并网型系统配备后备蓄电池

有后备蓄电池的并网型系统也叫做基于蓄电池的市电接入型系统或者基于蓄电池的并网型系统。这种系统能保证电能的连续供给，即便是冰雪风暴摧垮了向您以及电力公司其他150万用户的电力供应。

如图5-3所示，一套有后备蓄电池的并网型系统包含并网型系统的所有元件：①一套PV阵列；②一台逆变器；③安全隔离开关；④一个主接线板；⑤电表，用来跟踪输入和取自电网的电能。虽然有后备蓄电池的并网型系统类似于无蓄电池的并网型系统，但它们在几个方面有显著的不同。

最大的不同之一是逆变器的类型。有蓄电池的并网型系统中的逆变器与无蓄电池的并网型系统中的非常不同，您不能把一个变成另一个，或者用一个代替另一个（我们将在第6章更详细地描述这种差别）。

另一明显的不同是，基于蓄电池的并网型系统需要一套蓄电池组。第三个不同是，要有一块表计，使得运行人员能检测流入和流出蓄电池组的电能。第四个不同是充电控制器。

有后备蓄电池的并网型系统的蓄电池可以是富液铅酸电池，也可以是免维护密封铅酸电池，后者更为常用。因为第7章会讨论蓄电池，我们在此只强调几点重要的考虑。

值得注意的第一点是，并网型系统中的蓄电池组一般较小。这是因为其大小的确定，一般会考虑提供足够的储能让几个关键负荷运行一两天，到这时电力公司也就恢复供电了。关键负荷可能包括几盏灯、冰箱、深井泵、炉子的鼓风机以及燃气或燃油锅炉中的泵。希望或者需要在停电期间保持全功率的人们，必须安装大得多而且花钱更多的蓄电池组，或者安装发电机来满足其用电需求。

还有一点值得说明，在基于蓄电池的并网型系统中，只有在电网故障的时候蓄电池才被召唤至工作状态。他们是后备电源，并额外供电，比如去开动那些超过PV系统发电量的负荷。当需求超过供给，电网来弥补差额，而非蓄电池。当太阳落山，是电网而非蓄电池将变为住宅或公司的电力来源。

还有重要的一点要指出，并网型系统中的蓄电池组保持在充满电的状态，日复一日，从而保证随时可得的电能（万一电网故障的话）。保持蓄电池满充在系统中具有高优先级。因此，无论何时PV阵列发电，首先流入蓄电池（蓄电池在满充状态时需要小量的功率来“浮充”，这将在第7章讲到）。超过这些用于维持浮充之外的所有功率，都被送往住宅中开动的负荷。当发电量超过用电量，剩余的电能就会流出系统，进入电网。不幸的是，一些制造商将其逆变器设计成在夜间或系统不发电期间用市电来维持蓄电池的浮充（小电流）。而另一些制造商的逆变器则在系统不发电的时候（比如夜间）让蓄电池进行短时间休息，然后当第二天太阳升起的时候，再继续对蓄电池组浮充直到满充状态。

图5-3 有后备蓄电池的并网型系统

a）全景图 b）系统接线和系统元件图

长期维持蓄电池组在满充状态需要大量的电能。这就是说，一小部分PV系统发出的电和电网的电被用来保持蓄电池时时处于满充。这会降低系统效率。效率的降低随着蓄电池组的大小而增加，而蓄电池的大小则有赖于需要后备电源的关键负荷的多少。效率的降低也随着蓄电池使用年数的增加而增加。

蓄电池必须有持续的输入，因为它们会自放电。就是说，它们在闲置的时候会损失电能。您应该曾经看到过，这种情况发生在闲置了几个月的闪光灯电池或者汽车蓄电池身上。因此，蓄电池需要持续充电，并由此变成可再生能源系统的常规负荷。

最好的情况下，保持电池充满电会消耗系统发电量的5%～10%。最坏的情况下，就是系统用一套低效且不精细的逆变器来给大型或陈旧的蓄电池组充电时，消耗会达到50%。(www.xing528.com)

并网型系统中的蓄电池组不需要像离网型系统那样认真的监测，但密切关注它们肯定是没错的。当一场冰雪风暴破坏了您家或者公司的供电时，您最不想看到的就是您的蓄电池组在去年就已经失去功效了。由于这个原因，有后备蓄电池的并网型系统通常包括一块表计来监测蓄电池组中存储的电量。这些表计以安时数或千瓦时数的形式给出读数（请参见下文中的“安和安时数”的定义）。您将在第7章中学到更多关于监测蓄电池的表计的内容。

基于蓄电池的系统中的表计通常也显示蓄电池电压。对有经验的可再生能源运行人员来说，蓄电池电压可以给出对蓄电池中能量的大致近似。例如，如果蓄电池没有在充电或者放电，那么电压越高，它具有的能量就越多；电压越低，它存储的能量就越少。因为给电池充电会提高电压，放电则会降低电压，当蓄电池“休息”了几小时后，就是说它们有几小时没有充放电，您只要得到准确的荷电状态的电压就可以了。

安和安时数

电能是导线中的电子流。跟水流过管子一样，电能以变化的速率流过导线。流动的速率，或者说电流取决于电压（电动势）。

通过导体的电子流用安培（A）来计量，或简称“安”（一个安培就是每秒有一定数量的电子经过某个点）。安培数越大，流经电路的电子数就越大。在低压系统中，比如您汽车中的12V系统，与家里的120V电路相比，导体中要流过10倍的电流（A）——如果功率相同的话。换句话说，120V的电路要产生与12V电路相同的功率（W），只需1/10的电流。所以，现代PV系统趋向于用导线连接起来达到较高的运行电压，这使得系统效率更高，造价更低（减小电流会减低线损并且需要更细的导线，所以会省钱）。

为了对发出的电和消耗的电有更好的理解，我们必须考虑一段时间内的能量流动。1安时就是电子以1A（安）的电流流过导线并持续1h（小时）。这个术语也经常用来定义蓄电池的存储容量。例如，一块富液铅酸蓄电池可存储420A·h（安时）的电。因为这个术语不怎么常用，我们推荐把安时数转换为千瓦时数，这个术语更为熟悉（个人购电和电力公司售电，都用千瓦时）。要根据安时数计算千瓦时数，只要把蓄电池的电压乘以其安时数即可。例如，一块6V、420A·h的蓄电池，存储了2520W·h或者说大约2.5kW·h。

有后备蓄电池的并网型系统中的另一个元件是充电控制器，如图5-3所示。充电控制器调节流入蓄电池组的电能，但只在发生停电的时候。它通过监测停电期间蓄电池的电压来做到这一点。当充电控制器“看到”蓄电池充满电（达到“满”电压设置点，面临过充的危险），它会终止电能向蓄电池的流动。这就避免了蓄电池过充，如果过充则会严重损坏铅板。

电网正常运行时，逆变器充当充电控制的角色，它像充电控制器那样监测蓄电池的电压，并把多余的功率送到电网。多余的功率是指超出用来保持蓄电池组正常浮充电压所必需的那些部分（浮充电压是一个预设的电平，它表示蓄电池已经充满了）。

对于基于蓄电池的系统来说，充电控制是必需的，因为过充蓄电池会永久损坏其铅板，急剧降低蓄电池寿命。蓄电池也要防止太过深度的放电，这叫做“过放电”。与过充类似，过放电损坏蓄电池的铅板，急剧降低其寿命。为了防止过放电，充电控制器有一个低压开断器（LVD），不过通常只“覆盖”直流负荷，就是那些从蓄电池组直接抽取直流电供给直流负荷（直流家电和直流照明）的电路。为了防止被交流负荷过放电，多数PV系统依靠逆变器中的低压开断器。如果蓄电池电压降低到太低的话，它就切断逆变器。

当蓄电池中的电量降低到蓄电池储能容量的20%的时候，充电控制器和逆变器中的低压开断器就会终止电能流出蓄电池组。在基于蓄电池的并网型系统中，深度放电是一个小概率事件。通常在市政停电延长时才会发生过放电，就是说，电力公司停电导致用蓄电池给关键负荷供电的时间被延长。

现代的充电控制器和逆变器经常会有一种功能叫做最大功率点跟踪（MPPT）。第7章中将讨论，最大功率点跟踪电路能优化PV阵列的输出，全时保证可能的最大发电量。

市面上大多数的充电控制器也包含高压/低压直流转换功能。您将在第7章学习到，这个特征允许阵列连接起来达到60V或72V（标称值），却仍然可以给12V、24V或48V的蓄电池组充电。这样就削减了“家庭运行”导线的费用。这些导线从阵列到系统元件（就是PV系统的其他部分）的平衡点（BOS），允许阵列放置在离BOS较远的地方。