家庭离网光伏发电系统的优化控制

1.控制器的基本工作原理

太阳能电池的输出特性曲线如图1所示，太阳能电池的伏安特性具有很强的非线性，即当日照强度改变时，其开路电压不会有太大的改变，但所产生的最大电流会有相当大的变化，所以其输出功率与最大功率点会随之改变。然而当光强度一定时，太阳能电池输出的电流一定，可以认为是恒流源。因此，必须研究和设计性能优良的太阳能光伏发电控制器，才能更有效地利用太阳能。

在离网太阳能光伏发电系统中，太阳能电池将吸收的光能转换成的电能是通过充放电控制器对蓄电池进行充电的，同时供给负载用电。充放电控制器的功能主要有两个，一是对蓄电池的充放电保护，以避免蓄电池有过充或过放的情形发生，而蓄电池的任务则是贮能，以便在夜间或阴雨天供给负载用电;另一是提供稳定的直流电压源给逆变器或直流负载使用。光伏控制器应具有的主要功能有：

①高压(HVD)断开和恢复功能。控制器应具有输入高压断开和恢复连接功能。

②欠压(LVG)告警断开和恢复功能。当蓄电池电压降到欠压设定值时发出声光告警信号，并停止蓄电池向负载供电，当蓄电池电压恢复到欠压设定值以上时，恢复蓄电池向负载供电。

③保护功能。控制器应具有负载短路保护电路;控制器内部短路保护电路;蓄电池通过太阳能电池组件反向放电保护电路;负载、太阳能电池组件或蓄电池极性反接保护电路;在多雷电区防止由于雷击引起的击穿保护电路。

⑤温度补偿功能。当蓄电池温度低于25℃时，蓄电池应要求较高的充电电压，以便完成充电过程。相反，高于该温度蓄电池要求充电电压较低。通常铅酸蓄电池的温度补赏系数为45mv/C。

2并联型充放电控制器

并联型充放电控制器框图如图2所示，在并联型充放电控制器充电回路中，开关器件T1是并联在太阳能电池方阵的输出端，当蓄电池电压大于“充满切离电压”时，开关器件T1导通，同时二极管D1截止，则太阳能电池方阵的输出电流直接通过T1短路泄放，不再对蓄电池进行充电，从而保证蓄电池不会出现过充电，起到“过充电保护”作用。

D1为防“反充电二极管”，只有当太阳能电池方阵输出电压大于蓄电池电压时，D1才能导通，反之D1截止，从而保证夜晚或阴雨天气时不会出现蓄电池向太阳能电池方阵反向充电，起到“放反向充电保护”作用。

开关器件T2为蓄电池放电开关，当负载电流大于额定电流出现过载或负载短路时，T2关断，起到“输出过载保护”和“输出短路保护”作用。同时，当蓄电池电压小于“过放电压”时，T2也关断，起到“过放电保护”的作用。

D2为“防反接二极管”，当蓄电池极性接反时，D2导通使蓄电池通过D2短路放电，产生很大电流可快速将熔断器的熔体熔断，起到“防蓄电池反接保护”作用。

检测控制电路随时对蓄电池电压进行检测，当电压大于“充满切离电压”时使T1导通进行“过充电保护”;当电压小于“过放电压”时使T2关断进行“过放电保护”。

3.串联型充放电控制器

串联型充放电控制器框图如图3所示，串联型充放电控制器和并联型充放电控制器电路结构相似，唯一区别在于开关器件T1的接法不同，并联型T1并联在太阳能电池方阵输出端，而串联型T1是串联在充电回路中。当蓄电池电压大于“充满切离电压”时，T1关断，使太阳能电池不再对蓄电池进行充电，起到“过充电保护”作用。