獨立光伏發電系統控制器設計和研究

索博鵬 郭楊 江蘇林洋新能源科技有限公司

獨立光伏發電系統控制器設計和研究

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本研究研究了獨立式光伏發電系統中控制器的調節作用。分析了控制器實現對光伏陣列最大功率的跟蹤的方式。控制器在蓄電池充電過程中起著指示及報警作用。詳細分析了4種充電技術。在獨立式光伏發電系統的工程應用中，應靈活設計控制器，以提高電池組件效率，保護蓄電池進行快速充電。

光伏發電 控制器 研究 設計

1 引言

隨著經濟的飛速發展，全球資源、能源短缺的問題越來越嚴重，并且煤炭、石油的大量使用，也帶來沉重的環境問題。因此，必須加速對新能源的開發利用。對于取之不盡用之不竭的太陽能的利用，對于改善我國能源結構緊缺的矛盾也具有很重要的現實意義。

2 光伏發電系統分類

光伏發電系統可將直流電能轉換成交流電能。其中，直流電的穩定性較差的，交流電的穩定性較強，這個轉換過程主要通過控制器來實現。可根據應用場合的不同分成以下三類（見表1）：

3 獨立光伏發電系統充電控制器設計

3.1 充電控制器的設計原理

由表1可知，獨立式光伏發電系統還包括交換器和充電控制器。太陽光經光伏陣列的光電轉換，轉變成直流電能后連接到充電控制器。其對光伏陣列的最大功率進行跟蹤，并且還可通過控制器調節蓄電池組的充電狀態。

3.2 獨立光伏發電系統中充電控制器的作用

表1 光伏發電系統分類

①監測光伏陣列的最大功率。由于受外界溫度和輻照強度的影響，光伏陣列輸出的直流電能也隨時發生變化。要最大限度的利用好光伏陣列輸出的電能，即完成對充電系統的最大功率輸出。充分發揮充電控制器要對光伏陣列最大功率點的跟蹤作用。

②對蓄電池實現快速充電。光伏發電系統中所輸出的電能存在不穩定性，因此當光伏陣列輸出的電能不足負載的需求時，則對蓄電池進行放電，以補充荷載的需求，而發電系統輸出的電能足夠，則由充電控制器控制蓄電池進行充電。充電控制器根據蓄電池的電容量和所處的充放電狀態，使其處在不同的充電狀態，調整對蓄電池的快速充電。

③充電控制器的通信調配作用。光伏充電控制器可以與發電系統中的主控制器進行信號調節，可通過檢測蓄電池的容量和充放電狀態，調整系統電流和電壓對其進行充電，還可調配充電控制器的輸出，保證充電控制器總是處于工作狀態。

④具有報警和指示的功能。根據充電控制器的工作狀態的不同，通過其LED燈的不同亮燈形式來指示。單燈亮、雙燈亮、三燈亮分別代表不同的充電狀態。當出現報警的蜂鳴聲則代表充電控制器出現故障，那么充電控制器就停止運行。同時，根據故障的不同，LED燈還有不同的顯示狀態。比如，過流或過壓的狀態，則分別用單燈或雙燈閃爍的方式進行報警。

⑤保護蓄電池。盡可能減少蓄電池過度放電，用浮充的辦法來對蓄電池進行修復。保護蓄電池的使用，提高蓄電池的使用年限。

4 獨立光伏發電系統充電控制器的充電技術

由于輻照強度和環境溫度的變化，獨立光伏發電系統中光伏陣列輸出的電能很不穩定且有限，要充分跟蹤光伏陣列的最大功率點，從而保證太陽能的轉化效率達到最大，將轉換的電能輸入系統中。

4.1 恒流充電技術

該技術是指以恒定的電流對蓄電池進行充電。通過控制器控制輸出電壓來調配電流的大小。但是，當輸出電流過小，則充電效率低下。電流過大，則容易析出氣體。析出的氣體使蓄電池出現損害，影響蓄電池的質量和使用年限。在充電后期，需限制電壓，從而減少充電電流。

4.2 恒壓充電技術

采用該技術充電時，電壓恒定不變，因此，開始時充電電流很大。之后蓄電池端電壓增大，電流逐漸變小，而到后期電流變得很小。在恒定電壓充電過程中，無需調整電流。同時，端電壓在慢慢增大，電流逐漸減小，因此具有較高效率。但充電剛開始時電流很大，易析出氣體。析出的氣體會導致蓄電池內部出現損壞。充電末期，電流變得很小。蓄電池充電所需時間過長，易使蓄電池容量變小。

4.3 慢脈沖充電技術

使用大電流對蓄電池進行快速充電。由于獨立光伏電池組件輸出電量有限，很難達到預定效果，因此該充電技術不適用于小功率的獨立光伏發電系統。

4.4 3階段充電技術

蓄電池充電過程中，可對其進行放電脈沖。脈沖放電后，蓄電池可承受的充電電流會增加，保證了蓄電池可足夠吸收電池組件的輸出電能。

5 結論

獨立式光伏發電系統通過對控制器的調節實現對光伏陣列最大功率的跟蹤。根據蓄電池充放電的狀態，對蓄電池充電過程進行保護。控制器同時還起著指示及報警作用。分析了獨立光伏發電系統的4種充電技術，在實際應用中，可根據實際需要選擇充電方式。在獨立式光伏發電系統的工程應用中，靈活設計控制器，以提高電池組件效率，保護蓄電池進行快速充電。

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