太阳能光伏发电系统原理与应用技术第5章 控制器

  在太阳能光伏发电系统中，控制器是总系统的核心部 件。为了延长蓄电池的寿命，必须对它过放电、过充电、 深度充电、负载过流和反充电等情况加以限制。在温差较 大的地区，性能好的控制器应具备温度补偿功能，同时 能依照负载的电源需求来控制太阳能电池和蓄电池对负载 电能的输出。

  2.常规过放电保护原理 依据G点的电压标志放电终了这一原理，在控制器中设置 电压测量和电压比较电路，通过监测出G点电压值，即可判 断蓄电池是否应结束放电。 对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C 放电率)下的放电终止电压(G点电压)为1.75～1.8V/单体； 对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态(25℃，0.1C放 电率)下的放电终止电压为1.78～1.82V/单体。 在控制器中比较器设置的G点电压，称为“门限电压”或 “电压阈值”。

  铅酸蓄电池充电特性如图5-1曲线所示。蓄电池充电过程有3个阶段： 初期(OA)，电压快速上升；中期(AC)，电压缓慢上升，延续较长时 间；C点为充电末期，电压开始快速上升，接近D点时， 标志着蓄电池 已充满电，应停止充电。

  铅酸蓄电池放电特性如图5-2曲线所示。蓄电池放电过程有3个阶段： 开始(OE)阶段，电压下降较快；中期(EG)，电压缓慢下降，延续较长 时间；放电电压降到G点后，电压急剧下降。 标志蓄电池已接近放电终 了，应立马停止放电。

  ③密封型铅酸电池：充满断开为14.1～14.5V，恢复连接 为13.2V。

  （3）设备保护功能：防止太阳能电池板或电池方阵、蓄 电池极性反接的电路保护；防止负载、控制器、逆变器和 其它设备内部短路保护；防止夜间蓄电池通过太阳能电池 组件反向放电保护；防雷击引起的击穿保护。

  2.常规过充电保护原理 依据D点的电压为蓄电池已充满标志这一原理，在控制器 中设置电压测量和电压比较电路，通过对D点电压值的监 测，即可判断蓄电池是否应结束充电。 对于开口式固定型铅酸蓄电池，标准状态（25℃，0.1C 充电率）下的充电终止电压（D点电压）约为2.5V/单体； 对于阀控密封式铅酸蓄电池，标准状态（25℃，0.1C充 电率）下的充电终止电压约为2.35V/单体。 在控制器中比较器设置的D点电压，称为“门限电压”或 “电压阈值”。蓄电池的充满点一般设定在2.45～2.5V/单 体（固定式铅酸蓄电池）和2.3～2.35V/单体（阀控密封式 铅酸蓄电池）。

  （1）具有输入充满断开和恢复连接功能，标准设计的蓄 电池电压值为12V时，充满断开和恢复连接的参考值为：

  ①启动型铅酸电池：充满断开为15.0～15.2V，恢复连接 为13.7V；

  ②固定型铅酸电池：充满断开为14.8～15.0V，恢复连接 为13.5V；

  3.铅酸蓄电池充电温度补偿 温度补偿目的：保证蓄电池被充满同时又不会发生水的 大量分解。 控制器具有对蓄电池充满门限电压进行自动温度补偿的 功能。温度系数一般为单只电池(3～5) mV/℃ (标准条件为 25℃)，即当电解液温度（或环境和温度）偏离标准条件时， 每升高1℃，蓄电池充满门限电压按照每只单体电池向下调 整3～5mV；每下降1℃，蓄电池充满门限电压按照每只单 体电池向上调整3～5mV。

  3.蓄电池剩余容量控制法 建立蓄电池剩余容量的数学模型控制，通用性好，可在 线测量蓄电池的剩余容量，实现对蓄电池放电过程的有效 控制。 还可以将负载分成不同的等级，控制器根据蓄电池的剩 余容量状态调整负载的功率或保证优先用电的负载，也可 以达到同样的目的。

  光伏控制器是对光伏发电系统来进行管理和控制的设备。 光伏控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等 组成。 基础原理：控制器通过检验测试蓄电池的电压或荷电状态，判 断蓄电池是不是已经达到过充电点或过放电点，并根据检测结 果发出继续充、放电或终止充、放电的指令，实现控制作 用。 基本作用：保护蓄电池 ；平衡光伏系统能量 ；显示系统 工作状态 。

  3.蓄电池剩余容量控制法 剩余容量控制法，指的是蓄电池在使用的过程中（处于放 电状态时），控制管理系统随时检测蓄电池的剩余容量 (SOC=1DOD)，并根据蓄电池的荷电状态SOC自动调整负 载的大小或调整负载的上班时间，使负载与蓄电池剩余容 量相匹配，以确保蓄电池剩余容量不低于设定值(如50%)， 从而保护蓄电池不被过放电。 剩余容量控制法的关键：准确测量蓄电池的剩余容量。 蓄电池剩余容量的检测的新方法： 电液比重法，适用于开口式铅酸蓄电池 ； 开路电压法，开路电压与SOC关系复杂； 内阻法，必须测出蓄电池的内阻－容量曲线）温度补偿功能（仅适用于蓄电池充满电压）：通常 蓄电池的温度补偿系数为(3～5)mV/(℃cell)。

  （5）光伏发电系统的各种工作状态显示功能：主要显示 蓄电池(组)电压、负载状态、电池方阵工作状态、辅助电源 状态、环境和温度状态、故障报警等。

  发光二极管颜色判断：绿色，工作正常；黄色，蓄电池 电能不足；红色，蓄电池电能严重不足，自动断开负载。