怎样延长UPS中电池组的使用寿命？如何降低UPS电源总故障率？

在线式UPS电源，因为它的电路设计合理，驱动功率元件容量所取的余量大，因而电源电路故障率很低，相比之下，由电池组所引发的故障率上升至60％以上。可见，正确地使用和维护好电池是延长电池组寿命、降低UPS电源总故障率的关键因素之一。

1、定期检查各单元电池的端电压和内阻。对12V单元电池来说，在检查中如果发现各单元电池间的端电压差超过0.4V以上或电他的内阻超过80mΩ以上时，应该对各单元电池进行均衡充电，以恢复电池的内阻和消除各单元电池之间的端电压不平衡。均衡充电时充电电压取13.5～13.8V即可。经过良好均衡充电处理的电池绝大多数都可将其内阻恢复到30mΩ以下。

UPS电源在运行过程中，由于各单元电池特性随时间变化而产生的上述不均衡性是不可能再依靠UPS电源内部的充电回路来消除的，所以对这种特性已发生明显不均衡性的电池组，若不及时采取脱机均充处理的话，其不均衡度就会越来越严重。

2、重新浮充，UPS电源停机10天以上，在重新开机之前，应在不加负载的条件下启动UPS电源以利用机内的充电回路重新对蓄电池浮充10～12h以上再带载运行。

UPS电源长期处于浮充状态而没有放电过程，相当于处在“储存待用”状态。如果这种状态持续的时间过长，造成蓄电池因“储存过久”而失效报废，它主要表现为电池内阻增大，严重时内阻可达几Ω。

我们发现：在室温20℃下，存储1个月后，电池可供使用的容量为其额定值的97%左右，如果储存6个月不用，它的可使用容量变为额定容量的80％。如果储存温度升高，它的可使用容量还会降低。

因此建议用户最好每隔20°C个月有意地拔掉市电输入，让UPS电源工作于由蓄电池向逆变器提供能量的状态。但这种操作不宜时间过长，在负载为额定输出的30％左右时，约放电10min即可。

3、减少深度放电，电池的使用寿命与它被放电的深度密切相关。UPS电源所带的负载越轻，市电供电中断时，蓄电他的可供使用容量与其额定容量的比值越大，在此情况下，当UPS电源因电池电压过低而自动关机时电池被放电的深度就比较深。

实际过程如何减少电池被深度放电的事情发生呢？方法很简单：当UPS电源处于市电供电中断，改由蓄电池向逆变器供电状态时，绝大多数UPS电源都会以间隙4s左右响一次的周期性报警声，通知用户现在是由电池提供能量。当听到报警声变急促时，就说明电源已处于深度放电，应立即进行应急处理，关闭UPS电源。不是迫不得以，一般不要让UPS电源一直工作到因电池电压过低而自动关机才结束。

4、利用供电高峰充电，对于UPS电源长期处于市电低电压供电或频繁停电的用户来说，为防止电池因长期充电不足而过早损坏，应充分利用供电高峰（如深夜时间）对电池充电以保证电池在每次放电之后有足够的充电时间。一般电池被深度放电后，再充电至额定容量的90%至少需要10～12h左右。

5、注意充电器的选用。UPS电源用的免维护密封电池不能用可控硅式的“快速充电器”进行充电。这是因为这种充电器会造成蓄电池同时处于既“瞬时过流充电”又“瞬时过压充电的恶劣充电状态。这种状态会使电池可供使用容量大大下降，严重时会使蓄电池报废。在采用恒压截止型充电回路的UPS电源时，注意不要将电池电压过低保护工作点调得过低，否则，在它充电初期容易产生过流充电。当然，最好选用既具有恒流，又有恒压的充电器对其进行充电。

6、保证电源环境温度。电池可供使用的容量与环境温度密切相关。一般情况下，电池的性能参数都是室温为20℃条件下标定的，当温度低于20℃时，蓄电他的可供使用容量将会减少，而温度高于20℃时，其可供使用的容量会略有增加。不同厂家不同型号的电池受温度影响的程度不同。据统计，在-20℃时，蓄电池可供使用容量只能达到标称容量的60％左右。可见温度的影响不可忽视。

当然，要延长电池组的使用寿命不但在维护使用上要注意，而且在选择时就应充分考虑负载特性（电阻性、电感性、电容性）及大小。不要长期使电池处于过度轻载运行，以免电池放电电流过小导致电池报废。这种系统名为Amonix7700聚光光伏太阳能电力生产器使用原由NREL的科学家们研发的高效多枢纽光伏电池。这些电池没有使用传统的硅，而使用砷化铟镓及磷化镓制成，在实验室条件下，这些电池可以将其吸收的太阳光的41.6%转化成电力。

尽管实产电池的性能通常不如其在实验室条件下的性能，但为Amonix7700生产的这些电池在实地测试中在组件层面可以取得31%的转化效率，在系统层面可以取得26%的转化效率。

据NREL称，31%和26%这两个比例数据是集中式光伏系统（CPV）所取得的最高的转化效率，这使Amonix7700系统可以比太阳能世界现在可用的任何系统都取得更多的“单位英亩能源”。

7700系统使用丙烯酸菲涅尔透镜，聚光程度可以达到通常程度的500倍，并将其导向7560个多枢纽光伏电池。一块用于传统太阳能面板的六平方英寸的硅晶片可以生产大约2.5瓦的电力，而在7700系统中，同样大小的晶片被切割进数百个电池中，然后与菲涅尔透镜镜片搭配，可以生产出超过1500瓦的电力。这减少了500倍的对于电池区域的需求。

20个单位的Amonix7700只占5英亩的土地，并可以生产超过1兆瓦的额定功率，这相当于为超过750户家庭供应足够的电力。一个53千瓦的7700系统有着一个双轴追踪器，在白天可以追踪太阳光，在极端风力的情况下，也可以重新配置以保护电池板。驱动该追踪器的能源只占系统输出功率的1%。

7700系统还将晶片、电池及配置结构整合成一个单一单元，这节省了成本。这也使其便于运输，也便于快速安装。

Amonix拥有15年的开发CPV系统的经验，而NREL有着在光伏技术方面超过30年的研发经验。双方的合作将高效的多枢纽太阳能电池与Amonix的CPV系统结合起来，此项合作是通过由美国能源部的“太阳能科技计划”资助的“高性能光伏项目”来完成的。激光制造

激光器是生产薄膜太阳能电池模块的重要工具，特别是高性能超短脉冲激光器，其能提供持续时间仅几个皮秒的超短脉冲，这不但能帮助制造商提高产量，而且还能优化加工工艺。目前，在针对解决未来能源问题的讨论中，光伏能源作为一种可再生能源扮演着重要角色。技术进步是实现电能平价消费的一个至关重要的前提条件，比如通过技术进步将光伏发电的成本降低到接近传统能源的成本。

目前，晶硅太阳能电池是光伏市场中的主导产品，其转换效率最高达20%。在晶硅太阳能电池的制造过程中，激光器主要用于晶圆切割和边缘绝缘。在激光边缘绝缘过程中，激光辅助掺杂（doping）工艺用于防止电池正面与背面之间的短路而引起的功率损失。越来越多的激光器被用于激光辅助掺杂工艺中，以改善载流子的迁移率，特别是对于电极的接触指而言尤为如此。在过去的几年中，薄膜太阳能电池取得了巨大的发展，业界专家们更是希望其未来能在光伏市场中占据大约20%的市场份额。

薄膜太阳能电池中所采用的膜层只有几微米厚，因此其在生产中便能节约大量材料。在薄膜太阳能电池的制造过程中，激光发挥着决定性的作用。在整个制造过程中，激光将电池结构化并连接成模块，并对模块进行相应的刻蚀处理，进而保证所需要的绝缘性能。

成熟的激光刻线工艺

在非晶硅或碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池模块的生产过程中，导电薄膜和光伏薄膜被沉积在大面积玻璃基板上。每层薄膜被沉积后，均利用激光对膜层进行刻蚀，并使各个电池之间自动串联起来。这样，就能够根据电池宽度设定电池和模块的电流。精确的选择性非接触式激光加工，能够可靠地集成到薄膜太阳能电池模块的生产线中。人们通常所说的刻线（见图2）就是单个激光脉冲刻蚀的一个连贯过程，该脉冲聚焦后光斑大小为30~80μm，因此在P1层刻线中，要采用脉宽为几十纳秒（10~80ns）的脉冲光对玻璃基底进行刻蚀。

透明导电氧化物（TCO，如ZnO和SnO2）通常使用近红外激光和相对较高的脉冲重复频率进行加工。通常需要的脉冲重复频率要超过100kHz。较高的脉冲重复频率能够确保切口处的彻底清洁。

根据材料对激光的吸收系数的不同，需要为特定的加工工艺选择合适的激光波长。绿激光对于硅的破坏阈值远低于其对TCO的破坏阈值，因此绿激光可以安全透过TCO膜层后，对吸收层进行刻线。P2层和P3层的刻线机理与P1层相同。P2层、P3层相对于P1层的工艺参数已经在上面列出。

单脉冲刻线机理本身的特征对脉冲重复频率提出了一定的限制。为了防止接触面半导体层的脱落，加工过程中需要的典型脉冲重复频率为35~45kHz。常用的刻蚀阈值约为2J/cm2，也就是能将25μJ的激光能量聚焦到直径为40μm的面积上，其平均功率非常低。由于绿光激光器的平均功率均为数瓦量级，因此能够将光束分光后进行多光束并行加工，从而进一步提高工作效率。

对于P1、P2和P3层的刻线应用而言，用于微加工应用的、输出波长为1064nm和532nm的结构小巧紧凑的二极管泵浦激光器，无疑是无疑是一种理想的选择，并且这种激光器能够提供极高的脉冲稳定性。这类激光器的脉冲持续时间为8~40ns，脉冲重复频率为1~100kHz。

清除保护

为了防止太阳能电池模块被腐蚀或短路，必须要在其边缘留出大约1cm宽边缘，用于接下来整个电池模块的封装。目前多使用喷砂的方法来清除这个边缘。尽管喷砂方法的投资成本较低，但是这个过程却会带来磨损、砂的清除以及防尘污染方面的成本。薄膜太阳能电池模块的生产需要洁净的、经济实惠的解决方案，激光加工方案无疑是最佳选择。通过提高激光的平均功率，能够获得卓越的加工质量。激光加工可以实现大约50cm2/s的去除速度，甚至在30s之内就能加工完成一块标准尺寸的太阳能电池模块。

事实上，用同一个脉冲就可以清除所有的边缘薄膜层，并且清除速率的提高与激光的平均功率密切相关。具有高平均功率和高脉冲能量的激光，可以一次性清除特定的区域。最适用这种加工应用的是采用光纤传输的激光器系统，其输出方形或矩形光斑。激光经过光纤传输后能量分布更加均匀，从而实现清除效果的高度一致性。利用光斑的平行组合，加工效率能比采用传统光纤提高50%以上，同时还在保证加工安全的前提下降低了脉冲重复频率。另外，还可以与扫描振镜结合适用，以减少加工过程中的非生产周期。当然，激光器也应提供相应的分时输出选择，来减少非生产时间。此外，可以采用几个不同的工作站共享同一台激光器的加工方案，这样就可以做到产品的上下料时间并不影响激光器的生产效率。

未来的激光工艺

CI（G）S太阳能电池模块制造中特殊材料的使用，对激光加工技术提出了巨大的挑战。如果适用的基底材料为玻璃，那么钼材料就被沉积到玻璃上。但是由于钼具有熔点高、热传导性好以及高热容等特性，导致加热时会出现裂纹和脱落现象。由于这些缺点在用纳秒激光进行加工时是无法避免的，因此激光器的使用与所获得的加工质量密不可分。同样，吸收层材料对热也具有相当的敏感性，硒（Se）相对于铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）等金属材料的熔点要低，它会在低温时就能从粘合的地方分离。这种一来，没有了硒层的半导体就变成了合金层，导致通过长脉冲激光产生的热量使边缘短路。

皮秒激光器将为上述问题提供理想的解决方案。用超短脉冲激光去除薄膜材料，不会产生严重的边缘热影响区。波长为1030nm、515nm和343nm的高性能皮秒激光器，可应用于CI（G）S薄膜太阳能电池模块的结构化。超短脉冲激光器将会取代机械刻划工艺，进一步提高加工质量和加工效率。

激光应用前景未来激光技术有望在光伏制造过程中获得更多应用空间，如晶硅太阳能电池钝化层的选择性烧蚀，具有高光束质量的超短脉冲和高脉冲能量的激光特别适合这类应用。目前，市场上只有碟片式激光技术能够满足这个标准。碟片激光器的输出功率可调，能实现更高的生产量，而且其输出的超短脉冲所拥有的卓越的光束质量，能显着提高太阳能电池的转换效率。

激光技术已经在太阳能电池生产中赢得了一席天地，并且其选择性、非接触式的加工工艺也已经超越了其他工艺。随着太阳能电池生产所面临的成本压力日趋增大，将会促使高功率、高性能激光器在大规模生产中被广泛采用。而且，具有超短脉冲的新激光技术也将带来新的生产工艺。未来，激光技术的进步与广泛采用，必将大幅太阳能电池生产的每瓦成本。