(guó)之一。

鉛酸蓄電池的反應(yīng)原理主要為雙基硫酸鹽化理論，在放電過(guò)程中，鉛酸蓄電池正負(fù)極活性物質(zhì)將會(huì)轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，充電時(shí)，硫酸鉛會(huì)在正極轉(zhuǎn)化為二氧化鉛，在負(fù)極轉(zhuǎn)化成為鉛，從而完成電能的存儲(chǔ)與釋放。

（二）磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池屬于一種將磷酸鐵鋰作為正極材料的電池，是較為新穎的鋰離子電池。與鉛酸蓄電池相比，磷酸鐵鋰電池的能量更高，重量更輕，整體存儲(chǔ)效率也更高。同時(shí)，磷酸鐵鋰電池對(duì)溫度不敏感，可以適應(yīng)高溫工作環(huán)境。在使用的過(guò)程中，磷酸鐵鋰不會(huì)對(duì)充電、放電行為產(chǎn)生記憶，因此老化速度較慢，整體較為安全。從電化學(xué)性能的角度看，磷酸鐵鋰電池的充電、放電性能都較好，可以在較高的需求下快速放電，也可以接受大電流充電，是一種較穩(wěn)定的蓄電池。

磷酸鐵鋰電池在80%以上的放電條件下，依舊可以循環(huán)使用2000次，一些加強(qiáng)的磷酸鐵鋰電池使用壽命可以在6000次以上。這說(shuō)明，磷酸鐵鋰電池即使處于深度放電條件下，仍可以保持較高的輸出功率，滿足現(xiàn)代化動(dòng)力電池以及儲(chǔ)能電池的使用需求?，F(xiàn)如今，磷酸鐵鋰電池廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具等領(lǐng)域，汽車(chē)啟動(dòng)、UPS電源、通信基站、新能源儲(chǔ)能、智能微電網(wǎng)領(lǐng)域也開(kāi)始使用這一技術(shù)。

（三）鎳氫電池

鎳氫電池的正極為氫氧化鎳，負(fù)極是儲(chǔ)氫合金，電解液屬于堿性氧化物。鎳氫電池的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用隔膜紙分隔，注入電解液，安裝鋼殼頂蓋，再使用密封圈密封，就可以完成鎳氫電池的組裝。在制作過(guò)程中，將正負(fù)極使用隔膜紙封裝在鋼殼中，制作成圓形電池；也可以使用隔膜紙將正負(fù)極分開(kāi)后進(jìn)行疊加，放置在鋼殼中，制作成方形電池。鎳氫電池的優(yōu)點(diǎn)是功率較大、整體重量較低，可以長(zhǎng)時(shí)間使用，不會(huì)產(chǎn)生較大的污染，能量密度遠(yuǎn)超鎳鎘電池，工作電壓與鎳鉻電池相仿。鎳氫電池除了過(guò)充電與過(guò)放電性能達(dá)標(biāo)外，也具有不記憶功能，因此使用壽命較長(zhǎng)。而鎳氫電池的缺點(diǎn)也較為明顯，容易產(chǎn)生自放電，充滿電放置在自然環(huán)境下，兩個(gè)月后電池的剩余電量減少50%，如果周邊環(huán)境溫度過(guò)高，電池跑電速度會(huì)更快。

（四）超級(jí)電容器

超級(jí)電容器的性能超過(guò)大多數(shù)的蓄電池，是當(dāng)前出現(xiàn)的一種全新儲(chǔ)能設(shè)備，從性質(zhì)上看，超級(jí)電容器屬于電池的一種。超級(jí)電容器的電極材料主要使用碳材料、金屬氧化物、水合物材料、導(dǎo)電聚合物等材料，可以根據(jù)極化電解質(zhì)性能進(jìn)行儲(chǔ)能。

根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行分類(lèi)：首先，根據(jù)電解質(zhì)溶液的不同種類(lèi)將超級(jí)電容器分為水系電解液超級(jí)電容器、有機(jī)電解液超級(jí)電容器、固態(tài)電解液超級(jí)電容器三種類(lèi)型。其次，根據(jù)超級(jí)電容器的電極構(gòu)成將發(fā)生的反應(yīng)種類(lèi)分為對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器和非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器。最后，根據(jù)電極儲(chǔ)能原理的不同以及使用的材料種類(lèi)將超級(jí)電容器劃分成為雙層電容超級(jí)電容器、贗電容超級(jí)電容器、混合型超級(jí)電容器三種類(lèi)型。雙層電容超級(jí)電容器指將電解質(zhì)與電極完成彼此融合，從而形成工作界面，存儲(chǔ)更多能量，而贗電容超級(jí)電容器是利用電極的電化學(xué)活動(dòng)，通過(guò)完成欠電位沉積，開(kāi)展氧化還原反應(yīng)，存儲(chǔ)或吸附電能?；旌闲碗娙萜鲗儆谌碌募夹g(shù)類(lèi)型，這種電容器一端使用較為傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化能量，另一端知識(shí)使用雙電層存儲(chǔ)能量，兩者結(jié)合在一起，將會(huì)產(chǎn)生更高的工作電壓，從而滿足工作需求。

（五）全釩液流電池與鈉硫電池

1.全釩液流電池

這一類(lèi)電池的全稱(chēng)為全返氧化還原液流電池，屬于一種活性物質(zhì)不斷循環(huán)流動(dòng)的氧化還原電池類(lèi)型。全釩液流電池的使用壽命較長(zhǎng)，整體能效較高，具有綠色環(huán)保的特征，已成為一種發(fā)展?jié)摿O大的大容量?jī)?chǔ)能裝置。通過(guò)使用全釩液流電池，可以有效改善電能質(zhì)量，且電池的可靠性較高，無(wú)論是備用電源還是能量管理，都可以發(fā)揮較好的作用。

2.鈉硫電池

鈉硫電池的正極由硫與多硫化鈉熔鹽等活性物質(zhì)共同組成，負(fù)極由熔融金屬鈉組成，電解質(zhì)隔膜使用一種傳導(dǎo)鈉離子的氧化鋁陶瓷復(fù)合材料，外殼使用不銹鋼金屬。一般來(lái)說(shuō)，較常見(jiàn)的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池都屬于固體電極和液體電解質(zhì)，鈉硫電池的正負(fù)極處于熔融狀態(tài)，電解質(zhì)呈現(xiàn)固體狀態(tài)。鈉硫電池需要使用特定的多孔碳或石墨氈導(dǎo)電，導(dǎo)電過(guò)程中鈉離子通過(guò)電解質(zhì)與硫發(fā)生反應(yīng)，完成能量存儲(chǔ)和釋放。

三、常見(jiàn)光伏電站儲(chǔ)能電池的應(yīng)用方向

（一）鉛酸蓄電池的應(yīng)用前景

隨著我國(guó)鉛酸蓄電池技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，鉛酸蓄電池已發(fā)展成閥控式鉛酸蓄電池，這一類(lèi)蓄電池在充電后會(huì)在正極產(chǎn)生氧氣，在負(fù)極產(chǎn)生氫氣，將水進(jìn)行電解化，是一種較常見(jiàn)的蓄電池類(lèi)型。在使用鉛酸蓄電池的過(guò)程中，為了更好地控制氫氣，避免產(chǎn)生過(guò)多氣體影響電池運(yùn)行并減少氣體釋放量，要提高釋放氫氣需要的電位，降低放電率，延長(zhǎng)電池壽命。此外，將閥控式鉛酸蓄電池正極更換為鉛鈣合金柵板是另一種方法，負(fù)極使用海綿鉛，整體反應(yīng)速度較快，反應(yīng)結(jié)果較好。此種方式主要利用與氧氣發(fā)生快速反應(yīng)的關(guān)鍵性質(zhì)，讓負(fù)極吸氧更多，控制反應(yīng)產(chǎn)出的水。為避免氣體影響鉛酸蓄電池的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鉛酸蓄電池上都會(huì)設(shè)施單向排氣閥，一旦氣壓超標(biāo)，就會(huì)向外排出氣體，確保內(nèi)部壓力穩(wěn)定，正是由于這一排氣閥，這一類(lèi)蓄電池被稱(chēng)為閥控式鉛酸蓄電池。在光伏電站運(yùn)行的過(guò)程中，此種蓄電池使用較多，性能穩(wěn)定，工藝較成熟。不過(guò)，也存在易老化、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。

（二）磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用前景

當(dāng)前，磷酸鐵鋰電池已廣泛應(yīng)用于我國(guó)的電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、汽車(chē)啟動(dòng)、UPS電源等領(lǐng)域，也應(yīng)用于我國(guó)的新能源儲(chǔ)能方面。與鉛酸蓄電池相比，磷酸鐵鋰電池的使用壽命更長(zhǎng)，儲(chǔ)能效果更好。未來(lái)，隨著磷酸鐵鋰電池技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，這一技術(shù)將會(huì)憑借安全性能以及成本較低的優(yōu)勢(shì)占有更多的市場(chǎng)。同時(shí)，在同等儲(chǔ)能能力下，磷酸鐵鋰電池的重量是鉛酸蓄電池的三分之一，循環(huán)壽命更是鉛酸蓄電池的五倍以上，過(guò)去使用鉛酸蓄電池的光伏電站，已開(kāi)始更換使用磷酸鐵鋰電池，不僅可以減少人力資源消耗，還能安全充電、放電。

（三）鎳氫電池的應(yīng)用前景

當(dāng)前，鎳氫電池主要應(yīng)用于光伏電站的儲(chǔ)能方面，由于體積較小，也應(yīng)用于一些電力工具、醫(yī)療器械方面，例如，醫(yī)院使用的電動(dòng)起搏器由鎳氫電池供電。一些較小的鎳氫電池也被應(yīng)用于各類(lèi)設(shè)備中，例如，游戲機(jī)手柄、吸塵機(jī)、電動(dòng)牙刷等。鎳氫電池的制造與使用性能已逐漸成熟，我國(guó)也已針對(duì)鎳氫電池建設(shè)了對(duì)應(yīng)的電池產(chǎn)業(yè)，相信未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)光伏電站儲(chǔ)能將會(huì)大范圍推廣鎳氫電池，而這種電池的缺點(diǎn)在于體積較小、儲(chǔ)能能力一般，因此不適合大型光伏電站，適合中小型太陽(yáng)能發(fā)電站。

（四）超級(jí)電容器的應(yīng)用前景

從原理上來(lái)說(shuō)，超級(jí)電容器屬于一種構(gòu)造簡(jiǎn)單的儲(chǔ)能裝置和儲(chǔ)能設(shè)備，無(wú)論是充電還是放電，整體性能都較強(qiáng)，且功率密度大，可以循環(huán)使用，無(wú)需進(jìn)行精細(xì)化維護(hù)，屬于質(zhì)量較高的儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)前，超級(jí)電容器被廣泛用于汽車(chē)電源、電力儲(chǔ)能、航空航天、通信等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊，覆蓋范圍廣泛。

（五）全釩液流電池與鈉硫電池的應(yīng)用前景

1.全釩液流電池

當(dāng)前，全釩液流電池已被正式應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、應(yīng)急發(fā)電裝置、電動(dòng)車(chē)車(chē)用電源等方面，因此，光伏電站的發(fā)電儲(chǔ)能也屬于全釩液流電池的主要應(yīng)用場(chǎng)景，但全釩液流電池成本高，一般的光伏電站無(wú)法承擔(dān)。未來(lái)，隨著傳導(dǎo)膜、電解液等低成本開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的進(jìn)一步發(fā)展與建設(shè)，全釩液流電池的成本有望降低，將其廣泛應(yīng)用于光伏電站儲(chǔ)能方面有著良好的效果，商業(yè)模式也將愈發(fā)多樣化與全面化。

2.鈉硫電池

由于鈉硫電池的特殊性能，鈉硫電池具有較長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，對(duì)于一塊質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鈉硫電池而言，在使用過(guò)程中可以循環(huán)充電放電20000次以上。同時(shí)，鈉硫電池的能量密度較高、功率密度較高，不會(huì)產(chǎn)生自放電問(wèn)題。鈉硫電池?fù)碛?0%以上的充放電轉(zhuǎn)化效率，可以直接在現(xiàn)場(chǎng)安裝，再加上鈉硫電池的整體成本不高，現(xiàn)今已在大容量?jī)?chǔ)能領(lǐng)域中廣泛使用。當(dāng)前，鈉硫電池產(chǎn)業(yè)化條件逐漸成熟，我國(guó)將鈉硫電池正式納入到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展范疇中，主要用于光伏電站的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上說(shuō)述，本文主要分析光伏電站用儲(chǔ)能電池的研究現(xiàn)狀，討論不同儲(chǔ)能電池的性質(zhì)以及反應(yīng)原理，隨后根據(jù)光伏電站對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的需求分析較為合理的儲(chǔ)能設(shè)備。相信未來(lái)，隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)愈發(fā)全面化、高效化、密度化和低成本化，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成過(guò)大的影響與限制。因此，相關(guān)技術(shù)研究人員要深入研究光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)，將其結(jié)合在一起，促進(jìn)我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

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