索博鵬 郭楊 江蘇林洋新能源科技有限公司

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)和研究

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本研究研究了獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制器的調(diào)節(jié)作用。分析了控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列最大功率的跟蹤的方式?？刂破髟谛铍姵爻潆娺^程中起著指示及報(bào)警作用。詳細(xì)分析了4種充電技術(shù)。在獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，應(yīng)靈活設(shè)計(jì)控制器，以提高電池組件效率，保護(hù)蓄電池進(jìn)行快速充電。

光伏發(fā)電 控制器 研究 設(shè)計(jì)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，全球資源、能源短缺的問題越來越嚴(yán)重，并且煤炭、石油的大量使用，也帶來沉重的環(huán)境問題。因此，必須加速對(duì)新能源的開發(fā)利用。對(duì)于取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能的利用，對(duì)于改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)緊缺的矛盾也具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

光伏發(fā)電系統(tǒng)可將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。其中，直流電的穩(wěn)定性較差的，交流電的穩(wěn)定性較強(qiáng)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程主要通過控制器來實(shí)現(xiàn)?？筛鶕?jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同分成以下三類（見表1）：

3 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)充電控制器設(shè)計(jì)

3.1 充電控制器的設(shè)計(jì)原理

由表1可知，獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)還包括交換器和充電控制器。太陽(yáng)光經(jīng)光伏陣列的光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成直流電能后連接到充電控制器。其對(duì)光伏陣列的最大功率進(jìn)行跟蹤，并且還可通過控制器調(diào)節(jié)蓄電池組的充電狀態(tài)。

3.2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中充電控制器的作用

表1 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

①監(jiān)測(cè)光伏陣列的最大功率。由于受外界溫度和輻照強(qiáng)度的影響，光伏陣列輸出的直流電能也隨時(shí)發(fā)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(duì)充電系統(tǒng)的最大功率輸出。充分發(fā)揮充電控制器要對(duì)光伏陣列最大功率點(diǎn)的跟蹤作用。

②對(duì)蓄電池實(shí)現(xiàn)快速充電。光伏發(fā)電系統(tǒng)中所輸出的電能存在不穩(wěn)定性，因此當(dāng)光伏陣列輸出的電能不足負(fù)載的需求時(shí)，則對(duì)蓄電池進(jìn)行放電，以補(bǔ)充荷載的需求，而發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能足夠，則由充電控制器控制蓄電池進(jìn)行充電。充電控制器根據(jù)蓄電池的電容量和所處的充放電狀態(tài)，使其處在不同的充電狀態(tài)，調(diào)整對(duì)蓄電池的快速充電。

③充電控制器的通信調(diào)配作用。光伏充電控制器可以與發(fā)電系統(tǒng)中的主控制器進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，可通過檢測(cè)蓄電池的容量和充放電狀態(tài)，調(diào)整系統(tǒng)電流和電壓對(duì)其進(jìn)行充電，還可調(diào)配充電控制器的輸出，保證充電控制器總是處于工作狀態(tài)。

④具有報(bào)警和指示的功能。根據(jù)充電控制器的工作狀態(tài)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(tài)。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警的蜂鳴聲則代表充電控制器出現(xiàn)故障，那么充電控制器就停止運(yùn)行。同時(shí)，根據(jù)故障的不同，LED燈還有不同的顯示狀態(tài)。比如，過流或過壓的狀態(tài)，則分別用單燈或雙燈閃爍的方式進(jìn)行報(bào)警。

⑤保護(hù)蓄電池。盡可能減少蓄電池過度放電，用浮充的辦法來對(duì)蓄電池進(jìn)行修復(fù)。保護(hù)蓄電池的使用，提高蓄電池的使用年限。

4 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)充電控制器的充電技術(shù)

由于輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的變化，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏陣列輸出的電能很不穩(wěn)定且有限，要充分跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)，從而保證太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大，將轉(zhuǎn)換的電能輸入系統(tǒng)中。

4.1 恒流充電技術(shù)

該技術(shù)是指以恒定的電流對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。通過控制器控制輸出電壓來調(diào)配電流的大小。但是，當(dāng)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(xiàn)損害，影響蓄電池的質(zhì)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(shù)

采用該技術(shù)充電時(shí)，電壓恒定不變，因此，開始時(shí)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(diào)整電流。同時(shí)，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(shí)電流很大，易析出氣體。析出的氣體會(huì)導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部出現(xiàn)損壞。充電末期，電流變得很小。蓄電池充電所需時(shí)間過長(zhǎng)，易使蓄電池容量變小。

4.3 慢脈沖充電技術(shù)

使用大電流對(duì)蓄電池進(jìn)行快速充電。由于獨(dú)立光伏電池組件輸出電量有限，很難達(dá)到預(yù)定效果，因此該充電技術(shù)不適用于小功率的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。

4.4 3階段充電技術(shù)

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

5 結(jié)論

獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過對(duì)控制器的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列最大功率的跟蹤。根據(jù)蓄電池充放電的狀態(tài)，對(duì)蓄電池充電過程進(jìn)行保護(hù)?？刂破魍瑫r(shí)還起著指示及報(bào)警作用。分析了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的4種充電技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需要選擇充電方式。在獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，靈活設(shè)計(jì)控制器，以提高電池組件效率，保護(hù)蓄電池進(jìn)行快速充電。

[1]胡恒生,王慧,趙徐成,呂瑞強(qiáng).蓄電池充電方法的分析和探討[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2009,12(8):1-4

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