《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第5章太阳能充、放电控制器课件

1、第5章 光伏控制器 光伏控制器第5章 光伏控制器1第1页，共81页。5.1 光伏控制器概述5.1.1 光伏控制器的基本概念 光伏控制器是对光伏发电系统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。 基本原理：控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态，判断蓄电池是否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 。2第2页，共81页。5.1 光伏控制器概述5.1.2 光伏控制器的主要功能 在太阳能光伏发电系统中，控制器是整个系统的核心部件。为了延长蓄电池的寿命

2、，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，性能良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。3第3页，共81页。5.1 光伏控制器概述5.1.2 光伏控制器的主要功能 （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：启动型铅酸电池：充满断开为15.015.2V，恢复连接为13.7V；固定型铅酸电池：充满断开为14.815.0V，恢复连接为13.5V；密封型铅酸电池：充满断开为14.114.5V，恢复连接为13.2V。（2）具有对蓄电池充放电管理和

3、最优充电控制功能。 4第4页，共81页。5.1 光伏控制器概述 （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。 （4）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(35)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。5第5

4、页，共81页。5.1 光伏控制器概述 （6）直流负载，控制器还可以有稳压功能，为负载提供稳定的直流电。 （7）光伏系统数据及信息储存功能。（8）光伏系统遥测、遥控、遥信等。 6第6页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理5.2.1蓄电池充电控制基本原理 1.铅酸蓄电池充电特性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。图5-1铅酸蓄电池充电特性曲线7第7页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理 2.常规过充电保护原理

5、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2.452.5V/单体（固定式铅酸蓄电池）和2.32.35V/单体（阀控密封式铅酸蓄电池）。 8第8页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理 3.铅酸蓄电池充电温度补

6、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(35) mV/ (标准条件为25)，即当电解液温度（或环境温度）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35mV；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35mV。9第9页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理5.2.2 蓄电池过放电保护基本原理 1.铅酸蓄电池放电特性铅酸蓄电池放电特性如图曲线所示。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

7、后，电压急剧下降。 标志蓄电池已接近放电终了，应立即停止放电。 图5-2铅酸蓄电池放电特性曲线 10第10页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理 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1.751.8V/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1.781.82V/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”。11第11页，共

8、81页。5.2 光伏控制器的基本原理 3.蓄电池剩余容量控制法蓄电池使用寿命受其荷电状态影响极大。 作为启动电源或备用电源的场合，大部分处于浮充或滿电运行，荷电状态（SOC）处于很高的状态（80%上），并且有可充电电源，这时寿命较长。而光伏和风电中，电池常处于深度放电，寿命较短。如果让电池处于浅放电中，其寿命会增加很多。图5-3蓄电池循环寿命与放电深度（DOD）的关系12第12页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理 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过程中（处于放 电状态时），控制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

9、整负载的大小或调整负载的工作时间，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；（新电池可用） 内阻法，必须测出蓄电池的内阻容量曲线。 13第13页，共81页。5.2 光伏控制器的基本原理 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。 主要是剩余电量和充放电率，端电压，电解液密度，内阻等各个参数间的数学模型。 可对电池的放电进行

10、全过程控制，主要用于无人值守且允许调整工作时间的光伏发电系统，最典型的是太阳能路灯。 蓄电池的剩余容量/负载工作时间/h蓄电池的剩余容量/负载工作时间/hSOC90%70%SOC90%12850%SOC70%10%SOC50%64表5-1 太阳能路灯系统在蓄电池不同SOC情况下对路灯工作时间的调整14第14页，共81页。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。将剩余电量在控制器上显示出来，供人工参考。15第15页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术5.3.1 VRLA蓄电池充电器1.充电器的性能 恒压恒流分段式充电技

11、术，对VRLA蓄电池进行最优充电，充电电流的纹波尽可能小，才能延长VRLA蓄电池的寿命。 增大充电器的功率：优点是可以满足不同VRLA蓄电池配置调节充电电流的要求，缺点是浪费成本。 通用配置充电器：对后备时间过长或过短无能为力。 模块化设计充电器，采用不同数目的模块配置，可实现并联、均流充电，既可节约成本，又可满足不同的光伏发电系统控制要求。 16第16页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 2.均浮充功能 蓄电池在正常使用过程中，会发生端电压、内阻的变化的不均衡情况。 这种状况会导致电池输出电压过低或内阻过大，会减少电池寿命。 均浮充是在一定时间内，提高充电电压，对VRLA蓄电池单元进行充

12、电，使各VRLA蓄电池单元都达到均衡一致的状态，起到活化VRLA蓄电池的目的，从而极大地延长VRLA蓄电池寿命。 均、浮充转换技术是根据对蓄电池充电电流的检测及蓄电池容量情况的判断，自动进行蓄电池均、浮充转换。为此要求配置的充电器具有均、浮充自动转换功能，以提高光伏发电系统的可用性。 17第17页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 3.保证VRLA蓄电池组均匀性 光伏发电系统要尽可能选用均匀性好的VRLA蓄电池组。此外，在VRLA蓄电池运行过程中，要根据单体VRLA蓄电池电压来判断VRLA蓄电池组的均匀性，及时更换失效的VRLA蓄电池。 如果均匀性不好，充电时，容量小的电池会出现热失控现象

13、容量大的电池会出现充电不足，影响寿命容量小的电池会出现放电深度加深现象，影响寿命。18第18页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 4.VRLA蓄电池运行温度图5-4为GFM系列蓄电池的放电容量与温度的关系曲线。 图5-5为GFM系列蓄电池在不同工作环境温度下的使用寿命曲线。19第19页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术5.3.2 VRLA蓄电池充电控制技术 蓄电池充电控制技术主要有： 1.主充、均充、浮充各阶段的自动转换目前，VRLA蓄电池主要采用主充、均充、浮充三阶段充电方法，充电各阶段的自动转换方法有：（1）时间控制，即预先设定各阶段充电时间，由时间继电器或CPU控制转换时间。简单

14、， 控制比较粗略。（2）设定转换点的充电电流或VRLA蓄电池端电压值，当实际电流或电压值达到设定值时，即自动转换。（3）容量控制，采用积分电路在线监测蓄电池的容量，当容量达到一定值时，则发出控制信号改变充电电流。控制电路比较复杂，但控制精度较高。20第20页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 2.充电程度判断对蓄电池进行充电时，必须随时判断蓄电池的充电程度，以便控制充电电流的大小。判断充电程度的方法： （1）观察蓄电池去极化后的端电压变化。一般来说，在充电初始阶段，蓄电池端电压的变化率很小；在充电的中间阶段，蓄电池端电压的变化率很大；在充电末期，端电压的变化率极小。尤此，判断蓄电池所处的充

15、电阶段。（2）检测蓄电池的实际容量值，并与其额定容量值进行比较，即可判断其充电程度。（3）检测蓄电池的端电压。当蓄电池端电压与其额定值相差较大时，说明处于充电初期；当两者差值很小时，说明已接近充满。21第21页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 3.停充控制当VRLA蓄电池充足电后，必须适时切断充电电流停充。控制器必须随时监测VRLA蓄电池的充电状况，保证蓄电池充足电而又不过充电。主要的停充控制方法：（1）定时控制定时控制采用恒流充电法，VRLA蓄电池所需充电时间可根据VRLA蓄电池容量和充电电流的大小来确定，因此只要预先设定好充电时间，时间一到，定时器即可发出信号停充或转为浮充电。定时器

16、可由时间继电器或由微处理器承担其功能。这种方法简单，但充电时间不能根据VRLA蓄电池充电前的状态而自动调整，因此实际充电时，可能会出现有时欠充、有时过充的现象。 22第22页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 （2）VRLA蓄电池温度控制VRLA蓄电池温度在正常充电时变化并不明显，但是，当VRLA蓄电池过充时，其内部气体压力将迅速增大，负极板上氧化反应使内部发热，温度迅速上升（每分钟可升高几摄氏度）。观察VRLA蓄电池温度的变化，即可判断VRLA蓄电池是否已经充满。通常采用两只热敏电阻分别检测VRLA蓄电池温度和环境温度，当两者温差达到一定值时，即发出停充信号或转为浮充电。由于热敏电阻动态

17、响应速度较慢，故不能及时、准确地检测到VRLA蓄电池的满充状态。 23第23页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 （3）VRLA蓄电池端电压负增量控制 VRLA蓄电池充足电后，其端电压将呈现下降趋势，据此可将VRLA蓄电池电压出现负增长的时刻作为停充时刻。与温度控制法相比，这种方法响应速度快，此外，电压的负增量与电压的绝对值无关，因此这种停充控制方法可适应于具有不同单格VRLA蓄电池数的VRLA蓄电池组。此方法的缺点是一般的检测器灵敏度和可靠性不高，同时，当环境温度较高时，VRLA蓄电池充足电后电压的减小并不明显，因而难以控制。 24第24页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 （4）极

18、化电压控制 通常情况下VRLA蓄电池的极化电压出现在蓄电池刚好充满后，一般在50100mV数量级，测量每个单格VRLA蓄电池的极化电压，对充电过程进行控制，可使每个VRLA蓄电池都充电到它本身所要求的程度。优点表现在：不需温度补偿；蓄电池不需连续浮充电，蓄电池间连线腐蚀减少；不同型号和使用情况不同的蓄电池可构成一组使用；可以随意添加VRLA蓄电池以便扩容；可使VRLA蓄电池的使用寿命接近或达到设计寿命。 25第25页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 VRLA蓄电池充电技术的改进，有利于缩短充电时间、提高利用效率、延长使用寿命、降低能耗、减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。脉冲充电

19、、脉冲放电去极化充电法是一种较好的快速充电方法，实现这一方法的最佳装置是高频开关充电电源。 26第26页，共81页。VRLA蓄电池充放电的时间、速度、程度等都会对VRLA蓄电池的充电效率和使用寿命产生严重影响，因此在对VRLA蓄电池进行充、放电时，必须遵循以下原则： 避免VRLA蓄电池充电过量或充电不足； 过充会出现热失控现象，欠充会使电池内阻增加，容量降低。 27第27页，共81页。控制放电电流值； 放电电流大，充电时可接受的初始电流大，加大速度，在大电流充电时，使电池温度升高，可能会产生热失控。避免深度放电；放电程度越深，放出的电量越多，可接受的充电电流越小，减慢充电速度。 注意环境温度的

20、影响放电量会随环境温度的下降而减小28第28页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术5.3.3 VRLA蓄电池温度补偿技术 1.影响VRLA蓄电池容量的两个重要因素（1）温度 环境温度的升高，虽使容量有所增加，但高温又使VRLA蓄电池板栅腐蚀剧增，严重地阻碍着电极反应，降低了容量的增加。 （2）浮充电压 VRLA蓄电池浮充电压过高或充电电流过大，会使正极的析氧量增加，VRLA蓄电池内部压力升高。在形成气泡的过程中，气压强烈冲击PbO2，使活性物质与板栅结合力变坏，甚至脱落。 温度和浮充电压的变化都给VRLA蓄电池带来严重危害。29第29页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术开发和完善蓄电池的

21、温度补偿技术：VRLA蓄电池必须与具有温度补偿功能的智能开关式充电电源配套使用，以提高VRLA蓄电池的可靠运行水平。当采用VRLA蓄电池温度补偿功能后，浮充电压和均衡电压都按照以下方程式进行修正：Utc= UnTcN(T20) (5-1)式中， Utc为经温度补偿后的电压；Un为未经补偿的电压；Tc为设置的温度补偿系数（单位为用mV/）；N为每组VRLA蓄电池的数值，对于48V系统N为24，24V系统N为12；T为温度传感器指示的温度(单位为)。 30第30页，共81页。5.3 蓄电池充、放电技术 2. VRLA蓄电池充电管理方法 由于不同公司生产的VRLA蓄电池充电特性、温度补偿系数值不同，

22、因此，在充电器的设计上要求也有所不同：在充电器的EEPROM中，存储了常用厂家VRLA蓄电池品牌的均充电压、浮充电压、最大充电电流值和温度补偿系数等数据，以便调整使用。如果环境温度变化较大，需用温度补偿系数进行补偿(3mV/)，以调整充电电压值。不同环境温度的浮充电压值见表5-2。环境温度/3530252015105单体蓄电池电压/V2.212.232.252.262.282.302.32表5-2 不同环境温度的浮充电压值 31第31页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 5.4.1光伏控制器的分类 光伏控制器按电路方式的不同分为并联型、串联型、脉宽调制型、多路控制型、两阶段双电压控制型和

23、最大功率跟踪型；按电池组件输入功率和负载功率的不同可分为小功率型、中功率型、大功率型及专用控制器（如草坪灯控制器）等；按放电过程控制方式的不同，可分为常规过放电控制型和剩余电量（SOC）放电全过程控制型。对于附带了微控制器的，有自动数据采集、数据显示和远程通信功能的控制器，称之为智能控制器。 32第32页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 5.4.2光伏控制器的电路原理 光伏控制器通过检测蓄电池在充放电过程中的电压或荷电状态，判断蓄电池是否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。 33第33页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理

24、1.光伏控制器的基本电路 原理框图如图5-6所示。主要由太阳能电池组件、控制电路及控制开关、蓄电池和负载组成。图5-6 光伏控制器基本电路框图34第34页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 2.并联型控制器电路原理（旁路型）图5-7是单路并联型充放电控制器电路原理图。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是泄荷负载。检测控制电路监控电池两端电压。图5-7 单路并联型充放电控制器电路原理图35第35页，共81页。当充电电压大于充滿电压时，T导通，VD截止，使光伏电池电流从T旁路泄放，不再对蓄电

25、池充电，保证蓄电池不过充，起保护作用当蓄电池供电电压低于蓄电池的过放保护电压时，T关断，对蓄电池进行放电保护。当负载过大或短路使电流大于额定工作电流时，T也会关断，起过载和短路保护。VD在蓄电池极性接反时，导通使保险丝熔断，起接反保护。36第36页，共81页。线路简单，价格便宜充电回路损耗小，通常用于小功率小型系统效率高37第37页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 3.串联型控制器电路原理 单路串联型充放电原理如图5-8所示。 串联型控制器T1是串联在充电回路中。当蓄电池电压大于充满切断电压时，断开，太阳电池不会对蓄电池充电，起到过充电保护作用。图5-8 单路串联型控制器电路原理图38

26、第38页，共81页。结构简单，价格便宜开头串联在充电回路中，有电压损失，所以效率相对低一些。39第39页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 检测控制电路图： 对蓄电池的电压随时进行取样检测，并根据检测结果利用带回差控制的运算放大器与充电、过放基准电压比较，向过充电、过放电开关器件发出接通或关断的控制信号。 图5-9 单路串联型控制器电路原理图40第40页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 4.PWM控制器电路原理 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

27、近于零。 图5-10 脉宽调制型(PWM)控制器电路原理图 41第41页，共81页。PWM型没有固定的过充电压断开点和恢复点，但是电路会控制当蓄电池端电压到过充电压控制点附近时，电流趋于，这种充电过程能形成完整的充电状态，其平均充电电流的变化更符合蓄电池的充电状况，可以增加充电效率和延长蓄电池的寿命。还可以实现最大功率点跟踪，可以作为大功率控制器用于大型光伏发电系统自身有的损耗。42第42页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 5.多路控制器电路原理 多路控制器一般用于kW级以上的大功率光伏发电系统，将太阳能电池方阵分成多个支路接入控制器按顺序控制。 图5-11 多路控制器的电路原理图43

28、第43页，共81页。充滿电时，控制电路将开关T顺序断开，当电压回落到一定值时，再逐个接通，实现对充电电压和电流的控制，近似达到PWM方式的效果。当第路断开后，如果蓄电池的电压低于设定值，则等待，蓄电池电压上升到设定值后，再断开第路，再等，如果蓄电池电压不再上升到设定值，则其它支路保持导通当蓄电池电压低于恢复点电压时，被断开的支路顺序接通，44第44页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 6.智能控制器电路原理 智能型控制器采用CPU或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。 具有过

29、充，过放，短路，过载，防反接，还可以进行准确的放电控制，有高精度的温度补偿功能。图5-12 智能型控制器电路原理图45第45页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 7.最大功率点跟踪型控制器 太阳能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，而太阳能电池方阵的工作点也会随着负载电压的变化而变化，如图5-13所示图5-13最大功率跟踪控制46第46页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理最大功率点跟踪型控制器的原理是将太阳能电池方阵的电压和电流检测后相乘得到的功率，判断太阳能电池方阵此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，则调整脉冲宽度、调制输出占空比、改变充电电流，

30、再次进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断。 最大功率跟踪型控制器的作用：通过直流变换电路和寻优跟踪控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发挥太阳能电池方阵的效能，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。 47第47页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 从图5-13所示太阳能电池阵列的P-U曲线可以看出，曲线以最大功率点处为界，分为左右两侧。当太阳能电池工作在最大功率点电压右边的

31、D点时，因离最大功率点较远，可以将电压值调小，即功率增加；当太阳能电池工作在最大功率点电压左边时，若电压值较小，为了获得最大功率，可以将电压值调大。 48第48页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 太阳能电池组件的光电流与辐照度（1001000W/m2）成正比；在温度固定的条件下，当辐照度在4001000 W/m2范围内变化，太阳能电池组件的开路电压基本保持恒定。因此，太阳能电池组件的功率与辐照度也基本成正比，如图所示。 图5-14 辐照度对光电流、光电压和组件峰值功率的影响49第49页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理.基于UC3906的蓄电池充电器 UC3906作为VRLA蓄电

32、池充电专用芯片，具有实现VRLA蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。更重要的是它能使充电器各种转换电压随VRLA蓄电池电压温度系数的变化而变化，从而使VRLA蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。50第50页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理（1） UC3906的结构和特性内部有电压控制电路和限流放大器驱动器提供ma的驱动电流内部有精准的基准电压，随温度而变化，且变化规律和电池电压温度特性完全一致，输入欠压检测电路51第51页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理（2）充电参数的确定 VRLA蓄电池的一个充电周期按时间可分为三种状态：大电流快速充电状态，过充电状态和浮充电状

33、态。 浮充电电压UF，最大充电电流Imax，过充电终止电流Ioct，过充电电压UOC。 UOC=UREF(1RA/RBRA/RC) UF=UREF(1 RA/RB) Imax=0.25V/Rs IOCT=0.025V/Rs52第52页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理（3）实际应用电路 VRLA电池的额定电压为12V，容量为7Ah，Ui18，UF13.8，Uoc15，Imax500A，Ioct50A。 53第53页，共81页。开时时，大电流恒流充电，为500 ma，电池电压逐渐升高，当电压达到过充电压的时，转入恒压充电（保持过充电电压），充电电流变小当充电电流到过充电电流时，转入浮充状态

34、，需要的元件少，工作稳定价格低54第54页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 10. 太阳能草坪灯控制电路 当白天太阳光照射在太阳能电池上时,太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电能存储在蓄电池中。天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED光源供电。第二天早晨天亮时,蓄电池停止为光源供电,草坪灯熄灭,太阳能电池继续为蓄电池充电,周而复始、循环工作。 图5-24 太阳能草坪灯控制电路原理（一） 调节R1值，可以控制光线强弱存在进放电问题，T的加入就是为了在贮存和运输时关闭放电电路，使用时是一直开着的。55第55页，共81页。5.4 光伏控制器的电路原理 具有防止蓄电池过度放电

35、的控制电路:VT3、VT4、L、C1和R5组成互补振荡升压电路，蓄电池电压降到0.70.8V时，该电路将停止振荡。稍作改进，VD2的接入，使VT3进入放大区的电压叠加了0.2V左右，使得整个电路在蓄电池电压降到0.91.0V时停止工作 。 (a) (b)图5-24 太阳能草坪灯控制电路原理（二） 56第56页，共81页。5.5 光伏控制器的选用5.5.1光伏控制器的主要性能特点1.小功率光伏控制器 （1）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。（2）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

36、用。 （3）具有单路、双路负载输出和多种工作模式。 （4）具有多种保护功能，包括蓄电池和太阳能电池接反、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。 （5）用LED指示灯对工作状态、充电状况、蓄电池电量等进行显示。 （6）具有温度补偿功能。 57第57页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 2.中功率光伏控制器 （1）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。 （2）具有自动/手动/夜间工作方式切换功能。 （3）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。（4

37、）具有浮充电压的温度补偿功能。（5）具有快速充电功能。 （6）中功率光伏控制器同样具有普通充/放电工作模式(即不受光控和时控的工作模式)、光控开/光控关工作模式、光控开/时控关工作模式等。 58第58页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 3.大功率光伏控制器（1）具有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。（2）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。（3）可通过LED指示灯显示各路光伏充电状况和负载通断状况。（4）有118路太阳能电池输入控制电路，控制电路与主电路完全隔离，具有极

38、高的抗干扰能力。（5）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（单位：安时或瓦时）、累计负载用电量（单位：瓦时）等参数。59第59页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 3.大功率光伏控制器 （6）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。 （7）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。（8）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。 （9）具有蓄电池过充电、过放电、输出过载、短路、浪涌、太阳能电池接反或短路、蓄电池接反、夜间防反充等一系列报警和保护功能。（10）

39、可根据系统要求提供发电机或备用电源启动电路所需的无源干节点。60第60页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 3.大功率光伏控制器（11）配接有RS232/485接口，便于远程遥信、遥控；PC监控软件可测实时数据、报警信息显示、修改控制参数，读取30天的每天蓄电池最高电压、蓄电池最低电压、每天光伏发电量累计和每天负载用电量累计等历史数据。 （12）参数设置具有密码保护功能且用户可修改密码。 （13）具有过压、欠压、过载、短路等保护报警功能。具有多路无源输出的报警或控制接点，包括蓄电池过充电、蓄电池过放电、其它发电设备启动控制、负载断开、控制器故障、水淹报警等。 61第61页，共81页。5.5

40、光伏控制器的选用 3.大功率光伏控制器 （14）工作模式可分为普通充/放电工作模式（阶梯型逐级限流模式）和一点式充/放电模式（PWM工作模式）选择设定。其中一点式充/放电模式分4个充电阶段，控制更精确，更好地保护蓄电池不被过充电，对太阳能予以充分利用。（15）具有不掉电实时时钟功能，可显示和设置时钟。 （16）具有雷电防护功能和温度补偿功能。62第62页，共81页。5.5 光伏控制器的选用5.5.2 光伏控制器的主要技术参数 1.系统电压系统电压也叫额定工作电压，是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。2.最大充电电流最大充电

41、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、6A、8A、10A、12A、15A、20A、30A、40A、50A、70A、100A、150A、200A、250A、300A等多种规格。有些厂家用太阳能电池组件最大功率来表示，间接地体现了最大充电电流这一技术参数。63第63页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 3.太阳能电池方阵输入路数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。4.电路自身损耗控制器的电路自身损耗也是其主要技术参数之一，也叫空载损耗（静态电流）或最大自消耗电流。

42、为了降低控制器的损耗，提高光伏电源的使用效率，控制器的电路自身损耗要尽可能低。控制器的最大自身损耗不得超过其额定充电电流的1%或0.4W。根据电路不同自身损耗一般为520mA。64第64页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 5.蓄电池过充电保护电压（HVD） 蓄电池过充电保护电压也叫充满断开或过压关断电压，一般可根据需要及蓄电池类型的不同，设定在14.114.5V（12V系统）、28.229V（24V系统）和56.458V（48V系统）之间，典型值分别为14.4V、28.8V和57.6V。蓄电池充电保护的关断恢复电压（HVR）一般设定为13.113.4V （12V系统）、 26.226.8V （24V系统）和52.453.6V （48V系统）之间，典型值分别为13.2V、26.4V和52.8V。65第65页，共81页。5.5 光伏控制器的选用 6.蓄电池的过放电保护电压（LVD）蓄电池的过放电保护电压也叫欠压断开或欠压关断电压，一般可根据需要及蓄电池类型的不同，设定在10.811.4V（12V系统）、 21.622.8V（24V系统）和43.2