太陽能蓄電池（Solar energy storage battery）一般是指太陽能發電系統中的蓄電池，其主要負責在太陽能發電的時候把電能儲存起來，在不發電的時候使用，或者在太陽能不足時充電使用。太陽能發電系統配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和堿性蓄電池。
儲能電池是太陽能光伏發電系統不可缺少的存儲電能的部件。其主要功能是存儲光伏發電系統的電能，并在日照量不足、夜間以及應急狀態時為負載供電。從2011年到2020年，中國太陽能發電的市場主流將會由獨立發電系統轉向并網發電系統，包括沙漠電站和城市屋頂發電系統。太陽能直接轉化的電能不能一直滿足用電負載的需求，需要用儲能裝置進行能量調節。所以太陽能光伏系統要求性能穩定，價格低廉的蓄電池作為配套設備。
2023年，中國“新三樣”產品出口額突破萬億，同比增長29.9%。綠色低碳產業強勁，成為中國經濟增長新亮點。中國綠色產品供給能力提升，多晶硅、硅片、電池、組件產量全球占比超70%，新能源汽車產銷量連續8年全球第一。
發展歷程
太陽能是清潔、高效且永不衰竭的能源，被各國政府視為可持續發展戰略的關鍵。由于資源和環保壓力，太陽能將在全球能源結構中占據重要地位，成為理想的替代能源。
90年代以來，太陽能光伏市場以年均16%的速度遞增，近幾年以25%～30%的速度增長，太陽能已成為全球發展速度最快的能源。2006年，中國太陽能電池生產能力已超過300MW，而到2010年以前，中國太陽電池多數是用于獨立光伏發電系統，從2011年到2020年，中國太陽能發電的市場主流將會由獨立發電系統轉向并網發電系統，包括沙漠電站和城市屋頂發電系統。太陽能直接轉化的電能不能一直滿足用電負載的需求，需要用儲能裝置進行能量調節。所以太陽能光伏系統要求性能穩定，價格低廉的蓄電池作為配套設備。
2023年，中國電動載人汽車、鋰離子蓄電池和太陽能蓄電池“新三樣”產品出口首破萬億元大關，同比增長29.9%。以“新三樣”為代表的綠色低碳產業發展強勁，成為中國經濟增長新亮點。“新三樣”的不俗表現顯示了中國綠色產品供給能力的提升。通過產業鏈強鏈補鏈和產業基礎再造，以及關鍵技術攻關，中國多晶硅、硅片、電池、組件產量全球占比均超過70%，新能源汽車產銷量連續8年居全球第一位。
工作原理
鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池的工作過程就是通過電化學反應將電能轉化為化學能，再將化學能轉化為電能的過程，其電化學反應過程如下：
放電過程：PbO2（正極）＋2H2SO4（電解液）＋Pb（負極）→PbSO4（正極）＋2H2O（水）＋PbSO4（負極）
充電過程：PbO2（正極）＋2H2SO4（電解液）＋Pb（負極）←PbSO4（正極）＋2H2O（水）＋PbSO4（負極）
鉛酸蓄電池在充電和放電過程中的可逆反應理論比較復雜，目前公認的是“雙硫酸化理論”。該理論的含義為鉛酸蓄電池在放電后，兩電極的活性物質和硫酸發生作用，均轉變為硫酸化合物——硫酸鉛；充電時又恢復為原來的鉛和二氧化鉛。
由于鉛酸蓄電池技術的發展，后期有了閥控和密封型鉛酸蓄電池，其基本原理與上面的化學反應相同。在蓄電池充電后期，在正極板產生氧氣，在負極板產生氫氣。為了解決充電后期水的電解，閥控蓄電池將原有的柵板進行了改進，采用了鉛鈣合金柵板，這樣提高了釋放氫氣的電勢，抑制了氫氣的產生，從而減少了氣體釋放量，使自放電率降低。同時，利用負極活性物質海綿狀鉛的特性，與氧氣快速反應，使負極吸收氧氣，抑制水的減少。在充電最終階段或在過充電時，充電能量消耗在分解電解液的水上，使正極板產生氧氣，此氧氣與負極板的海綿狀鉛以及硫酸起反應，使氧氣再化合為水。同時，一部分負極板變成放電狀態，因此也抑制了負極板氫氣的產生。與氧氣反應變成放電狀態的負極物質經過充電又恢復到原來的海綿狀鉛，由此導致電池在浮充過程中產生的氣體90%以上被消除，少量氣體通過可閉的閥控制排放，這就實現了有條件的密封，即閥控密封蓄電池。
鋰離子電池
鋰離子電池作為一種化學電源，正極材料通常由鋰的活性化合物組成，負極則是特殊分子結構的石墨礦，常見的正極材料主要成分為LiCoO2。充電時，加在電池兩極的電動勢迫使正極的化合物釋放出鋰離子，穿過隔膜進入負極分子排列呈片層結構的石墨中；放電時，鋰離子則從片層結構的石墨中脫離出來，穿過隔膜重新和正極的化合物結合。隨著充放電的進行，鋰離子不斷地在正極和負極中分離與結合。鋰離子的移動產生了電流。鋰離子電池具有高容量、重量輕、無記憶等優點，其主要缺點是價格昂貴。
基本構造
太陽能蓄電池的作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：自放電率低、使用壽命長、深放電能力強、充電效率高、少維護或免維護工作溫度范圍寬、價格低廉。中國太陽能發電系統配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和錫鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業密封式免維護鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為2VDC；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為12VDC。
主要分類
在太陽能光伏發電系統中，常用的儲能電池有鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池、鎳氫蓄電池等，由于性能及成本的原因，應用最多、最廣泛的還是鉛酸蓄電池。
鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池的儲能方式是將電能轉換為化學能，需要時再將化學能轉換為電能。由于組成蓄電池正極的材料是氧化鉛，負極是鉛，而電解液主要是硫酸，所以稱為鉛蓄電池。
鉛酸蓄電池按產品的結構形式不同，可分為開口式、閥控密封免維護式和閥控密封膠體式等幾種；按使用環境及場合不同，可分為移動式和固定式兩種。在太陽能光伏發電系統中應用最多的是固定式閥控密封免維護鉛酸蓄電池和閥控密封膠體蓄電池。
堿性蓄電池
常見的堿性蓄電池有鐵、鎘鎳、氫鎳、氫化物鎳和鋅銀電池等，其結構與鉛酸蓄電池相同，有極板、隔離物、容器和電解液。以常用的鎘鎳堿性蓄電池為例，正極板為氫氧化鎳，負極板為鎘，電解液為氫氧化鉀水溶液加適量的氫氧化鋰，同時具有隔膜。其工作原理與鉛酸蓄電池的工作原理相同，只是其電解液和化學反應不同。
堿性蓄電池與鉛蓄電池相比，主要優點是對過充電和過放電的耐受能力強，反復深放電對蓄電池壽命無大的影響，在高負載和高溫條件下仍具有較高的效率，循環壽命長；但其也有一定的缺點，如內阻大，由于電動勢小，輸出電壓較低，價格高（為鉛酸蓄電池的4～5 倍）。雖然堿性蓄電池有許多優點，但從總的性能價格比分析，鉛酸蓄電池在光伏發電系統中仍占有相當的優勢。
鎳氫電池
鎳氫電池主要由氫氧化鎳正極、儲氫合金負極、隔膜紙、電解液、鋼殼、頂蓋、密封圈等組成。在圓柱形電池中，正負極由隔膜紙分開后卷繞在一起，然后密封在鋼殼中。在方形電池中，正負極由隔膜紙分開后疊成層狀密封在鋼殼中。鎳氫電池具有功率大、重量輕、壽命長等優點，其能量密度比鎳鎘電池大2倍，工作電壓與鎳鎘電池相同。鎳氫電池具有良好的過充電和過放電性能，且基本消除了“記憶效應”。鎳氫電池的缺點是隨著容量的增加，自放電效應也在不斷加劇。在放置兩個月后許多鎳氫電池的電量減少到原有容量的50%以下。過高的環境溫度也會加速它的自放電。
鋰離子電池
鋰電池分為一次鋰電池和二次鋰電池。一次鋰電池是以鋰金屬為陽極，MnO2等材料為陰極；二次鋰電池（又稱為鋰離子電池）是以鋰離子和炭材料為陽極，MnO2等為陰極，鋰離子電池可作為太陽能光伏中的儲能電池。鋰離子電池具有高容量、重量輕、無記憶等優點，其主要缺點是價格昂貴。
磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池是一種以磷酸鐵鋰為正極材料的新型鋰離子電池。它具有超長壽命、使用安全、耐高溫等特點，完全符合現代動力電池和儲能電池的發展需要。磷酸鐵鋰電池主要應用于電動自行車、電動工具、電動汽車、特種車輛、汽車啟動電源、UPS、礦燈電源、太陽能儲能等領域。磷酸鐵鋰電池具有良好的電化學性能，充放電性能十分平穩，在充放電過程中電池結構穩定、無毒、無污染、安全性能好，其材料來源廣泛。
磷酸鐵鋰電池相對于鉛酸電池具有比能量高、重量輕、體積小、環保、無污染、免維護、壽命長和100%安全等優點。在80%深度放電條件下，循環壽命大于2000次，無記憶效應；在深度放電狀態下，仍能提供高功率輸出；可高倍率放電，可接受快充；高低溫適應性能好，高溫性能優異。
膠體蓄電池
膠體蓄電池屬于鉛酸蓄電池的一種發展分類，最簡單的做法，是在硫酸中添加增稠劑，使硫酸液變為膠態。電液呈膠態的電池通常稱為膠體電池。膠體蓄電池與常規鉛酸蓄電池的區別不僅僅在于電液改變為膠凝狀,它從最初理解的電解質膠凝，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。其最重要的特點是，以較小的工業代價，沿已有150多年歷史的鉛蓄電池工業路子制造出更優質的電池。
膠體蓄電池具有以下一些性能和特點：（1）密封結構，電解凝膠，無滲漏；(2）充放電無酸霧、無污染；（3）容量高，與同級鉛酸蓄電池相比增加10%—20%容量；（4）自放電小，耐存放；（5）過放電恢復性能好，大電流放電容量比鉛酸蓄電池增加30%以上。（6）低溫性能好，滿足－30—50℃啟動要求；（7）高溫特性好且穩定，滿足65℃甚至更高溫度環境使用要求；（8）循環使用壽命長，可達到800-1500次充放；（9）單位容量工業成本低于鉛酸蓄電池，經濟效益高。
主要特性
在太陽能光伏發電系統中，蓄電池是重要的組成部分，約占系統價值的20%～30%。太陽能貯能系統的使用情況與通常VRLA電池的使用條件差別較大，它放電電流較小，放電深度較小。根據系統設計富裕量不同，一般以24小時率放電，放電深度為20%～70%。
多數電池與PV系統被安裝于偏遠地區的室外，所以系統（包括電池）通常工作的環境較為惡劣。比如溫度變化大、海拔高、人工監控和維護困難等。這就要求電池必須具有更加可靠的性能、更加寬泛的操作條件，同時還要有合適的壽命。
太陽能光伏系統中，蓄電池充電由太陽能電池直接提供，其充電電流和充電電壓隨著太陽輻照強度變化而變化，充電電壓不夠（欠充電）和充電電壓過高（過充電）時常發生。另外系統中充電電壓不能根據溫度變化自動調節，易造成高溫條件下蓄電池過充，而低溫情況下蓄電池充電不足，其結果使蓄電池壽命提前終止。
其工作方式屬于典型的PSOC工作，PSOC下工作的時間較多，對電池壽命是個極大考驗。而且在目前使用太陽能光伏系統較多的西部地區交通極不方便，使用維護人員素質不高，人為影響系統的運行質量。
主要作用
技術要求
基本要求
太陽能光伏發電系統對儲能蓄電部件的基本要求：①自放電率低；②使用壽命長；③深放電能力強；④充電效率高；⑤少維護或免維護；⑥工作溫度范圍寬；⑦價格低廉。
預期壽命
太陽能光伏系統中太陽能電池組件壽命達到20年以上，控制器、逆變器的壽命達到10年以上，要求蓄電池組壽命達到5年以上，所以儲能用電池應選擇循環應用的長壽命電池。一般太陽能光伏系統的設計蓄電池循環深度為20%～50%，在50%D.O.D循環深度下，循環壽命應達到1000次以上，國外的專用產品可達2500～3500次，而最常用的AGMVRLA電池難以達到此要求。
應用領域
儲能電池及器件是太陽能光伏發電系統不可缺少的存儲電能的部件。其主要功能是存儲光伏發電系統的電能，并在日照量不足、夜間以及應急狀態時為負載供電。
影響
放電率對蓄電池容量的影響
在太陽能光伏中應用的蓄電池，其放電率一般都較慢，差不多都在 50 hr 以上，而生產廠家提供的蓄電池標稱容量是 10 h 放電率下的容量。因此在設計時要考慮到光伏系統中蓄電池放電率對容量的影響因素，并計算光伏系統的實際平均放電率，根據生產廠家提供的該型號蓄電池在不同放電速率下的容量，就可以對蓄電池的容量進行校對和修正。
環境溫度對蓄電池容量的影響
蓄電池的容量會隨著蓄電池溫度的變化而變化，當蓄電池的溫度下降時，蓄電池的容量就會下降，溫度低于 0℃ 時，蓄電池的容量會急劇的下降。溫度升高時，蓄電池容量略有升高。
發展趨勢
超級電容器
超級電容器（Supercapacitor 或Ultracapacitor）又叫雙電層電容器（Electrical Doule-Layer 電容器）、電化學電容器（Electrochemcial Capacitor，EC）、黃金電容器、法拉電容器等，它的性能介于普通電容器和蓄電池之間，通過極化電解質來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程中并不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此，超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中的陰離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。超級電容器是介于傳統電容器和蓄電池之間的一種新型儲能裝置，它具有功率密度大、容量大、使用壽命長、免維護、經濟環保等優點。
磷酸鐵鋰電池備受青睞
磷酸鐵鋰電池在制作成本上還不能與鉛酸蓄電池抗衡，從而也限制了其廣泛應用，但從長期使用成本上看，磷酸鐵鋰電池更劃算。磷酸鐵鋰電池的優勢是鉛蓄電池無法比擬的，其體積為同容量鉛酸蓄電池的65%，重量為同容量鉛酸蓄電池的1/3 左右，安裝方便，施工和維護成本低，使用壽命是鉛酸蓄電池的5倍以上。
使用和維護
蓄電池是太陽能光伏發電系統中的重要部件，蓄電池的使用壽命也是整個系統中最短的，而投資比重在整個系統中不小于25%，且在整個光伏發電系統的運行壽命周期內更換維護的費用也很高。因此合理的設計，正確的使用和維護，可以有效延長蓄電池的使用壽命和更換周期，降低整個光伏發電系統的運行成本。
蓄電池的貯運
蓄電池的安裝使用
檢查維護與測試
在蓄電池的使用管理中，蓄電池的檢查維護和測試工作必不可少。無論是人工操作維護，還是自動監控管理，都是為了及時檢查和檢測出個別電池的異常故障或影響電池充放電性能的設備系統故障，積極采取糾正措施，確保電源系統穩定可靠運行。蓄電池的檢查維護分為日常維護、季度維護和年度維護。蓄電池的定期測試分為月度測試、季度測試和年度測試。
相關事件
2023年，中國“新三樣”產品出口額突破萬億，同比增長29.9%。綠色低碳產業強勁，成為中國經濟增長新亮點。中國綠色產品供給能力提升，多晶硅、硅片、電池、組件產量全球占比超70%，新能源汽車產銷量連續8年全球第一。
參考資料 >
綠色化重塑制造業未來.今日頭條.2024-01-31