光伏发电技术73控制器

1、7.3.2 蓄电池 7.3.2.6 蓄电池的性能参数 主要讨论应用最多的铅酸蓄电池 （1）蓄电池的电压 铅酸蓄电池每格的标称电压是2V，实际电 压随充放电情况而有变化。 充电结束时电压有2.5-2.7V，以后缓慢降 低到2.05V左右的稳定状态。 放电时，电压缓慢下降，降到1.7V时，便 不能再继续放电。 （2）蓄电池的容量 定义：出厂时规定的该蓄电池在一定的放电电 流和一定的电解液温度下，单格电池的电压降 到规定值时，所能提供的电量。 单位：安时（A h）或（ W h） 标称容量取决于蓄电池本身和使用条件。 蓄电池容量和放电率的关系 同一个电池放电率不同，给出的容量也不同。 放电率有两种表示

2、方法 A.小时率（时间率）：以一定的电流放完额定 容量所需要的时间。 Ct=放电电流I*放电时间t B.电流率(倍率)：放电电流相当于电池额定容量的倍 数 例：容量为100 A h的蓄电池，以100 A h/10h=10A电流放电，10h将全部电量放完，则电流率 为0.1C10. C10表示10h放电率下的电池容量。 若以100A放电,则1h将全部电量放光,电流率为1C10 放电电流越大，蓄电池容量越小，根据使用条件的不 同，汽车蓄电池多用C20，固定型或摩托车蓄电池用C10 ，牵引型和电动车蓄电池用C5，一般光伏可用C20 蓄电池容量与温度的关系 温度高时，电解液的粘度下降，电阻减小，扩散速

3、 度增大，电池的化学反应增强，这些都会使得容量 增大；但是温度升高时，蓄电池的自放电会增加， 电解液的消耗量也会增大。 蓄电池在低温下容量迅速下降，通用型蓄电池在温 度降到5时，容量会降到70%左右。低于-15时容 量将下降到60%，且在-10以下充电反应非常缓慢 ，可能造成放电以后难以恢复。放电后如果不能及 时充电，在温度低于-30时有冻坏的危险。 （3）蓄电池的使用寿命 在独立光伏发电系统中，通常蓄电池是使用寿命最短 的部件。 根据蓄电池用途和使用方法不相同，对于寿命的评价 方法也不相同。 对于铅酸蓄电池，可分为充放电循环寿命、使用寿命 和恒流过充电寿命三种评价方法。 蓄电池的充放电循环寿

4、命以充、放电循环次数来衡量 使用寿命以蓄电池的工作年限来衡量。 使用寿命与蓄电池本身质量、工作条件、使用和维 护情况等因素有很大的关系。 （4）蓄电池的效率 离网光伏系统中，蓄电池是储能装置。实际使用的蓄 电池在工作过程中必定有一定的能量损耗，通常用能 量效率和安时效率来表示。 能量效率 蓄电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。 影响能量效率的主要因素是蓄电池的内阻。 充电效率（库伦效率） 蓄电池放电时输出的电量和充电时输入的电量之比。 影响充电效率的主要因素是蓄电池内部的各种负反应 ，如自放电。 对于一般的离网光伏系统，平均充电效率为80%-85% 在冬天可增加到90%-95%。 （5

5、）蓄电池的自放电 蓄电池不使用时，随着放置时间的延长，储电量会 自动减少，这种现象叫做自放电。 （6）蓄电池的放电深度与荷电态 放电深度（Depth of Discharge，DOD） 用户在蓄电池的使用过程中，蓄电池放出的安时数 占其标称容量安时数的百分比。 深度放电会造成蓄电池内部极板表面硫酸盐化，导 致蓄电池的内阻增大，严重时会使个别电池出现“ 反极”现象和永久性损坏。因此，过大的放电深度 会严重影响电池的使用寿命。 一般情况下，光伏系统中，蓄电池的放电深度为 30%-80%。 荷电态（State of Charge，SOC） 衡量蓄电池充电程度的一个重要参量。 一般把一定温度下，蓄电池

6、充电到不能再吸收能 量的状态定义为荷电态，即SOC=100% 而将蓄电池再不能放出能量的状态定义为荷电态 SOC=0%。 一般铅酸蓄电池SOC的定义为SOC=Cr/Ct*100% Cr和Ct分别表示某个时刻的蓄电池剩余电量和总 容量。 荷电态与放电深度的关系 SOC=1-DOD 随着蓄电池的放电，其荷电态要逐渐减少，相应 的电解液的相对密度和开路电压也会变小，电解 液的冰点要提高。 总之，蓄电池在离网光伏系统中是十分重要的组 成部分，也是整个系统中使用寿命最短的部件， 因此必须合理配备蓄电池的类型和规格，选择合 适的型号，具有足够的容量，精心安装和管理维 护，才能保证离网光伏系统的长期稳定运行

7、。 光伏系统中的控制器是对光伏系统进行管理 和控制的设备，在不同类型的光伏系统中， 控制器不尽相同，其功能多少及复杂程度差 别很大。 控制器的组成：电子元器件、仪表、继电器 （是用小电流去控制大电流运作的一种“自 动开关”。在电路中起着自动调节、安全保 护、转换电路等作用）、开关等 控制器的基本作用：为蓄电池提供最佳的充 电电流和电压，并在充电过程中减少损耗， 同时保护蓄电池，需要时还有稳压功能。 7.4.1 控制器的类型 1.光伏控制器的基本电路 电路组成：太阳电池组件、控制电路及控制开关、 蓄电池和负载。开关1充电控制开关，开关2放电控 制开关。 开关1闭合，太阳电池组件通过控制器给蓄电池

8、充电 ；当蓄电池出现过充电时，开关1能及时切断充电回 路，使光伏组件停止向蓄电池供电；开关1还能按预 先设定的保护模式自动恢复对蓄电池的充电。 开关2闭合时，由蓄电池给负载供电；当蓄电 池出现过放电时，开关2能及时切断放电回路 ，蓄电池停止向负载供电，当蓄电池再次充电 并达到预先设定的恢复充电点时，开关2又能 自动恢复供电。 开关1和开关2可以由各种开关元件构成，如各 种晶体管、可控硅、固态继电器、功率开关器 件等。 光伏充电控制器主要分为五种类型 并联型控制器，串联型控制器、脉宽调制性控 制器、多路控制器、智能型控制器、最大功率 跟踪型控制等 2.并联型控制器 也叫旁路型控制器，它是利用并联

9、在太阳电池两端 的机械或电子开关器件控制充电过程。当蓄电池充 满电时，把太阳电池的输出电流分流到旁路电阻器 或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉（泄荷） ；当蓄电池电压回落到一定值时，再断开旁路恢复 充电，由于这种方式消耗热能，所以一般用于小型 、小功率系统。 并联型控制器的电路原理如图所示，VD1是防反充电二 极管，VD2是防反接二极管，T1和T2都是开关；T1是控 制器充电回路中的开关，T2为蓄电池放电开关；Bx是 保险丝；R为泄荷电阻；检测控制电路监控蓄电池的端 电压。 工作过程：充电回路的开关器件T1并联在太阳电池或 太阳电池组件的输出端，当充电电压超过蓄电池设定 的充满断开电压值时，

10、开关器件T1导通，同时防反充 二极管VD1截止，使太阳电池的输出电流直接通过T1旁 路泄放，不再对蓄电池进行充电，从而保证蓄电池不 被过充电，起到防止蓄电池过充电的保护作用。 开关器件T2为蓄电池放电控制开关，当蓄电池的供电 电压低于蓄电池的过放电保护电压值时，T2关断，对 徐放电池进行过放电保护。当负载因过载或短路使电 流大于额定工作电流时，控制开关T2也会关断，起到 输出过载或电路保护作用。 检测控制电路 随时对蓄电池的电压进行检测，当电压大于充满保护 电压时，T1导通，电路实行过充电保护；当电压小于 过放电电压时，T2关断，电路实行过放电保护。 VD2为蓄电池接反保护二极管，当蓄电池极性

11、接反时 ，VD2导通，蓄电池将通过VD2短路放电，短路电流将 保险丝熔断，电路起到防蓄电池接反保护作用。 开关器件T1、T2，VD1，VD2及保险丝Bx等和检测控制 电路共同组成控制器。该电路具有线路简单、价格便 宜、充电回路损耗小、控制器效率高的特点，当防过 充电保护电路工作时，开关器件要承受太阳电池组件 或方阵输出的最大电流，所以要选用功率较大的开关 器件。 3.串联型控制器 串联控制器是利用串联在充电回路中的机械 或电子开关器件控制充电过程。当蓄电池充 满电时，开关器件断开充电回路，停止为蓄 电池供电；当蓄电池电压回落到一定值时， 充电电路再次接通，继续为蓄电池充电。串 联在回路中的开关

12、器件还可以在夜间切断光 伏电池供电，取代防反充二极管。串联型控 制器同样具有结构简单、价格便宜等特点， 但由于控制开关是串联在充电回路中，电路 的电压损失较大，使充电效率有所降低。一 般用于较高功率系统。 串联型控制器的电路原理如图所示，它的电路结构与 并联型控制器结构相似，区别仅是将开关器件T1由并 联在太阳电池输出端改为串联在蓄电池充电回路中。 控制器检测电路监控蓄电池的端电压，当充电电压超 过蓄电池设定的充满断开电压值时，T1关断，使太阳 电池不再对蓄电池充电，起到防止蓄电池过充电的保 护作用。其他元件的作用和并联控制器相同。 串、并联控制器的检测控制电路实际上就是蓄电 池过、欠电压的检

13、测控制电路，主要是对蓄电池 的电压随时进行取样检测，并根据检测结果向过 充电、过放电开关器件发出接通或关断的控制信 号。检测电路原理如图所示。 该电路包括过电压检测控制和欠电压检测控制两部 分电路，由带回差控制的运算放大器组成。其中IC1 为过电压检测控制电路，IC1的同相输入端输入基准 电压，反相接入端接被测蓄电池，当蓄电池电压大 于过充电电压值时，IC1输出端G1输出为低电平，使 开关器件T1接通（并联型控制器）或关断（串联型 控制器），起到过电压保护功的作用。 当蓄电池电压下降到小于过充电电压值时，IC1的反 相输入电位低于同相输入电位，则其输出端G1又从 低电平变为高电平，蓄电池恢复正

14、常充电状态。过 充电保护和恢复的门限基准电压由Rp1和R1配合调整 确定。IC2等构成欠电压检测控制电路，其工作原理 与过电压检测控制电路相同。 4.脉宽调制型控制器 脉宽调制（Pulsewidth Modulation,PWM） 型控制器原理如图所示，该控制器以脉冲方式 开关光伏组件的输入。 当蓄电池逐渐趋向充满时，随着其端电压的逐 渐升高，PWM电路输出脉冲的频率和时间都发生 变化，使开关器件的导通时间延长、间隔缩短 ，充电电流逐渐趋近于零。 当蓄电池电压由充满点向下降时，充电电流又 会逐渐增大。与前两种控制器电路比，脉宽调 制充电控制方式虽然没有固定的过充电电压断 开点和恢复点，但是电路

15、会控制当蓄电池端电 压达到过充电控制点附近，其充电电流要趋近 于零。这种充电过程能形成较完整的充电状态 ，其平均充电电流的瞬时变化更符合蓄电池当 前的充电状态，能够增加光伏系统的充电效率 并延长蓄电池的总循环寿命。 另外，脉冲调制型控制器还可以实现光伏系统的 最大功率跟踪功能，因此可作为大功率控制器用 于大型光伏发电系统中。 脉宽调制型控制器的缺点：控制器的自身工作有 4%-8%的功率损耗。 5.多路控制器 多路控制器一般用于千瓦级以上的大功率光伏 发电系统，将太阳电池方阵分成多个支路接入 控制器。 当蓄电池充满时，控制器将太阳电池方阵各支 路逐路断开；当蓄电池电压回落到一定值时， 控制器再将

16、太阳电池方阵逐路接通，实现对蓄 电池组充电电压和充电电流的调节。这种控制 方式属于增量控制法，可以近似达到脉冲调制 控制器的效果，路数越多，增幅越小，越接近 线性调节。但路数越多，成本也越高，因此确 定太阳电池方阵路数时，要综合考虑控制效果 和控制器的成本。 工作原理 当蓄电池充满电时，控制电路将控制机械或电子 开关从T1-Tn顺序断开太阳电池方阵各支路Z1-Zn 。当第一路Z1断开后，如果蓄电池电压已经低于 设定值，则控制电路等待；直到蓄电池电压再次 上升到设定值后，再断开第二路Z2，再等待；如 果蓄电池电压不再上升到设定值，则其他支路保 持接通充电状态。 当蓄电池电压低于恢复点电压时，被断

17、开的太阳 电池方阵支路依次顺序接通，直到天黑之前全部 接通。VD1-VDn是各个支路的防反充二极管，A1和 A2分别是充电电流表和放电电流表。 6.智能型控制器 采用CPU和MCU等微处理器对太阳能光伏发电系统的运 行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由 单片机内设计的程序对单路或多路光伏组件进行切断 与接通的智能控制。中、大功率的智能控制器还可以 通过单片机的RS232/485接口通过计算机控制和传输 数据，并进行远距离通信和控制。 TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变 电压抑制二极管 智能控制器除了具有过充电、过放电、短路、过载 、防反接等保护

18、功能外，还利用蓄电池放电率高， 准确地进行放电控制，智能控制器还具有高精度的 温度补偿功能。 7.最大功率跟踪型控制器 太阳电池方阵的最大功率点会随着太阳辐照度和温 度的变化而变化，而太阳电池方阵的工作点也会随 着负载电压的变化而变化，如果不采取任何措施， 而是直接将方阵与负载连接，则很难保证太阳电池 方阵工作在最大功率点附近，太阳电池方阵也不可 能发挥其应有的功率输出。 将太阳电池的电压和电流检测后相乘得到功率 ，然后判断太阳电池此时的输出功率是否达到 最大，若不在最大功率点运行，则调整脉宽， 调制输出占空比，改变充电电流，再次进行实 时采样，并做出是否改变占空比的判断。通过 直流变换电路和

19、寻优跟踪控制程序，无论太阳 辐照度、温度和负载特性如何变化，可以保证 太阳电池方阵始终运行在最大功率点，以充分 利用其输出的能量，这种方法被称为“最大功 率点跟踪”，即MPPT（Maximum Power Point Tracking）。同时，采用PWM调制方式，使充电 电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提 高充电效率。 7.4.2 控制器的主要功能 1.蓄电池充、放电管理 控制器应具有输入充满断开和恢复连接功能，标准 设计的蓄电池电压为12V，充满断开和恢复连接的参 考值： 充满断开 恢 复连接 启动型铅酸电池 15.0-15.2V 13.7V 固定型铅酸电池 14.8-15.0V 13

20、.7V 密封型铅酸电池 14.1-14.5V 13.2V 应具有欠电断开和恢复功能 当单体蓄电池电压降到过放点（1.800.05）V时， 控制器应能自动切断负载；当电压回升到充电恢复 点2.2-2.25V时，控制器应能自动或手动恢复对负载 的供电。 考虑到环境及电池的工作温度特性，控制器应具有温 度补偿功能。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的容量过早 下降甚至报废。温度补偿值一般为-（2-4）Mv/。 2.设备保护 负载短路保护。能够承受任何负载短路的电路保护 内部短路保护。能够承受充电控制器、逆变器和其

21、他设备内部短路的电路保护 反向放电保护。 能够防止蓄电池通过太阳电池组件 反向放电的保护 极性反接保护。能够承受负载、太阳电池组件或蓄 电池极性反接的电路保护 雷电保护。能够承受在多雷区由于雷击而引起击穿 的电路保护。 3.光伏系统工作状态显示 控制器应能显示光伏系统的工作情况。 对于小型光伏系统的控制器，蓄电池的荷电状态 ，可由发光二极管的颜色判断，绿色表示蓄电池 电能充足，可以正常工作；黄色表示蓄电池电能 不足；红色表示蓄电池电能严重不足，必须充电 后才能工作，否则会损坏蓄电池，这时，控制器 到负载的输出端已自动断开。 对于大、中型光伏系统，应由仪表或数字显示系 统的基本技术参数，如电压、

22、电流、功率、安时 数等。 4.光伏系统数据及信息存储 特别是对于大型光伏系统，应该配备数据及信息存 储设备，必要时进行分析和除理，用以判断或评价 系统的工作状态，以便改进。 5.光伏系统故障处理及报警 当系统发生故障时，应能够自动采取保护措施，或 使用声、光等报警手段，以便操作人员及时处理， 避免系统遭到损坏。 6.光伏系统遥测、遥控、遥信等 对于大型光伏系统，必要时可配备遥测、遥控、遥 信等装置。 控制器的功能并不是越多越好，否则不但提高了投 资费用，还增加了系统出现故障的可能性，所以要 根据实际情况合理配备必要的功能。 7.4.3 控制器的主要技术指标 为了控制器能够更加有效的工作，对其本

23、 身的性能也有一定要求。 1.静态电流 应尽可能降低控制器的空载损耗，以提高光 伏系统的转换效率。控制器的镜头电流应尽量低， 规定最大自身耗电不应超过其额定充电电流的1% 2.回路压降 控制器充电和放电回路的电压降不应超过系统额定电 压的5%。 3.耐振动性 在10-55Hz环境下，以振幅0.35mm在三个轴向各振动 30min后，设备应仍能正常工作。 4.耐冲击电压 当蓄电池从电路中移去后，控制器在7h内必须能 承受高于太阳电池组件标称开路电压1.25倍的冲 击。 5.耐冲击电流 控制器必须能承受1h高于太阳电池组件标称短路 电流1.25的冲击。开关型控制器的开关元器件必 须能够切换此电流而

24、自身没有损坏。 控制器一般有三对接线柱，分别与太阳电池方阵 、蓄电池和直接负载或逆变器相连。连接时要注 意控制器的三个正极分别与太阳电池方阵、蓄电 池和直流负载的正极相连，负极与相应部件的负 极相连，极性不能接反。 6.系统电压 即额定工作电压，指光伏发电系统的直流工作电压 ，电压一般为12V和24V，中、大功率控制器也有48V 、110V、220V等。 7.最大充电电流 太阳电池组件或方阵输出的最大电流，根据功率大 小分为 5A,6A,8A,10A,12A,15A,20A,30A,40A,50A,70A,100A ,150A,200A,250A 8.太阳电池方阵输入路数 小功率光伏控制器一般

25、都是单路输入，而大功率光 伏控制器都是太阳电池方阵多路输入，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。 9.蓄电池充电浮充电压 一般为13.7V(12V系统)， 27.4V(24V系统)和 54.8V(48V系统) 7.4.3 光伏控制器的主要性能特点 1.小功率光伏控制器 目前大部分小功率控制器都采用低功耗、长寿命 的MOSFET场效应管等电子开关元件作为控制器的主 要开关器件。 运用脉冲宽度调制（PWM）控制技术对蓄电池进行 快速充电和浮充充电，使太阳能发电能量得以充分 利用。 具有单路、双路负载输出和多种工作模式。其主 要工作模式有：普通开/关工作模式、光控开/关工

26、作模式、光控开/时控关工作模式。 具有多种保护功能，包括蓄电池和太阳电 池接反、蓄电池开路、蓄电池过充电和过放 电、负载过压、夜间防反充电、控制器温度 过高等多种保护。 用LED指示灯对工作状态、充电状况、蓄电 池电量等进行显示。 具有温度补偿功能 。其作用是在不同的工作环境温度下，能够对 蓄电池设置更为合理地充电电压，防止过充 电和欠充电状态而造成的电池充放电容量过 早下降甚至过早报废。 （2）中功率光伏控制器 一般把额定负载电流大于15A的控制器称为中功 率控制器。 采用LCD液晶屏显示工作状态和充放电等各种 重要信息：如电池电压、充电电流和放电电流、 工作模式、系统参数、系统状态等。 具

27、有自动/手动/夜间功能：可编制程序设定负 载的控制方式为自动或手动方式。手动方式时， 负载可手动开启或关闭。当选择夜间功能时，控 制器在白天关闭负载，检测到夜晚时，延迟一段 时间后自动开启负载，定时时间到，又自动关闭 负载，延时时间和定时时间可编程设定。 具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、过压 、温度过高等多种保护功能。 具有浮充电压的温度补偿功能。 具有快速充电功能：当电池电压低于一定值时 ，快速充电功能自动开始，控制器将提高电池的 充电电压，当电池电压达到理想值时，开始快速 充电倒计时程序，定时时间到后，退出快速充电 状态，已达到充分利用太阳能的目的。 中功率光伏控制器同样具有普通充/放

28、电工作 模式、光控开/关工作模式、光控开/时控关工作 模式等。 （3）大功率光伏控制器 采用微电脑芯片控制系统，具有以下性能特点： 采用LCD液晶点阵模块显示，可根据不同的场 合通过编程任意设定、调整充放电参数及温度补 偿系数，具有中文操作菜单，方便用户调整。 可适应不同场合的特殊要求，可避免各路充电 开关同时开启和关断时引起的振荡。 可通过LED指示灯显示各路光伏充电状态和负 载通断状况。 有1-18路太阳电池输入控制电路，控制电路与 主电路完全隔离，具有较高的抗干扰能力。 具有电量累计功能，可实时显示蓄电池电压、 负载电流、充电电流、光伏电流、蓄电池温度、 累计光伏发电量、累积负载用电量。

29、 具有历史数据统计显示功能，如过充电次数、 过放电次数、过载次数、短路次数等。 用户可分别设置蓄电池过充电保护和过放电保 护时负载的通断状态 各路充电电压检测具有”回差”控制功能,可 防止开关器件进入振荡状态. 具有蓄电池过充电过放电输出过载短路浪 涌太阳电池接反或短路蓄电池接反夜间防反 充等一系列报警和保护功能. 可根据系统要求提高发电机或备用电源启动电 路所需要的无源干节点. 配有RS232/485接口，便于远程遥信、遥控； 参数设置具有密码保护具有雷电保护，工作模式 可分为普通和一点式充放电模式选择设定。 7.4.4 光伏控制的配置选型 要根据整个系统的各项技术指标并参考生产厂家提 供的

30、产品样本手册来确定。一般考虑下列几项技术 指标。 1.系统工作电压 指太阳能发电系统中蓄电池或蓄电池组的工作电压 ，这个电压要根据直流负载的工作电压或交流逆变 器的配置选型确定，一般有 12V,24V,48V,110V,220V等 2.额定输入电流和输入路数 控制器的额定输入电流取决于太阳电池组件或方阵 的输出电流，选型时控制器的额定输入电流应等于 或大于太阳电池的输出电流。 控制器的输入路数要等于或大于太阳电池方阵的 设计输入路数。 大功率控制器通常采用多路输入 每路输入的最大电流=额定输入电流/输入路数， 因此，各路电池方阵的输出电流应小于或等于控 制器的每路允许输入的最大电流值。 3.控

31、制器的额定负载电流 也就是控制器输出到直流负载或逆变器的直流输 出电流，该数据要满足负载或逆变器的输入要求 。 除了上述主要技术数据要满足设计要求以外，使 用环境温度、海拔高度、防护等级和外形尺寸等 参数以及生产厂家和品牌也是控制器配置选型时 需要考虑的因素。 1.太阳电池阵列的输出功率特性P-U曲线 曲线以最大功率点为界，分为左右两侧。当太阳电 池工作在最大功率点电压右边的D点时，因离最大 功率点较远，可以将电压值减小，即功率增加；当 工作在最大功率点电压左边时，若电压值小，为了 获得最大功率，可以将电压值调大。 2.太阳电池组件光电流与辐照度 太阳电池组件的光电流与辐照度成正比，在100-

32、 1000W/m2范围内，光电流始终随辐照度的增加而线性 增长；而辐照度对光电压的影响很小，在温度固定的 条件下，当辐照度在400-1000W/m2范围内变化，太阳 电池组件的开路电压基本保持恒定。正因为如此，太 阳电池组件的功率与辐照度也基本成正比。 3.CVT方法 由上图可知，太阳电池组件的最大功率点随太阳辐 照度的变化呈现一条垂直线，即保持在同一电压水 平上，因此，提出可以采用恒压控制（Constant Voltage Tracking，CVT），这种方法只需要保证太 阳电池方阵的恒压输出即可，大大简化了控制系统 。由于太阳电池方阵工作在阳光下，太阳辐照度的 变化远大于其结温（是处于电子

33、设备中实际半导体 芯片的最高温度）的变化，采用CVT代替MPPT在大多 数情况下是适用的。 对于环境温度变化较大的场合，CVT控制就很难保证 太阳电池方阵工作在最大功率点附近。 图中给出了不同温度下太阳电池组件最大功率点 的变化。可以看出，随着太阳电池组件结温的变 化，最大功率点电压变化较大，如果仍然采用 CVT代替MPPT，则会产生很大的误差。 为了简化控制方案，又能兼顾温度对太阳电池组 件电压的影响，可以采用改进CVT方法，即仍采 用恒压控制，但增加温度补偿。在恒压控制的同 时监视太阳电池组件的结温，对于不同的结温， 调整到相应的恒压控制点即可。 MPPT控制器始终要求跟踪太阳电池方阵的最

34、大功 率点，需要控制电路同时采样太阳电池方阵的电 压和电流，并通过乘法器计算太阳电池方阵的功 率，然后通过寻优和调整，使太阳电池方阵工作 在最大功率点附近。MPPT的寻优方法很多，如扰 动观察法、电导增量法、间歇扫描法、模糊控制 法等。 太阳电池作为一种直流电源，在正常工作情况下 ，光伏电池运行受外界环境温度、光强等因素影 响，呈现出典型的非线性特征，完全不同于常规 的直流电源。因此对于不同类型的负载，它的匹 配特性也完全不同，负载的类型有电压接受型负 载（如蓄电池）、电流接受型负载（如直流电机 ）和纯阻性负载。一般来说，理论上很难得出非 常精确的光伏电池数学模型，因此通过数学模型 的实时计算

35、来对光伏系统进行精确的MPPT控制是 困难的。 理论上，根据电路原理：当光伏电池的输出阻抗 和负载阻抗相等时，光伏电池的输出功率最大， 可见，光伏电池的MPPT过程实际上就是基于光伏 电池输出阻抗和负载阻抗等值相匹配的过程。 最典型的电压接受型负载是蓄电池，它是与太阳电 池方阵直接匹配最好的负载类型。太阳电池电压随 温度的变化大约只有0.4%/（电压随辐照度的变 化更小），基本可以满足蓄电池的充电需要。 蓄电池充满电压到放电终止电压的变化大约从 +25%-10%，如果直接连接，失配损失大约平均为 20%。采用MPPT控制，可以使这样的匹配损失减少 到5%。 实现CVT和MPPT的电路通常采用斩

36、波器来完成直流/ 直流变换。斩波器电路分为降压型变换器（BUCK电 路）和升压型变换器（BOOST电路） 直流斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直 流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种 直流对直流的转换器，已被广泛使用。 BUCK电路 降压斩波电路实际上是一种电流提升电路，主要用 于驱动电流接受型负载。直流变换是通过电感来实 现的。 使开关K保持振荡，振荡周期T=Ton+Toff，当K接通 时 假设Ton足够小，Ui和U0保持恒定，于是 在开关K接通期间，电感储存能量 K断开时，电感通过二极管VD将能量释放到负载， 0i di UUL dt 0 ()(0) i LonLon UU

37、i TiT L 2 1 () 2 Lon Li T 0=- L di UL dt 假设Toff时间足够短，Uo保持恒定，于是 稳态条件 ，于是 得到 因为流过电感的电流不可能是负的，连续传导条 件为 ，于是 得到 0 off (+)() LonLonoff U i TTi TT L off (+)= (0) LonL i TTi 0 0 （-） onoff i TU T UU LL 0 i on onoff U T U TT 0i UU (0)0 L i () o off Lon U T i T L 0 () Lon off Li T T U 对于给定的振荡周期，适当调整Ton就可以调整 变换

38、器的输入电压Ui等于太阳电池方阵的最大功 率点电压。BUCK电流的平均负载电流IL为 BUCK电路中，两只电容器的作用是减少电压波动 ，从而使得输出电流得到提升并尽可能平滑。 0 0 1 () 2 T off LLLon U T ii dti T TL BOOST电路 BOOST升压斩波电路主要用于太阳电池方阵对蓄 电池充电的电路中。直流变换也是通过电感来实 现的。 使开关K保持振荡，振荡周期T=Ton+Toff，当K接 通时 假设Ui在Ton时间内保持恒定，电流变化可以写 成 在开关K接通期间，电感储存能量 K断开时，电感通过二极管VD将能量释放到负载 L i di UL dt ()(0)

39、i on LonL U T i Ti L 2 1 () 2 Lon Li T i0 -= L di UUL dt 假设Toff时间足够短，Ui和Uo保持恒定，于是 稳态条件 ，于是 得到 于是对于给定的振荡周期，适当调整Ton就可以 调整变换器的输入电压Ui，使其处于太阳电池方 阵的最大功率点电压 i0 off - (+)() LonLonoff UU i TTi TT L off (+)= (0) LonL i TTi i 0 -（-） offon i TU T UU LL 0 ff （） ionoff o UTT U T 0i UU MPPT控制的实现 无论采用哪一种斩波器，都必须要有闭环

40、电路控 制，用于控制开关K的导通和断开，从而使太阳 电池方阵工作在最大功率点附近。 对于为蓄电池充电的BOOST电路，只需要保证充 电电流最大，即可达到最大输出的目的，因此只 需将BOOST电路的输出电流信号反馈到控制电路 ，控制开关K的导通时间Ton，使BOOST电路具有 最大的电流即可。 对于真正的MPPT控制，则需要对工作电压和电流 实时采集，计算功率值，通过寻优过程使得太阳 电池方阵工作在最大功率点附近。 实现MPPT最常用的自寻优类方法之一 基本思想：首先扰动光伏电池的输出电压（或电 流），然后观测光伏电池功率的变化，根据功率 变化的趋势连续改变扰动电压（或电流）方向， 使光伏电池最终工作于最大功率点。 分为