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光伏储能系统关键设备之控制器

在光伏储能系统中, 控制器的作用是把光伏组件发出来的电,经过追踪和变换,存于蓄电池之中;除此之外,还有 保护蓄电池,防止蓄电池过充过放等功能控制器常用于离网系统、直流耦合的储能系统中。控制器输出是直流电,也可单独给直流负载使用。

控制器容量大小不等,小容量的有几百瓦,大容量有几百千瓦。 控制器最重要的两个技术参数是系统电压和充电电流,如型号为 SC48100的控制器,表示系统电压是48V,充电电流为100A,控制器功率约为5kW,还有输入电压范围、 MPPT输入路数、转换效率等等也很重要。

系统电压

系统电压就是蓄电池组的电压,目前光伏控制器还没有一个统一的行业标准,通常有8个标称电压等级:12V、24V、48V、96V、110V、220V、380V、600V等, 一般是容量越大,系统电压越高,如5kW以下的系统,电压在48V以下;100kW以上的系统,电压在600V以上。 低电压较安全,适合家用,高电压效率高,适合于商用大容量系统

充电电流

充电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、10A、15A、20A、30A、40A、50A、70A、75A、85A、100A、150A、200A、250A、300A等多种规格。 选用控制器时,用容量除以系统电压,就是充电电流

电压输入范围

控制器的电路结构不同,电压范围也不一样,电压范围越宽,选择组件串并联就越方便,以48V控制器为例,有的范围较窄,电压范围为60V-145V,一般可以接2块到3块组件,选择余地不多;有的范围较宽,电压范围为120V-450V,一般可以接4块到12块组件。

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。

目前控制器主要有两种硬件电气技术路线:脉冲宽度调试(PWM)方式和最大功率点跟踪(MPPT)方式,两种方式都有其优点和缺点,可根据不同场景去选择。

PWM控制器

早期的光伏控制器都是PWM的,这种电气结构简单,控制器由一个功率主开关和电容以及驱动和保护电路组成,通过开关管的PWM占空比,来控制输出电压。

PWM控制器,连接太阳能阵列和电池板之间只有一个开关,随着电池被逐渐充满,电池电压升高,PWM控制器会逐渐减少提供的给电池的电量,光伏输出不一样会按最大功率输出。PWM控制器,具有蓄电池充放电管理功能,能防止蓄电池过充和过放。

由于PWM型控制器太阳能组件和蓄电池之间只有一个开关相连接,中间没有电感等分压装置,因此在设计时, 组件的电压大约为蓄电池的电压1.2-2.0倍,如24V的蓄电池,组件输入电压在30-50V之间,每串只能配一块组件,48V的蓄电池,组件输入电压在60-80V之间,每串只能配两块组件。

MPPT控制器

MPPT控制器

MPPT控制器是第二代太阳能控制器,同PWM控制器相比,它多了一个电感和功率二极管等功率器件和控制电路,因此功能更强大。

一是它具有最大功率跟踪功能,在蓄电池充电期间,太阳能组件能以最大功率输出,除非电池达到饱和状态; 二是光伏组件的电压范围宽,控制器中间有一个功率开关管和电感等电路,组件的电压是蓄电池的电压1.2-3.5倍之间,如果是24V的蓄电池,组件输入电压在30-80V之间,每串可以配一到两块组件,如果是48V的蓄电池,组件输入电压在60-110V之间,每串可以配两到三块组件。

总结

PWM和MPPT控制器都有自身独特的优点和缺点,选择哪种方案取决于太阳能光伏阵列的设计特性、成本以及外部环境等条件。当我们选择时要重点考虑以下几点因素:

PWM方式技术成熟,电路简单可靠,性能稳定,价格便宜,但组件的利用率较低约为80%左右; MPPT太阳能控制器,组件和蓄电池之间有一个BUCK降压电路,组件的利用率可超过90%, 利用率高,但体积较大、重量偏重,价格比较贵,电路复杂。

2kW以下的小型离网系统,主要用户是贫困无电地区,如偏远山区,非洲某些贫困国家,主要是解决照明的需求,用户对价格很敏感,因此建议采用PWM的控制器,修正波的逆变器,把控制器、逆变器和蓄电池做成一体。这种方式结构简单,效率高,用户接线方便,价格便宜,带动灯泡、小电视、小风扇也没有问题。 2kW以上的离网系统,建议采用MPPT控制器,组件利用率高,整机效率高,组件配置也比较灵活

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