光伏控制器

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發(fā)布時間：2013/9/28 15:30:19
作者：銀河電氣

一、概述

　　光伏控制器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能自動防止蓄電池組過充電和過放電并具有簡單測量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組被過充電或過放電后將嚴(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）斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(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時，控制器應(yīng)能自動發(fā)出聲光告警信號。
　　3. 低壓（LVD）斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點自動切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運行范圍時，負(fù)載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷。
　　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太陽電池組件反向放電保護(hù)。
　?、?nbsp;防止負(fù)載、太陽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. 溫度補償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于２５℃時，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。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關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時，開關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時二極管D1截止，則太陽電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護(hù)”作用。
　　D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時不會出現(xiàn)蓄電池向太陽電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)”作用。
　　開關(guān)器件T2為蓄電池放電開關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過載或負(fù)載短路時，T2關(guān)斷，起到“輸出過載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時，當(dāng)蓄電池電壓小于“過放電壓”時，T2也關(guān)斷，進(jìn)行“過放電保護(hù)”。
　　D2為“防反接二極管”，當(dāng)蓄電池極性接反時，D2導(dǎo)通使蓄電池通過D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)”作用。
　　檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓”時使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過充電保護(hù)”；當(dāng)電壓小于“過放電壓”時使T2關(guān)斷進(jìn)行“過放電保護(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)別在于開關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽電池方陣輸出端，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“充滿切離電壓”時，T1關(guān)斷，使太陽電池不再對蓄電池進(jìn)行充電，起到“過充電保護(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

　　光伏控制器基本上可分為五種類型：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)蓄電池充滿時，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。因為這種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以內(nèi)的系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有如繼電器之類的機(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。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脈沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實驗室的研究，這種充電過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）對光伏電源系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行高速實時采集，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。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機(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

　　將太陽電池的電壓U和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽電池此時的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點運行，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)行實時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣尋優(yōu)過程可保證太陽電池始終運行在最大功率點，以充分利用太陽電池方陣的輸出能量。同時采用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。