鉅大LARGE | 點擊量：671次 | 2019年04月27日
怎樣延長UPS中電池組的使用壽命？如何降低UPS電源總故障率？
在線式UPS電源，因為它的電路設(shè)計合理，驅(qū)動功率元件容量所取的余量大，因而電源電路故障率很低，相比之下，由電池組所引發(fā)的故障率上升至60％以上?？梢?，正確地使用和維護好電池是延長電池組壽命、降低UPS電源總故障率的關(guān)鍵因素之一。
1、定期檢查各單元電池的端電壓和內(nèi)阻。對12V單元電池來說，在檢查中如果發(fā)現(xiàn)各單元電池間的端電壓差超過0.4V以上或電他的內(nèi)阻超過80mΩ以上時，應(yīng)該對各單元電池進行均衡充電，以恢復(fù)電池的內(nèi)阻和消除各單元電池之間的端電壓不平衡。均衡充電時充電電壓取13.5～13.8V即可。經(jīng)過良好均衡充電處理的電池絕大多數(shù)都可將其內(nèi)阻恢復(fù)到30mΩ以下。
UPS電源在運行過程中，由于各單元電池特性隨時間變化而產(chǎn)生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS電源內(nèi)部的充電回路來消除的，所以對這種特性已發(fā)生明顯不均衡性的電池組，若不及時采取脫機均充處理的話，其不均衡度就會越來越嚴重。
2、重新浮充，UPS電源停機10天以上，在重新開機之前，應(yīng)在不加負載的條件下啟動UPS電源以利用機內(nèi)的充電回路重新對蓄電池浮充10～12h以上再帶載運行。
UPS電源長期處于浮充狀態(tài)而沒有放電過程，相當于處在“儲存待用”狀態(tài)。如果這種狀態(tài)持續(xù)的時間過長，造成蓄電池因“儲存過久”而失效報廢，它主要表現(xiàn)為電池內(nèi)阻增大，嚴重時內(nèi)阻可達幾Ω。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們發(fā)現(xiàn)：在室溫20℃下，存儲1個月后，電池可供使用的容量為其額定值的97%左右，如果儲存6個月不用，它的可使用容量變?yōu)轭~定容量的80％。如果儲存溫度升高，它的可使用容量還會降低。
因此建議用戶最好每隔20°C個月有意地拔掉市電輸入，讓UPS電源工作于由蓄電池向逆變器提供能量的狀態(tài)。但這種操作不宜時間過長，在負載為額定輸出的30％左右時，約放電10min即可。
3、減少深度放電，電池的使用壽命與它被放電的深度密切相關(guān)。UPS電源所帶的負載越輕，市電供電中斷時，蓄電他的可供使用容量與其額定容量的比值越大，在此情況下，當UPS電源因電池電壓過低而自動關(guān)機時電池被放電的深度就比較深。
實際過程如何減少電池被深度放電的事情發(fā)生呢？方法很簡單：當UPS電源處于市電供電中斷，改由蓄電池向逆變器供電狀態(tài)時，絕大多數(shù)UPS電源都會以間隙4s左右響一次的周期性報警聲，通知用戶現(xiàn)在是由電池提供能量。當聽到報警聲變急促時，就說明電源已處于深度放電，應(yīng)立即進行應(yīng)急處理，關(guān)閉UPS電源。不是迫不得以，一般不要讓UPS電源一直工作到因電池電壓過低而自動關(guān)機才結(jié)束。
4、利用供電高峰充電，對于UPS電源長期處于市電低電壓供電或頻繁停電的用戶來說，為防止電池因長期充電不足而過早損壞，應(yīng)充分利用供電高峰（如深夜時間）對電池充電以保證電池在每次放電之后有足夠的充電時間。一般電池被深度放電后，再充電至額定容量的90%至少需要10～12h左右。
5、注意充電器的選用。UPS電源用的免維護密封電池不能用可控硅式的“快速充電器”進行充電。這是因為這種充電器會造成蓄電池同時處于既“瞬時過流充電”又“瞬時過壓充電的惡劣充電狀態(tài)。這種狀態(tài)會使電池可供使用容量大大下降，嚴重時會使蓄電池報廢。在采用恒壓截止型充電回路的UPS電源時，注意不要將電池電壓過低保護工作點調(diào)得過低，否則，在它充電初期容易產(chǎn)生過流充電。當然，最好選用既具有恒流，又有恒壓的充電器對其進行充電。
6、保證電源環(huán)境溫度。電池可供使用的容量與環(huán)境溫度密切相關(guān)。一般情況下，電池的性能參數(shù)都是室溫為20℃條件下標定的，當溫度低于20℃時，蓄電他的可供使用容量將會減少，而溫度高于20℃時，其可供使用的容量會略有增加。不同廠家不同型號的電池受溫度影響的程度不同。據(jù)統(tǒng)計，在-20℃時，蓄電池可供使用容量只能達到標稱容量的60％左右。可見溫度的影響不可忽視。
當然，要延長電池組的使用壽命不但在維護使用上要注意，而且在選擇時就應(yīng)充分考慮負載特性（電阻性、電感性、電容性）及大小。不要長期使電池處于過度輕載運行，以免電池放電電流過小導(dǎo)致電池報廢。這種系統(tǒng)名為Amonix7700聚光光伏太陽能電力生產(chǎn)器使用原由NREL的科學(xué)家們研發(fā)的高效多樞紐光伏電池。這些電池沒有使用傳統(tǒng)的硅，而使用砷化銦鎵及磷化鎵制成，在實驗室條件下，這些電池可以將其吸收的太陽光的41.6%轉(zhuǎn)化成電力。
盡管實產(chǎn)電池的性能通常不如其在實驗室條件下的性能，但為Amonix7700生產(chǎn)的這些電池在實地測試中在組件層面可以取得31%的轉(zhuǎn)化效率，在系統(tǒng)層面可以取得26%的轉(zhuǎn)化效率。
據(jù)NREL稱，31%和26%這兩個比例數(shù)據(jù)是集中式光伏系統(tǒng)（CPV）所取得的最高的轉(zhuǎn)化效率，這使Amonix7700系統(tǒng)可以比太陽能世界現(xiàn)在可用的任何系統(tǒng)都取得更多的“單位英畝能源”。
7700系統(tǒng)使用丙烯酸菲涅爾透鏡，聚光程度可以達到通常程度的500倍，并將其導(dǎo)向7560個多樞紐光伏電池。一塊用于傳統(tǒng)太陽能面板的六平方英寸的硅晶片可以生產(chǎn)大約2.5瓦的電力，而在7700系統(tǒng)中，同樣大小的晶片被切割進數(shù)百個電池中，然后與菲涅爾透鏡鏡片搭配，可以生產(chǎn)出超過1500瓦的電力。這減少了500倍的對于電池區(qū)域的需求。
20個單位的Amonix7700只占5英畝的土地，并可以生產(chǎn)超過1兆瓦的額定功率，這相當于為超過750戶家庭供應(yīng)足夠的電力。一個53千瓦的7700系統(tǒng)有著一個雙軸追蹤器，在白天可以追蹤太陽光，在極端風力的情況下，也可以重新配置以保護電池板。驅(qū)動該追蹤器的能源只占系統(tǒng)輸出功率的1%。
7700系統(tǒng)還將晶片、電池及配置結(jié)構(gòu)整合成一個單一單元，這節(jié)省了成本。這也使其便于運輸，也便于快速安裝。
Amonix擁有15年的開發(fā)CPV系統(tǒng)的經(jīng)驗，而NREL有著在光伏技術(shù)方面超過30年的研發(fā)經(jīng)驗。雙方的合作將高效的多樞紐太陽能電池與Amonix的CPV系統(tǒng)結(jié)合起來，此項合作是通過由美國能源部的“太陽能科技計劃”資助的“高性能光伏項目”來完成的。激光制造
激光器是生產(chǎn)薄膜太陽能電池模塊的重要工具，特別是高性能超短脈沖激光器，其能提供持續(xù)時間僅幾個皮秒的超短脈沖，這不但能幫助制造商提高產(chǎn)量，而且還能優(yōu)化加工工藝。目前，在針對解決未來能源問題的討論中，光伏能源作為一種可再生能源扮演著重要角色。技術(shù)進步是實現(xiàn)電能平價消費的一個至關(guān)重要的前提條件，比如通過技術(shù)進步將光伏發(fā)電的成本降低到接近傳統(tǒng)能源的成本。
目前，晶硅太陽能電池是光伏市場中的主導(dǎo)產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)換效率最高達20%。在晶硅太陽能電池的制造過程中，激光器主要用于晶圓切割和邊緣絕緣。在激光邊緣絕緣過程中，激光輔助摻雜（doping）工藝用于防止電池正面與背面之間的短路而引起的功率損失。越來越多的激光器被用于激光輔助摻雜工藝中，以改善載流子的遷移率，特別是對于電極的接觸指而言尤為如此。在過去的幾年中，薄膜太陽能電池取得了巨大的發(fā)展，業(yè)界專家們更是希望其未來能在光伏市場中占據(jù)大約20%的市場份額。
薄膜太陽能電池中所采用的膜層只有幾微米厚，因此其在生產(chǎn)中便能節(jié)約大量材料。在薄膜太陽能電池的制造過程中，激光發(fā)揮著決定性的作用。在整個制造過程中，激光將電池結(jié)構(gòu)化并連接成模塊，并對模塊進行相應(yīng)的刻蝕處理，進而保證所需要的絕緣性能。
成熟的激光刻線工藝
在非晶硅或碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池模塊的生產(chǎn)過程中，導(dǎo)電薄膜和光伏薄膜被沉積在大面積玻璃基板上。每層薄膜被沉積后，均利用激光對膜層進行刻蝕，并使各個電池之間自動串聯(lián)起來。這樣，就能夠根據(jù)電池寬度設(shè)定電池和模塊的電流。精確的選擇性非接觸式激光加工，能夠可靠地集成到薄膜太陽能電池模塊的生產(chǎn)線中。人們通常所說的刻線（見圖2）就是單個激光脈沖刻蝕的一個連貫過程，該脈沖聚焦后光斑大小為30~80μm，因此在P1層刻線中，要采用脈寬為幾十納秒（10~80ns）的脈沖光對玻璃基底進行刻蝕。
透明導(dǎo)電氧化物（TCO，如ZnO和SnO2）通常使用近紅外激光和相對較高的脈沖重復(fù)頻率進行加工。通常需要的脈沖重復(fù)頻率要超過100kHz。較高的脈沖重復(fù)頻率能夠確保切口處的徹底清潔。
根據(jù)材料對激光的吸收系數(shù)的不同，需要為特定的加工工藝選擇合適的激光波長。綠激光對于硅的破壞閾值遠低于其對TCO的破壞閾值，因此綠激光可以安全透過TCO膜層后，對吸收層進行刻線。P2層和P3層的刻線機理與P1層相同。P2層、P3層相對于P1層的工藝參數(shù)已經(jīng)在上面列出。
單脈沖刻線機理本身的特征對脈沖重復(fù)頻率提出了一定的限制。為了防止接觸面半導(dǎo)體層的脫落，加工過程中需要的典型脈沖重復(fù)頻率為35~45kHz。常用的刻蝕閾值約為2J/cm2，也就是能將25μJ的激光能量聚焦到直徑為40μm的面積上，其平均功率非常低。由于綠光激光器的平均功率均為數(shù)瓦量級，因此能夠?qū)⒐馐止夂筮M行多光束并行加工，從而進一步提高工作效率。
對于P1、P2和P3層的刻線應(yīng)用而言，用于微加工應(yīng)用的、輸出波長為1064nm和532nm的結(jié)構(gòu)小巧緊湊的二極管泵浦激光器，無疑是無疑是一種理想的選擇，并且這種激光器能夠提供極高的脈沖穩(wěn)定性。這類激光器的脈沖持續(xù)時間為8~40ns，脈沖重復(fù)頻率為1~100kHz。
清除保護
為了防止太陽能電池模塊被腐蝕或短路，必須要在其邊緣留出大約1cm寬邊緣，用于接下來整個電池模塊的封裝。目前多使用噴砂的方法來清除這個邊緣。盡管噴砂方法的投資成本較低，但是這個過程卻會帶來磨損、砂的清除以及防塵污染方面的成本。薄膜太陽能電池模塊的生產(chǎn)需要潔凈的、經(jīng)濟實惠的解決方案，激光加工方案無疑是最佳選擇。通過提高激光的平均功率，能夠獲得卓越的加工質(zhì)量。激光加工可以實現(xiàn)大約50cm2/s的去除速度，甚至在30s之內(nèi)就能加工完成一塊標準尺寸的太陽能電池模塊。
事實上，用同一個脈沖就可以清除所有的邊緣薄膜層，并且清除速率的提高與激光的平均功率密切相關(guān)。具有高平均功率和高脈沖能量的激光，可以一次性清除特定的區(qū)域。最適用這種加工應(yīng)用的是采用光纖傳輸?shù)募す馄飨到y(tǒng)，其輸出方形或矩形光斑。激光經(jīng)過光纖傳輸后能量分布更加均勻，從而實現(xiàn)清除效果的高度一致性。利用光斑的平行組合，加工效率能比采用傳統(tǒng)光纖提高50%以上，同時還在保證加工安全的前提下降低了脈沖重復(fù)頻率。另外，還可以與掃描振鏡結(jié)合適用，以減少加工過程中的非生產(chǎn)周期。當然，激光器也應(yīng)提供相應(yīng)的分時輸出選擇，來減少非生產(chǎn)時間。此外，可以采用幾個不同的工作站共享同一臺激光器的加工方案，這樣就可以做到產(chǎn)品的上下料時間并不影響激光器的生產(chǎn)效率。
未來的激光工藝
CI（G）S太陽能電池模塊制造中特殊材料的使用，對激光加工技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。如果適用的基底材料為玻璃，那么鉬材料就被沉積到玻璃上。但是由于鉬具有熔點高、熱傳導(dǎo)性好以及高熱容等特性，導(dǎo)致加熱時會出現(xiàn)裂紋和脫落現(xiàn)象。由于這些缺點在用納秒激光進行加工時是無法避免的，因此激光器的使用與所獲得的加工質(zhì)量密不可分。同樣，吸收層材料對熱也具有相當?shù)拿舾行裕⊿e）相對于銅（Cu）、銦（In）、鎵（Ga）等金屬材料的熔點要低，它會在低溫時就能從粘合的地方分離。這種一來，沒有了硒層的半導(dǎo)體就變成了合金層，導(dǎo)致通過長脈沖激光產(chǎn)生的熱量使邊緣短路。
皮秒激光器將為上述問題提供理想的解決方案。用超短脈沖激光去除薄膜材料，不會產(chǎn)生嚴重的邊緣熱影響區(qū)。波長為1030nm、515nm和343nm的高性能皮秒激光器，可應(yīng)用于CI（G）S薄膜太陽能電池模塊的結(jié)構(gòu)化。超短脈沖激光器將會取代機械刻劃工藝，進一步提高加工質(zhì)量和加工效率。
激光應(yīng)用前景未來激光技術(shù)有望在光伏制造過程中獲得更多應(yīng)用空間，如晶硅太陽能電池鈍化層的選擇性燒蝕，具有高光束質(zhì)量的超短脈沖和高脈沖能量的激光特別適合這類應(yīng)用。目前，市場上只有碟片式激光技術(shù)能夠滿足這個標準。碟片激光器的輸出功率可調(diào)，能實現(xiàn)更高的生產(chǎn)量，而且其輸出的超短脈沖所擁有的卓越的光束質(zhì)量，能顯著提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
激光技術(shù)已經(jīng)在太陽能電池生產(chǎn)中贏得了一席天地，并且其選擇性、非接觸式的加工工藝也已經(jīng)超越了其他工藝。隨著太陽能電池生產(chǎn)所面臨的成本壓力日趨增大，將會促使高功率、高性能激光器在大規(guī)模生產(chǎn)中被廣泛采用。而且，具有超短脈沖的新激光技術(shù)也將帶來新的生產(chǎn)工藝。未來，激光技術(shù)的進步與廣泛采用，必將大幅太陽能電池生產(chǎn)的每瓦成本。
