1 太阳能光伏发电系统对储能环节的基本要求
太阳能发电系统成本高、转化效率低、随环境变化性强，因此对储能环节的要求较高。太阳能光伏发电系统的使用寿命一般是20 年，要求与之配套的储能环节具有使用寿命长、性能稳定、能量效率较高、适应环境能力强等特征。 目前，用于光伏发电系统的储能技术主要分为电化学电池、飞轮、超导线圈等。相比较而言，飞轮储能和超导储能在性能上有着化学电池无可比拟的优势，必将成为储能装置发展的必然趋势，但在现阶段，由于技术和价格的原因，化学电池仍然是太阳能光伏发电储能的主要方式。 将化学电池用作光伏电源的储能环节，就是把化学反应中氧化还原所释放出来的能量直接转变为直流电能供负载使用。目前，可用作太阳能储能单元的电化学介质主要有6种，如表1 所示[1]。 表1 各种蓄电池性能对比
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电化学介质 |
单元电压/V |
评价 |
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铅酸 |
2.0 |
最低成本 |
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镍镉 |
1.2 |
有记忆效应 |
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金属氰化镍 |
1.2 |
对温度敏感 |
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锂离子 |
3.6 |
安全，不含金属性锂 |
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锂聚合物 |
3.0 |
含金属性锂 |
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锌-空气 |
1.2 |
要求良好的空气管理以限制自放电速率 |
在以上6 种蓄电池中，铅酸蓄电池的能量密度较低，但其技术成熟程度和性价比最高，因此目前光伏发电系统的储能单元主要采用阀控密封式铅酸蓄电池组。但是，随着光伏发电的进一步发展，对电池的性能和安全性提出了更高的要求，铅酸电池自身性能的弱点对光伏发电的不利影响日益突出。因此，急需一种高效能的化学电池来担当相应的储能环节。
2 磷酸铁锂电池性能分析
磷酸铁锂电池是近几年发展起来的新型二次电源，具有输入输出功率大、工作温度范围宽、无记忆效应、免维护、拥有2000 次的充放电使用寿命、安全以及绿色环保等特点，正在成为化学电池的主角[2]。
磷酸铁锂电池的主要材料为碳，正极主要材料为磷酸亚铁锂LiFePO4，电解液采用LiPF6有机溶剂，充放电的基本原理是锂离子在正负极之间的嵌入和脱出。
磷酸铁锂电池的电压平台为3.2V，比能量也是铅酸电池的2倍多，而体积比能量是铅酸电池的4～5倍，如果利用磷酸铁锂电池代替铅酸电池用于光伏发电系统，可以大大缩小电池所占空间，降低维护工作量，两种电池常规性能如表2 所示。
图2 磷酸铁锂电池和铅酸电池常规性能表
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项目 |
磷酸铁锂电池 |
铅酸电池 |
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标称电压/V |
3.2 |
2.0 |
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质量比能量/（Wh·kg-1） |
90 |
40 |
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体积比能量/（Wh·L-1） |
190 |
70 |
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自放电（28天）/% |
≤10 |
≤10 |
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工作温度范围/℃ |
-20～55 |
-10～45 |
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最佳工作温度范围/℃ |
5～50 |
～25 |
磷酸铁锂电池可以选择功率型或能量型，适用范围广泛，安全性也较铅酸电池有了较大的改善。同时磷酸铁锂电池的倍率特性为5 C～15 C，转换效率大于95%，而铅酸电池的倍率特性为0.1C～1C，转换效率大于80%。因此，在储能效率方面，磷酸铁锂电池具有明显的优势。
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