光伏储能系统关键设备之控制器

  在光伏储能系统中，控制器的作用是把光伏组件发出来的电，经过追踪和变换，存于蓄电池之中；除此之外，还有保护蓄电池，防止蓄电池过充过放等功能。控制器常用于离网系统、直流耦合的储能系统中。控制器输出是直流电，也可单独给直流负载使用。

  控制器容量大小不等，小容量的有几百瓦，大容量有几百千瓦。控制器最重要的两个技术参数是系统电压和充电电流，如型号为SC48100的控制器，表示系统电压是48V，充电电流为100A，控制器功率约为5kW，还有输入电压范围、 MPPT输入路数、转换效率等等也很重要。

  系统电压就是蓄电池组的电压，目前光伏控制器还没有一个统一的行业标准，通常有8个标称电压等级：12V、24V、48V、96V、110V、220V、380V、600V等，一般是容量越大，系统电压越高，如5kW以下的系统，电压在48V以下；100kW以上的系统，电压在600V以上。低电压较安全，适合家用，高电压效率高，适合于商用大容量系统。

  充电电流是指太阳能电池组件或方阵输出的最大电流，根据功率大小分为5A、10A、15A、20A、30A、40A、50A、70A、75A、85A、100A、150A、200A、250A、300A等多种规格。选用控制器时，用容量除以系统电压，就是充电电流。

  控制器的电路结构不同，电压范围也不一样，电压范围越宽，选择组件串并联就越方便，以48V控制器为例，有的范围较窄，电压范围为60V-145V，通常能接2块到3块组件，选择余地不多；有的范围较宽，电压范围为120V-450V，通常能接4块到12块组件。

  小功率光伏控制器一般都是单路输入，而大功率光伏控制器都是由太阳能电池方阵多路输入，一般大功率光伏控制器可输入6路，最多的可接入12路、18路。

  目前控制器主要有两种硬件电气技术路线：脉冲宽度调试（PWM）方式和最大功率点跟踪（MPPT）方式，两种方式都有其优点和缺点，可根据不同场景去选择。

  早期的光伏控制器都是PWM的，这种电气结构相对比较简单，控制器由一个功率主开关和电容以及驱动和保护电路组成，通过开关管的PWM占空比，来控制输出电压。

  PWM控制器，连接太阳能阵列和电池板之间只有一个开关，随着电池被逐渐充满，电池电压升高，PWM控制器会慢慢地减少提供的给电池的电量，光伏输出不一样会按上限功率输出。PWM控制器，具有蓄电池充放电管理功能，能防止蓄电池过充和过放。

  由于PWM型控制器太阳能组件和蓄电池之间只有一个开关相连接，中间没电感等分压装置，因此在设计时，组件的电压大约为蓄电池的电压1.2-2.0倍，如24V的蓄电池，组件输入电压在30-50V之间，每串只能配一块组件，48V的蓄电池，组件输入电压在60-80V之间，每串只能配两块组件。

  MPPT控制器是第二代太阳能控制器，同PWM控制器相比，它多了一个电感和功率二极管等功率器件和控制电路，因此功能更强大。

  一是它具有上限功率跟踪功能，在蓄电池充电期间，太阳能组件能以上限功率输出，除非电池达到饱和状态；二是光伏组件的电压范围宽，控制器中间有一个功率开关管和电感等电路，组件的电压是蓄电池的电压1.2-3.5倍之间，如果是24V的蓄电池，组件输入电压在30-80V之间，每串可以配一到两块组件，如果是48V的蓄电池，组件输入电压在60-110V之间，每串可以配两到三块组件。

  PWM和MPPT控制器都有自身独特的优点和缺点，选择哪种方案取决于太阳能光伏阵列的设计特性、成本以及外部环境等条件。当我们最终选择时要重点考虑以下几点因素：PWM方式技术成熟，电路简单可靠，稳定性很高，价格实惠公道，但组件的利用率较低约为80%左右；MPPT太阳能控制器，组件和蓄电池之间有一个BUCK降压电路，组件的利用率可超过90%，利用率高，但体积较大、重量偏重，价格相对较贵，电路复杂。2kW以下的小型离网系统，主要用户是贫困无电地区，如偏远山区，非洲某些贫困国家，主要是解决照明的需求，用户对价格很敏感，因此建议采用PWM的控制器，修正波的逆变器，把控制器、逆变器和蓄电池做成一体。这种方式结构相对比较简单，效率高，用户接线方便，价格实惠公道，带动灯泡、小电视、小风扇也没问题。2kW以上的离网系统，建议采用MPPT控制器，组件利用率高，整机效率高，组件配置也比较灵活。

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