光伏控制器

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發(fā)布時(shí)間：2013/9/28 15:30:19
作者：銀河電氣

一、概述

　　光伏控制器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能自動(dòng)防止蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電并具有簡(jiǎn)單測(cè)量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組被過(guò)充電或過(guò)放電后將嚴(yán)重影響其性能和壽命，充放電控制器在光伏系統(tǒng)中一般是必不可少的。開(kāi)關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOSFET模塊。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開(kāi)關(guān)器件。

光伏控制器

光伏控制器

二、光伏控制器的功能

　　1. 高壓（HVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開(kāi)和恢復(fù)連接的功能。
　　2. 欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓告警點(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。
　　3. 低壓（LVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過(guò)放電。通過(guò)一種繼電器或電子開(kāi)關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。
　　4. 保護(hù)功能：
　?、?nbsp;防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。
　?、?nbsp;防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。
　?、?nbsp;防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)。
　?、?nbsp;防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。
　?、?nbsp;在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。
　　5. 溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于２５℃時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過(guò)程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。通常鉛酸蓄電池的溫度補(bǔ)賞系數(shù)為－5mv /CELL 。

三、光伏控制器的原理

1. 單路并聯(lián)型充放電控制器：

光伏控制器

單路并聯(lián)型充放電控制器

　　并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開(kāi)關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)，開(kāi)關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時(shí)二極管D1截止，則太陽(yáng)電池方陣的輸出電流直接通過(guò)T1短路泄放，不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。
　　D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽(yáng)電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)”作用。
　　開(kāi)關(guān)器件T2為蓄電池放電開(kāi)關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過(guò)載或負(fù)載短路時(shí)，T2關(guān)斷，起到“輸出過(guò)載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)，T2也關(guān)斷，進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。
　　D2為“防反接二極管”，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，D2導(dǎo)通使蓄電池通過(guò)D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險(xiǎn)絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)”作用。
　　檢測(cè)控制電路隨時(shí)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過(guò)充電保護(hù)”；當(dāng)電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)使T2關(guān)斷進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。
2. 串聯(lián)型充放電控制器：

光伏控制器

串聯(lián)型充放電控制器

　　串聯(lián)型充放電控制器和并聯(lián)型充放電控制器電路結(jié)構(gòu)相似，唯一區(qū)別在于開(kāi)關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣輸出端，而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)，T1關(guān)斷，使太陽(yáng)電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。
　　其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同。

四、光伏控制器的分類(lèi)

　　光伏控制器基本上可分為五種類(lèi)型：并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、智能型和最大功率跟蹤型。

　　并聯(lián)型控制器

　　當(dāng)蓄電池充滿(mǎn)時(shí)，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。因?yàn)檫@種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以?xún)?nèi)的系統(tǒng)。這類(lèi)控制器很可靠，沒(méi)有如繼電器之類(lèi)的機(jī)械部件。

　　串聯(lián)型控制器

　　利用機(jī)械繼電器控制充電過(guò)程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級(jí)。比較容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。

脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開(kāi)關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿(mǎn)時(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。按照美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種充電過(guò)程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。

　　智能型控制器

　　采用帶CPU的單片機(jī)（如 Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）對(duì)光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離/接通控制。對(duì)中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過(guò)單片機(jī)的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。

　　最大功率跟蹤型控制器

　　將太陽(yáng)電池的電壓U和電流I檢測(cè)后相乘得到功率P，然后判斷太陽(yáng)電池此時(shí)的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，則調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過(guò)這樣尋優(yōu)過(guò)程可保證太陽(yáng)電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用太陽(yáng)電池方陣的輸出能量。同時(shí)采用PWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。