太陽能光伏發電系統控制探討

謝玉章

摘 要：能源問題關系到經濟是否能夠可持續發展，一次能源的日益枯竭已引起全世界的極大關注。目前，太陽能作為未來的一種清潔能源，越來越得到人們的關注，應用領域也越來越廣泛。文章就當前太陽能光伏發電系統重要性進行了分析，并對當前發電系統控制技術進行了必要的探討。

關鍵詞：太陽能；發電；光伏

太陽能光伏發電系統是利用太陽能電池組件和其他輔助設備將太陽能轉換成電能的系統。具有綠色環保、可持續發展、結構簡單、適用面廣的特點。高效可靠的自動控制系統是提高太陽能光伏發電效率的主要手段之一。

1 太陽能光伏發電系統控制組成要素

1.1 太陽能電池組件

太陽能電池組件是太陽能光伏發電系統的一部分。太陽能電池就是將光能轉變為電能的裝置。太陽能電池組件的作用是將太陽輻射能直接轉換成直流電，供負載使用或存貯于蓄電池內備用。太陽電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏打效應，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。太陽能電池的功率與光照強度有關，光照越強，則功率輸出越強。一般根據用戶需要，將若干太陽能電池組件按一定方式連接，組成太陽能電池方陣，再配上適當的支架及匯流箱組成。

1.2 控制器

在獨立運行的光伏發電系統中，控制器也是主要組成部件。光伏控制器要根據系統功率、系統直流工作電壓、電池方陣輸入路數、蓄電池組、負載狀況以及用戶的特殊要求等確定光伏控制器的類型。由于太陽能能電池組件發的電不穩定，為了提高充電效率和避免過充和過放對蓄電池的損害，所以必須使用控制器對系統的監控和保護。充電控制器主要由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關功率管等組成。在太陽發電系統中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現象的發生。同時記錄并顯示系統各種重要數據，如充電電流、電壓等。

1.3 蓄電池

蓄電池組是將太陽電池方陣發出的直流電貯存起來，供負載使用。在光伏發電系統中，蓄電池處于浮充放電狀態。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電，同時方陣還給負載用電，晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。太陽能發電系統蓄電池，一般選用大容量儲能型蓄電池、小電流充、小電流放，這樣使用壽命長，系統性能穩定。如果安裝地區有低溫-10度以下，建議考慮使用太陽能膠體儲能蓄電池。

1.4 逆變器

逆變器是通過電力電子的方式將直流電轉換為交流電的模塊設備，是連接光伏發電和電網的重要紐帶。逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220V或380V交流電，供給交流負載使用。太陽能的直接輸出一般都是12V、24V、48V。為能向220V的電器提供電能，需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。逆變器的選擇先是確定你的負載是感性（電機類）還是阻性負載（燈泡類），再蓄電池的電壓、負載的功率。

2 光伏發電系統控制要思考的重要問題

2.1 合理確定太陽能電池組件

太陽能電池組件一般由進口（或國產）單晶（或多晶）硅太陽能電池片串并聯，用鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框，具有抗風、抗冰雹能力強、安裝方便等特性。太陽能電池組件則相當于有多節電池經串或并聯組成的電池組。太陽能電池組件的組成數量通常是由系統電壓（蓄電池電壓）來決定，通常組件電壓是蓄電池電壓的1.4～1.5倍。例如：蓄電池電壓為12V，組件工作電壓一般為16.8-18V之間，如果太陽能電池組件采用的是156*156規格的晶體硅電池片（最大功率下電壓約為0.5V），那么串聯電池片數量為18V/0.5V，也就是36片。所以常用電池片數量36或更多。

2.2 選擇和確定太陽能光伏充電控制器

首先，根據光伏系統蓄電池的電壓選擇光伏充電控制器的工作電壓等級，根據光伏陣列的容量大小和光伏組件串的并聯數量，計算光伏充電控制器的充電電流和控制方式。在太陽能路燈發電系統中由光源或太陽能電池組件確定，例如，直流光源如果是36V，那么控制器，太陽能電池組件，蓄電池都應該選擇36V，二者必須相符。當然，也可以根據太陽能電池組件的電壓來確定光源，一般蓄電池和控制器匹配性很強，可以最后確定。其次，要根據負載特點選擇是否需要光伏充電控制器的蓄電池放電控制功能，如果需要可依據負載功率計算放電電流大小；最后，依據用戶要求選擇是否需要其他的輔助功能，列出滿足要求的光伏充電控制器的提供廠家和型號，最終按照系統配置最優原則確定光伏充電控制器。

2.3 合理確定蓄電池容量和電壓

要確定太陽能電池組件的功率和輸出電壓。100W以下的太陽能電池組件一般用12V的輸出，負載為12V的話，就選用12V的蓄電池，容量要看你的負載的工作電流和使用時間，100W以上的用18V，24V的輸出，到220W以上的還48V。控制器的選擇必須根據太陽能電池組件的輸出電壓來確定。蓄電池的選擇根據使用要求選擇最好。根據希望供電時間和負載工作電流確定蓄電池的容量。若負載為交流供電的話，要加逆變器才可以的，逆變器功率比你的負載功率大一倍。算上逆變損耗和放電深度，充放電損耗，就能計算出蓄電池的容量。

2.4 合理設計和選擇逆變器

逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，因此，它的輸入功率要大于它的輸出功率。逆變器的效率即是逆變器輸入功率與輸出功率之比。由于技術、成本和政策方面的原因，太陽能電池的價格還比較高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統效率，必須選用高效率的逆變器。因此，除特殊用戶外，在光伏發電系統中都需要配備逆變器。逆變器還具有自動調壓或手動調壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。綜上所述，逆變器已成為光伏發電系統中不可缺少的重要配套設備。

3 結束語

光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。太陽能光伏發電降低其發電成本和提高發電效率是業界關注的重要技術問題。所以，太陽能光伏發電設備極為精煉，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。因此，太陽能光伏發電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環保能源將得到前所未有的發展。

參考文獻

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