第八讲光伏控制器选型

光伏系统集成与设计QQ：469130047第八讲光伏控制器选型明理知行精工致远明理知行精工致远光伏控制器是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。光伏控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，光伏控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。一、光伏控制器功能1.防止蓄电池过充电和过放电，延长蓄电池寿命；2.防止太阳能电池（方阵）、蓄电池极性接反；3.防止负载、逆变器和其他设备内部短路；4.具有防雷击功能；5.温度补偿；6.显示光伏发电系统各种工作状态：电池方阵状态，负载状态，蓄电池状态，辅助电源状态，环境温度状态，故障报警等（一）分类1.根据电路方式分：并联型串联型脉宽调制型多路控制型两阶段双电压控制型最大功率跟踪型二、光伏控制器种类2.根据功率分：小功率型中功率型大功率型专用控制器3.放电控制过程常规过放电控制型和剩余电量放电全过程控制型二、光伏控制器种类(二)主要性能特点1.小功率控制器（1）采用低耗、长寿MOS场效应管做控制开关（2）采用脉冲宽度调制技术实现快速充电和浮充充电（一种连续、长时间的恒电压充电方法。又称连续充电）（3）具有单路、双路负载输出和多种工作模式（普通开/关、光控开/关、光控开/时控关等模式）（4）具有多种保护功能（防反接、蓄电池开路、过充电、过放电、负载过压，夜间防反充电、温度控制）（5）用LED进行工作状态指示。（6）具有温度补偿功能。二、光伏控制器种类(二)主要性能特点2.中功率控制器（额定负载电流大于15A）（1）具有可编程设定功能。（2）具有快速充电功能。（3）具有多种工作模式（普通开/关、光控开/关、光控开/时控关等模式）（4）具有多种保护功能（防反接、蓄电池开路、过充电、过放电、负载过压，夜间防反充电、温度控制）（5）用LCD液晶显示屏进行工作状态显示。（6）具有浮充电压温度补偿功能。二、光伏控制器种类(二)主要性能特点3.大功率控制器（额定负载电流大于15A）（1）具有电量累计功能。（2）可实现多路输入控制。具有快速充电功能。（3）具有阶梯型逐级限流工作模式和PWM工作模式。（4）具有多种报警和保护功能（防反接、蓄电池开路、过充电、过放电、负载过压，夜间防反充电、温度控制）（5）用LCD液晶显示屏进行工作状态显示、历史数据统计显示。（6）具有防雷电和温度补偿功能。（7）通过RS232/485接口，可实现远程通信、控制，及长时间历史数据处理。二、光伏控制器种类三、光伏控制器基本原理1.并联型控制器基本原理电路元件介绍：S1为充电控制开关S2为放电控制开关VD1为防反充电二极管VD2为蓄电池反接保护二极管BX为直流熔断器基本工作过程：三、光伏控制器基本原理2.串联型控制器基本原理电路元件介绍：S1为充电控制开关S2为放电控制开关VD1为防反充电二极管VD2为蓄电池反接保护二极管BX为直流熔断器基本工作过程：三、光伏控制器基本原理控制器检测电路工作过程过压检测：蓄电池充满时，电压升高IC1负端电压大于正端电压G1输出低电平。欠压检测：蓄电池放电致一定深度（比如50%），电压下降IC2正端电压小于负端电压G2输出低电平。二、光伏控制器基本原理3.脉宽调制型控制器电路元件介绍：IC为脉冲宽度调制器场效应管为充电控制开关VD1为防反充电二极管VD2为蓄电池反接保护管VD3为稳压管（基准电压）BX为直流熔断器基本工作过程：二、光伏控制器基本原理4.多路控制器三、光伏控制器基本原理5.智能控制器三、光伏控制器基本原理6.最大功率点跟踪型控制器基本控制思路：检测电池方阵的电压和电流，并相乘等到功率，判断此时功率是否达到最大，若不在最大点，则调整脉冲宽度，增大充电电流，延长充电时间，来获取最大充电功率。三、光伏控制器基本原理1.充满断开（HVD）和恢复功能◆要求控制器具有输入充满断开和恢复接连功能。◆标准设计的蓄电池值为：12V；则充满断开和恢复连接电压参考值：起动型铅酸电池充满断开为：15.0～15.2V；恢复连接为：13.7V。固定型铅酸电池充满断开为：14.8～15.0V；恢复连接为：13.7V。密封型铅酸电池充满断开为：14.1～14.5V；恢复连接为：13.2V。注：脉宽调制和开关型的控制器主要在充电回路设计、采用的技术与其不同，故本标准中就没有特定连接恢复值要求。◆标准指标不足点及存在问题：⑴充满断开和恢复连接都应该有一定的电压宽度，则恢复连接只规定一点，这会给电路设计、生产带来一定的难度；⑵被检产品指标与标准有一定的偏差，其原因由二个方面：a.用来做基准电压的器件造成和电压比较器存在不稳定或有较大的温度漂移。就会造成在不同的时间或不同环境温度下测量充满断开电压和恢复充电电压值时存在较大的差异。b产品出厂检验时所用的电压表没有经过定期计量，则有一定的误差，从而导致出厂前参数设定值也存在着相应的误差。三、GB/T19064-2003中控制器的主要技术要求2.温度补偿◆考虑环境及电池的工作温度特性，控制器应具备温度补偿功能：--由于电池在充电过程中，再化合反应产生大量热不易散出，就会导致电池温升过高，电解液干涸，造成电池的热失控。--温度补偿功能主要是在不同的工作环境温度下，能够对蓄电池设置更为合理的充电电压，防止过充电或欠充电状态而造成电池充放电容量过早下降甚至过早报废。◆在标准中规定了温度系数在-3～7mV/℃。◆产品实际检测情况：目前送检的控制器大部分不具备此功能，无此功能的主要原因：a.电路设计稍加复杂；b.生产成本略有提高。◆补偿值的具体设定应根据蓄电池生产厂商提供的参数来确定；补偿值的设置是否合理是关系电池使用时间长短的重要因数。3.空载损耗（静态电流）◆为了降低控制器的损耗，提高光伏电源的转换效率，控制器的静态电流应尽量低。◆在标准中规定了控制器最大自身耗电不应超过其额定充电电流的1%。◆产品实际检测情况：静态电流超出标准要求主要出现在30w/12V以下的光伏控制器，造成此问题主要原因有以下二方面：a.电路设计存在一定问题,尤其是在使用继电器的电路中,应避免控制器空载时继电器处于驱动吸合状态,否则继电器的驱动线圈将会消耗十几毫安甚至几十毫安的空载电流。设计时考虑：⑴驱动电流较大的控制元件与电路工作之间的落辑关系；⑵各部分电路的偏置电流调节到能保证电路正常工作时最小值。b.电路中控制元器件的选择与采购：尽量选择驱动电流小的控制元件，如：电压驱动型的功率器件及CMOS电路等，并注意这些元件的质量。4、充、放电回路压降◆为了降低控制器的损耗，还应对控制器充电或放电的电压降提出要求。◆在标准中规定了控制器充电或放电的电压降不应超过系统额定电压的5%。◆产品实际检测情况：控制器的充放电回路压降过大，主要问题出现在额定电流较大的光伏控制器，其原因有以下二方面：a.充放电回路中反向隔离器件的选择不合理，充放电电流较大时，应尽量选用正向压降小的肖特基二极管做充电回路中的反向隔离保护。b.电路板焊装工艺存在一定问题：⑴通过大电流的导线截面积不够；⑵电路板铜铂线条较窄；⑶大电流焊接点存在不同程度虚焊现象；⑷蓄电池放电回路中的保险管（如选用劣质管就产生较大压降、卡座与电路板焊接不良同样产生较大压降）。(二)主要技术参数1.系统电压为光伏发电系统直流工作电压。小功率一般为12V和24V；中、大功率也有48V、110V和220V。2.最大充电电流为电池组件（方阵）输出最大电流（5A、6A、8A、10A、12A、15A等）3.太阳能电池方阵输入路数小功率系统一般为单路输入，大功率光伏控制器都是采用多路输入，以降低单路电流强度。一般为6路，12路和18路。4.电路自身损耗（空载损耗）一般不能超过额定充电电流的1%或0.4W,一般为5~20mA。5.蓄电池过充电保护电压（HVD）6.蓄电池过放电保护电压（LVD）7.蓄电池充电浮充电压HVD、LVD、浮充电压参数如下表所示。三、GB/T19064-2003中控制器的主要技术要求系统电压12V24V48V过充保护电压（HVD）（过压关断电压）/典型值14.1~14.5/14.428.2~29/28.856.4~58/57.6过充关断恢复电压（HVR）/典型值13.1~13.4/13.226.2~26.8/26.452.4~53.6/52.8过放保护电压（LVD）/典型值10.8~11.4/11.121.6~22.8/22.243.2~45.6/44.4过放关断恢复电压（LVR）/典型值12.1~12.6/12.424.2~25.2/24.848.4~50.4/49.6蓄电池充电浮充电压13.727.454.8三、GB/T19064-2003中控制器的主要技术要求8.温度补偿一般为-20~-40mV/℃9.工作环境温度一般在-20~+50℃之间。（五）选型配置光伏控制器的选型配置一般应考虑：1.系统工作电压一般要考虑控制器的输入电压即光伏系统的直流工作电压，输出电压即逆变器的输入电压。2.额定输入电流和输入路数输入电流主要考虑光伏电池组件（方阵）的输入电流。同时还要考虑光伏方阵是分几路向控制器供电的。3.控制器的额定负载电流主要根据负载或逆变器的额定输入电流来确定。此外还有：环境温度、海拔高度、防护等级、外形尺寸等参数在设计时需要考虑。三、GB/T19064-2003中控制器的主要技术要求明理知行精工致远明理知行精工致远