铅酸电池是一种利用铅、水和硫酸之间的化学反应来储存电能的可充电电池。这些电池背后的技术已经有160多年的历史了，但它们仍然如此受欢迎的原因是因为它们坚固、可靠、制造和使用成本低廉。

如果你想储存太阳能阵列产生的能量，铅酸电池是一个不错的选择，但新技术可能会证明更方便和紧凑。

下面这篇文章是关于太阳能蓄电池用铅酸电池的，但我们也有一篇更一般性的文章家用太阳能电池．

铅酸电池是如何工作的

虽然铅酸电池的化学原理非常简单，但是写出所有的化学方程式会让它看起来非常复杂，所以我们会试着解释它。

最简单的铅酸电池由三件事组成:

• 带负电荷的铅和锑制成的金属板
• 铅板:由二氧化铅制成的带正电荷的金属板
• 硫酸和水的混合物

负极板称为阳极，正极板称为阴极，水/酸的混合物称为电解质。

一个简单的铅酸电池。图片来源:LibreTexts.org

当极板悬浮在电解质混合物中并连接到电线时，电池就准备好提供电力了!

当电子流出电池时，电解液中的酸开始粘附在电极上的铅上，将电极的外表面转化为硫酸铅，使多余的氢离子漂浮在水中。

当电子沿着导线发送时，当电池放电时，在极板上形成硫酸铅。来源:动态的科学

给电池充电会使电子回到电池中，打破铅和硫酸盐之间的电化学键。硫酸与电解液中的游离氢离子重新结合，再次生成硫酸。

铅酸设计有一个缺点。如果电池放电过多，一些硫酸铅就不能被分解并与游离氢重新结合，这就会导致铅板上形成一层被称为硫化的永久性涂层。硫化大大降低了电池的使用寿命。

为了使铅酸电池长时间工作，它们必须定期放电不超过其总容量的一半。

汽车电池vs深度循环电池

汽车电池并不适合储存家庭使用的能量，因为它们的设计目的是提供用于启动汽车的短脉冲电流。事实上，这些类型的电池被称为启动、照明和点火(SLI)电池。

SLI电池由薄而多孔的铅板制成，设计初衷是一次从电解液中吸取尽可能多的电。这种能量的激增被称为电流，它是用安培来测量的。

汽车电池是用6个电池串在一起制成的。当电池充满电时，每个电池产生约2伏的电压，导致总电压为12伏。伏特乘以安培等于瓦数，或一次可用的总功率。

了解更多：安培，伏特和瓦

用于太阳能存储的深度循环电池不需要产生大量的瞬时电力来启动任何东西，所以它们有更厚的铅板，可以持续很长时间，从电解质中吸取电力的速度更慢、更均匀。

用于太阳能存储的深度循环电池组

深循环电池往往是由塑料复合材料制成的大矩形盒子，这使得它们很容易堆叠在一起。因为它们不需要启动汽车，它们单独产生的功率更小，并且可以连接在一起形成电池组。

许多能量储存的深循环电池只有一个大电池，产生2伏电压。而且，细胞越大，它能储存的能量就越多。其他2、3和6芯的设计分别出现在4、6和12瓦的电池中。用于存储太阳能的电池组连接在一起可以产生12、24或48伏的电压。

例如，6个2伏的电池串联在一起(从负极到正极都是)就可以形成一个12伏的电池组，或者4个12伏的电池串联在一起就可以形成一个48伏的电池组。

如果你把电想象成水，电池电压就相当于软管中的压力。更高的压力意味着更高的流速。电流，用安培来衡量，定义了软管的开口有多宽。这两者一起决定了瓦数，或流速。

储能能力是用每20小时安培小时来衡量的，这意味着它是用在20小时内耗尽电池所需要的能量来衡量的。想象一根软管连在一个桶上。更大的电池就像更大的桶，因为它能容纳更多的能量(水)。

你可能会看到一个2伏的电池，额定存储1100安培小时。这意味着电池可以提供55安培20小时。在2伏特时，这意味着电池将在任何给定的时间产生110瓦(2伏特x 55安培= 110瓦)。

但是2伏不是很高的压强。这就像把软管和枪管保持同一水平。它后面有很多水，但只是慢慢地流出来。这个想法是为了产生更大的压力，这样能量就可以以更高的速度流动。

将电池串联起来以增加电压就像给水施加压力一样．以前面提到的电池组为例:将6个2伏电池串联起来并不会增加储存的能量，它只是通过“软管”中的压力增加了能量流动的速度。

在这种情况下，该系列电池仍然可以产生55安培电流持续20小时，但这一次他们产生12伏特，总共660瓦的功率(55安培乘以12伏特)。

相反，并联两个电池会增加安培，但不会增加电压．并联连接两个电池的负极和两个电池的正极。如果你把12伏的电池连接在一起，平行布线是可以接受的，但大多数人需要一个能产生24伏或48伏的电池组;在这种情况下，它们将需要串并联布线。

串并联连接是将两串或多串电池串联起来。这增加了储存的总能量和电压，如下图所示。

电池组的设计

为太阳能存储设计电池组需要找到合适的电压、合适的电流和合适的储能量。

大多数家庭每月总共需要约900千瓦时(kWh)的电力，或每天30千瓦时。为了满足这些需求，你需要一个能在48伏特下存储625安培小时的电池组。

设计电池组的一个重要规则是不允许电流超过100安培。这里的主要想法是建立一个足够高的电压的电池组，使电流不会超过100安培．

当电池充满电时，电池电压会下降，所以在规划电池组时，考虑到这一点很重要。如果你打算让很多电器只靠电池供电，选择48伏的电池组是个好主意，这样你一次最多可以使用4800瓦的电量。

当你使用家用电器时，每一个都需要一定的功率，大多数都有一个工作瓦数和一个更高的启动瓦数。理想情况下，当多个电器同时运行时，电池组将能够满足您的所有需求。

不同类型的太阳能深循环铅酸电池

这里是橡胶与道路的交汇处。深循环铅酸电池主要有三种类型，每一种都有其优缺点。它们包括:

• 浸水式铅酸蓄电池
• 吸收玻璃垫(AGM)电池
• 胶体电池

第一种是便宜和持久的，但需要定期维护，以保持电解质与电池盒内的水平衡。

另外两种属于更广泛的“密封铅酸电池”范畴。虽然它们的设计是将电解液密封在外壳内，无需维护，但它们也更贵，使用寿命可能没有那么长。

浸水式铅酸蓄电池

最简单、最便宜的深循环电池是浸水式铅酸电池(FLA)。这些电池与下面简单的铅酸电池的图像最相似，圆柱形的铅板浸泡在水和酸的电解液中。

8个6伏浸水铅酸电池组成一个48V的电池组。图片来源:Otherpower.com

FLA电池可能很便宜，但保养起来也很复杂，因为电池盒内的电解质会随着时间蒸发，需要你定期添加蒸馏水。如果你不经常加水，电池的寿命将大大降低。

由于FLA电池是为打开而建造的，因此需要直立储存，并给予足够的通风，以防止电池放电时释放的氢气积聚。这意味着保存一组适合家庭储能的深循环FLA电池会占用大量空间，如上图所示．

如果妥善保养并定期放电不超过其容量的一半，FLA电池在家庭储能装置中可以使用5到8年。

密封铅酸蓄电池

顾名思义，密封铅酸(SLA)电池不能打开，也不需要注水。

一组用于房车的密封铅酸电池。图片来源:是太阳能

相反，他们使用两种方法中的一种来保持几乎所有的水存在于电池体内的电解液中——要么在正负极板之间添加吸收性玻璃纤维分离器，要么将电解液变成凝胶。这些设计意味着SLA电池可以放置在它们的侧面和堆叠方便存储．

尽管有这些改进，SLA电池仍然需要排气以防止氢气积聚。这个排气口是由一个阀门控制的，这就是为什么SLA电池有时也被称为“阀门调节铅酸”，或VRLA电池。

如上所述，SLA电池主要有两种:吸收玻璃垫(AGM)和凝胶电池。

AGM电池(吸收玻璃垫)

AGM电池是在电池制造商寻找最佳方法使电解液接近极板时开发出来的，以用于高振动的应用，如高尔夫球车。

这个垫子是由一种很细的玻璃纤维网制成的看起来像纱布垫，被放置在每个电池单元的正负极板之间。

一个典型的AGM电池内部部件的例子。图片来源:博世

因为AGM电池将几乎所有的电解质都困在电池内，它可以放电到更大的深度，同时允许硫酸盐与游离氢重新结合。

高质量的AGM电池可以在数百次循环中放电到其容量的80%，在家庭储能装置中通常可以使用4到6年。放电到不超过50%仍然建议最大的电池寿命。

然而，这些优势是有代价的，AGM电池的成本通常是每千瓦时(kWh)能量存储的1.5到2倍。AGM电池每千瓦时也会占用稍多的空间，但同样，为了在家庭存储设置中节省空间，它们可以堆叠在一边。

如果你不喜欢保持严格的测试和浇灌FLA电池的时间表，选择AGM电池作为太阳能存储，你想要多功能的安装选项和长寿命，并且你愿意为此付费．

胶体电池

与AGM电池一样，凝胶电池的设计目的是将电解质保存在电池内部，防止其蒸发或溢出。

在这种设计中，硫酸悬浮在硅胶中，这使得电池非常稳定，在长时间内自放电率很低。

深循环凝胶电池的一个例子。图片来源:Taico

凝胶电池是最安全的铅酸电池，因为它们从排气阀中释放的氢气很少。它们在高温环境下表现良好，可以在低于50%的温度下放电并保持使用寿命。

凝胶电池的缺点是，与其他类型的铅酸电池相比，它们在相同空间内储存的能量较少，而且凝胶在低温条件下表现不佳。

此外，凝胶电池需要小心地使用特定的智能充电器充电，这些充电器的设计旨在限制电池充电的电压，防止过度充电。不使用这些充电器可能会导致电池提前几年死亡。

如果你生活在一个炎热的气候，不能把你的电池储存在凉爽或通风良好的地方，如果你能百分百确保它们永远不会在特定电压范围之外充电，那么选择凝胶电池来储存太阳能．

铅酸电池比锂离子电池好吗?

对这个问题的简短回答是否定的，铅酸电池并不比锂离子电池好。

然而，值得注意的是，锂离子是一种较新的电池技术，与铅酸相比有特定的优势，包括:

• 更大的能量密度(在更小的空间中有更多的能量)
• 对温度变化有较高的耐受性
• 定期放电的能力达到80%，仍然可以使用10年

比如锂离子电池特斯拉Powerwall它仅占地4.5立方英尺，挂在墙上，可储存13.5千瓦时可用能源，并有保修单说它至少可以使用10年，同时仍能储存初始容量的70%。日放电高达80%，相当于33000千瓦时。

而由浸水铅酸电池组成的深循环电池组，每天放电可达10.4千瓦时，将占用8.2立方英尺的地板，需要定期维护，并持续约7年，服务约28000千瓦时。

铅酸电池比锂离子电池便宜吗?

没有所谓的低成本电池，但这两种电池的价格当然是有区别的。

购买我们上面描述的铅酸电池以及所有的测试和浇水设备将花费大约7500美元，包括安装费用。以目前的价格(2021年初)购买Powerwall，包括安装费用将花费1.2万美元。

储能成本可以符合联邦太阳能税收抵免只要电池只能通过太阳能电池板充电。这意味着你可以节省26%的成本，而铅酸电池总共只需4440美元，Powerwall则只需8800美元。

用成本除以预期寿命，铅酸的使用成本为每年634美元，Powerwall的使用成本为每年880美元，比预期寿命高出39%。

铅酸电池综述

欲了解更多信息，请查看我们的页面最好的太阳能电池而且特洛伊铅酸蓄电池．