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离网光伏发电系统中的充放电控制器
#光伏发电系统#

离网光伏发电系统中,由于有了蓄电池这个储能单元,因此为了保证蓄电池的正常运行,就必须增加充放电控制器这个部件。常见的充放电控制器通常采用开关式的运行方式(图1),

 这种控制器当蓄电池电力不足时,开关接通,光伏阵列发出的电力给蓄电池充电,当蓄电池接近充满状态时,蓄电池电压接近或达到设定值V2时,K关闭,停止充电,而当蓄电池失去充电电流,蓄电池电压回落到设定电压V1时,K自动接通,继续充电,如此往复,直至电池完全充满。


首先这种系统由于光伏阵列和蓄电池实际上是直接连接充电的,这就要求光伏组件或阵列的输出电压要高于蓄电池标称电压的25%作为浮充电压。光伏阵列的输出电压过高会导致大量能源浪费,而电压太低则无法满足蓄电池的正常充电。如果要按照满足蓄电池正常充电的要求来设计光伏阵列的输出电压,在蓄电池欠压时蓄电池和光伏阵列的输出电压间的电压差是很大的,就会造成很大的浪费。譬如一个12V的蓄电池的正常工作电压范围是11.5-15V,要给一个12V的蓄电池系统充电,通常要求光伏组件的输出电压是:

   Vp = (1+0.25) Vb + Vd +Vt

 这里:

 Vb: 蓄电池组额定电压.

 Vd: 防逆二极管压降,通常为0.3- 0.7V.

 Vt:  温度效应引起的光伏阵列输出压降。

 

也就是说,按照这个方案,要给一个12V的蓄电池系统充电,通常要求光伏组件的输出电压是18V左右。该系统在蓄电池亏电时,蓄电池电压仅约11V左右,尽管光伏组件可以用略超过最佳工作状态的电流向蓄电池充电,但是由于蓄电池亏电时的电压较低,光伏组件的工作状态被蓄电池钳位在较低电压的区间,偏离在图2中绿色靠左侧的区域位置,无法工作在最佳功率点的电压周围。而输出的充电电流又受到光伏组件的工作电流限制,损失了大量宝贵的能源。显然这种控制器的工作状态不是十分理想,该系统的充电效率是比较偏低的。

 

而具有最大功率跟踪器(MPPT)的蓄电池充放电控制器或蓄电池能源管理系统的工作模式就不一样了,它首先用一套具有MPPT功能的DC/DC转换器将光伏发电系统和蓄电池系统隔离起来,在光伏接入侧,它通过MPPT系统可以始终保持光伏组件工作在最大功率点上而不受蓄电池电压波动的影响,在蓄电池侧,它可以根据蓄电池的充电状态和光伏阵列的输出功率采用脉宽调制的方式向蓄电池充电,它就像一个直流变压器一样,可以根据蓄电池电压并在光伏阵列输出功率范围内自动转换电压和电流的值,把高电压小电流转换成为低电压大电流,其输出的充电电流可以远远超过光伏阵列的输出电流,充分利用光伏发电阵列的输出特性,达到高效的充电效果。

采用MPPT的脉宽调制型控制器的另一个特点是其输入电压范围较宽,光伏阵列的输出电压几乎与蓄电池电压无关。这个特性为离网/并网兼容切换的光伏系统奠定了基础。


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