【文章內(nèi)容簡介】 (VRAL 電池 )，具有使用方便和維護簡單的特點。蓄電池采用強酸作為電解液，故稱為鉛酸蓄電池。根據(jù)使用要求所需電壓和電流，可將同型號的電池串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組成電池組。蓄電池組一般有充放電 紙盒浮充制。 蓄電池 ， 尤其是鉛酸蓄電池 ， 需要在充電和放電過程中加以控制 ， 頻繁地過充電和過放電都會影響蓄電池的使用壽命 。 過充電會使蓄電池大量出氣 (電解水 )， 造成水分散失和活性物質的脫落；過放電則容易加速柵 板的腐蝕和不可逆硫酸化 。 為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害 ， 則必須要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電 ， 這套系統(tǒng)稱為充放電控制器?？刂破魍ㄟ^檢測蓄電池的電壓和荷電狀態(tài) ， 判斷蓄電池是否已經(jīng)達到過充點或過放點 ， 并根據(jù)檢測結果發(fā)出繼續(xù)充 、 放電或終止充 、 放電的指令 。 （三）控制器 太陽能控制器 是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其 作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項 。 光伏電站的控制器一般應具備如下功能：①信號檢測 檢測光伏發(fā)電系統(tǒng)各種裝置和各個單元的狀態(tài)和參數(shù)，為對系統(tǒng)進行判斷 、 控制 、保護等提供依據(jù)。需要檢測的物理量有輸入電壓 、 充電電流 、 輸出電壓 、 電流以 及蓄電池溫升等。②蓄電池最優(yōu)充電控制 控制器根據(jù)當前太陽能資源情況和蓄電池荷電狀態(tài)，確定最佳充電方式，以實現(xiàn)高效 、 快速地充電，并充分考慮充電方式對蓄電池壽命的影響。③蓄電池放電管理 對蓄電池放電過程進行管理，如負載控制自動開關機 、 實現(xiàn)軟啟動 、 防止負載接入時蓄電池端電壓突降而導致的錯誤保護等。④設備保護 光伏系統(tǒng) 所連接的用電設備，在有些情況下需要由控制器來提供保護，如系統(tǒng)中因逆變電路故障而出現(xiàn)的過電壓和負載短路而出現(xiàn)的過電流等，如不及時加以控制，就有可能導致光伏系統(tǒng)或用點設備損壞。⑤故障診斷定位 當光伏系統(tǒng)發(fā)生故障時，可自動檢測故障類型，指示故障位置，為對系統(tǒng)進行維護提供方便。⑥運行狀態(tài)指示 通過指示燈 、 顯示器等方式指示光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障信息。 光伏發(fā)電系統(tǒng)在控制器的管理下運行?？刂破骺梢圆捎枚喾N技術方式實現(xiàn)其控制功能。比較常見的有計算機控制和邏輯控制兩種方式。智能控制器多采用計算機控制方式。智能控制技術 主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)，如智能機器人系統(tǒng) 、 CIMS、 復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng) 、 航空航天控制系統(tǒng) 、社會經(jīng)濟管理系統(tǒng) 、 交通運輸系統(tǒng) 、 通信網(wǎng)絡系統(tǒng) 、 環(huán)保與能源系統(tǒng)等的控制問題。邏輯控制方式是一種以模擬和數(shù)字電路為主構成的控制器，通過測量系統(tǒng)有關的電氣參數(shù)，由電路進行計算 、 判斷，實現(xiàn)特定的控制功能；計算機控制方式能綜合收集光伏系統(tǒng)的模擬量 、 開關量狀態(tài)，有效地利用計算機的快速運算 、 判斷能力，實現(xiàn)最優(yōu)控制和智能化管理。它由硬件線路和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件線路和軟件系統(tǒng)相互配合 、 協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)對光 伏系統(tǒng)的控制和管理。硬件線路以 CPU 為核心 ,由電流和電壓檢測電路 、 狀態(tài)檢測電路獲得系統(tǒng)的有關電流 、電壓 、 溫度及各單元工作狀態(tài)和運行指令等信息，通過模擬輸入通道將信息送入計算機；另一方面，計算機經(jīng)過運算 、 判斷所發(fā)出的調(diào)節(jié)信號 、 控制指令通過模擬輸出通道和開關輸出通道送往執(zhí)行機構，執(zhí)行機構根據(jù)受到的命令進行相應的調(diào)節(jié)和控制。軟件系統(tǒng)是針對特定的光伏系統(tǒng)而設計的應用程序。它由調(diào)度程序和若干實現(xiàn)專門功能的軟件模塊或函數(shù)組成。調(diào)度程序根據(jù)系統(tǒng)的當前狀態(tài)，按照設定的方式完成檢測 、 運算 、 判斷 、 控制 、 管理 、 告警 、 保護等一系列 功能，根據(jù)設計的充電方式進行充電控制和放電管理。由于計算機特別是單片機價格低廉 、 設計靈活 、 性能價格比高，因此目前設計生產(chǎn)的大中型光伏系統(tǒng)用的控制器大多采用單片機技術來實現(xiàn)控制功能。 太陽能控制器的充電過程可分為旁路型 、 串聯(lián)型 、 脈寬調(diào)制型 、 多路控制型 、兩階段雙電壓控制型和最大功率跟蹤型。根據(jù)本課題需要，選擇最大功率跟蹤型。這種控制器能進行計算機數(shù)據(jù)采集和通信，過電壓 、 欠電壓 、 防雷保護 、 故障判斷和控制。由太陽能電池方陣的電壓和電流檢測后相乘得到的功率，判斷太陽能 電池方陣此時的輸出功率是否達到最大，若不在最大功率 點運行，則調(diào)整脈寬 、調(diào)制輸出占空比 、 改變充電電流，再次進行實時采樣，并作出是否改變占空比的判斷。通過這樣的尋優(yōu)過程，可保證太陽能電池方陣始終運行在最大功率點。最大功率跟蹤型控制器可使太陽能電池方陣始終保持在最大功率點狀態(tài)，以充分利用太陽能電池方陣的輸出能量。同時，采用 PWM 調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。 （三） 逆變器 逆變器是將直流電變換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當負載是交流負載時，逆變器是不可缺少的。 在很多場合，都需要提供220VAC、 110VAC 的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是 12VDC、 24VDC、48VDC。為能向 220VAC 的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用 DCAC 逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到 DCDC 逆變器，如將 24VDC 的電能轉換成 5VDC 的電能（注意，不是簡單的降壓） 。因此，對逆變器的基本要求是：①能輸出一個電壓穩(wěn)定的交流電。無論是輸入電壓出現(xiàn)波動，還是負載發(fā)生變化，它都要達到一定的電壓穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為177。 2%。②能輸出一個頻率穩(wěn)定的交流電。要求該交 流電能達到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為177。 %。③輸出的電壓及其頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。一般輸出電壓可調(diào)范圍為177。 5%，輸出頻率可調(diào)范圍為177。2HZ。④具有一定的過載能力，一般能過載 125%~150%。當過載 150%時，應能持續(xù) 30S；當過載 125%時，應能持續(xù) 1min 及以上。⑤輸出電壓波形含諧波成分應盡量小。一般輸出波形的失真率應控制在 7%以內(nèi)，以利于縮小濾波器的體積。⑥具有短路 、 過載 、 過熱 、 過電壓 、 欠電壓等保護功能和報警功能。⑦啟動平穩(wěn)，起動電流小，運行穩(wěn)定可靠。⑧換流損失小，逆變頻率高，一般在 85%以上。⑨具有快速的動態(tài)響應。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器，電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，成本高，但可以適用于各種負載。從長遠看，正弦波逆變器將成為發(fā)展的主流。 采用交流電力輸出的 離網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng) 中， 逆 變 器 是關鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變 器 要求較高： ① 要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設法提高逆變電源的效率。 ② 要求具有較高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠地區(qū)，許多電站 無人值守和維護，這就要求逆變電源具有合理的電路結構，嚴格的元器件篩選，并要求逆變電源具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保護，過熱，過載保 護等。 ③ 要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍，由于太陽電池的端電壓隨負載和日照強度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動，特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大，如 12V 蓄電池，其端電壓可在 10V～ 16V 之間變化，這就要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。 ④ 在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次 諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設備，這些設備對電網(wǎng)品質有較高的外，當中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，為避免 對 公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變電源輸出正弦波電流。 2． 3． 2聯(lián)網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聯(lián)網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)可分為集中式大型聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)（簡稱大型聯(lián)網(wǎng)光伏電站）和分散式小型聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)（簡稱住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)）兩大類型。大型聯(lián)網(wǎng)光伏電站的主要特點是所發(fā)電能被直接輸送到電網(wǎng)上，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。建設這種大型聯(lián)網(wǎng)光伏電站，投資 巨大，建設期長，需要復雜的控制和配電設備，并要占用大片土地，同時其發(fā)電成本目前要比市價貴數(shù)倍，因而發(fā)展不快。而住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是與建筑結合的住宅屋頂聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)，由于具有許多優(yōu)越性，建設容易，投資不大，許多國家又相繼出臺了一系列激勵政策，因而在各發(fā)達國家倍受青睞，發(fā)展迅速，成為主流。住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要特點是所發(fā)的電能直接分配到住宅（用戶）的用電負載上，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。 典型住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣 、 聯(lián)網(wǎng)逆變器和控制器等 3大部分構成。 （一） 太陽能電池方陣 太陽能電池方陣是 聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要部件，由其將接收到的太陽光能直接轉換為電能。目前工程上應用的太陽能電池方陣多為由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按照聯(lián)網(wǎng)逆變器輸入電壓的要求串 、 并聯(lián)后固定在支架上組成。住宅聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的光伏陣列一般都用支架安裝在建筑物的屋頂上，如能在住宅或建筑物建設時就考慮方陣的安裝朝向和傾斜角度等要求，并預先埋好地腳螺栓等固定元件，則光伏方陣安裝時就方便和快捷。住宅聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)光伏器件的突出特點和 優(yōu)點是與建筑相結合。 （二） 聯(lián)網(wǎng)逆變器 聯(lián)網(wǎng)逆變器是聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)的核心部件和技術關鍵。聯(lián)網(wǎng)逆變器與獨 立逆變器不同之處是，它不僅可將太陽能電池方陣發(fā)出的直流電轉換為交流電，并且還可對轉換的交流電的頻率 、 電壓 、 電流 、 相位 、 有功與無功 、 同步 、 電能品質（電壓波動 、 高次諧波）等進行控制。它具有如下功能。 （ 1）自動開關 根據(jù)從日出到日落的日照條件，盡量發(fā)揮太陽能電池方陣輸出功率的潛力，在此范圍內(nèi)實現(xiàn)自動開始和停止。 （ 2）最大功率點跟蹤（ MPPT）控制 對跟隨太陽能電池方陣表面溫度變化和太陽幅照度變化而產(chǎn)生出的輸出電壓與電流的變化進行跟蹤控制，使方陣經(jīng)常保持在最大輸出的工作狀態(tài)，以獲得最大的功率輸出。 （ 3）防 止單獨運行 系統(tǒng)所在地發(fā)生停電，當負荷電力與逆變器輸出電力相同時，逆變器的輸出電壓不會發(fā)生變化，難以察覺停電，因而有通過系統(tǒng)向所在地供電的可能，這種情況叫做單獨運轉。在這種情況下，本應停了電的配電線中又有了電，這對于保安檢查人員是危險的，因此要設置防止單獨運行功能。 （ 4）自動電壓調(diào)整 在剩余電力逆流入電網(wǎng)時，因電力逆向輸送而導致送電點電壓上升，與可能超過商用電網(wǎng)的運行范圍，為保持系統(tǒng)的電壓正常，運轉過程中要能夠自動防止電壓上升。 （ 5）異常情況排解與停止運行 當系統(tǒng)所在地電網(wǎng)或逆變器發(fā)生故障時，及時 查出異常，安全加以排解，并控制逆變器停止運轉。 2. 聯(lián)網(wǎng)逆變器構成 聯(lián)網(wǎng)逆變器主要由逆變器和聯(lián)網(wǎng)保護器兩大部分構成，如圖 6 所示。逆變器把方陣輸出的直流電轉換成與電網(wǎng)電力相同電壓和頻率的交流電，同時還起到調(diào)節(jié)電力的作用。當光伏系統(tǒng)輸出的電力大于負載消耗的電力時，由倒流聯(lián)網(wǎng)逆變器把剩余的電力倒流到電網(wǎng)中。相反，如果用戶從光伏系統(tǒng)獲得的電力不夠時，則由聯(lián)網(wǎng)逆變器從電網(wǎng)中引入不足部分。 由圖可知，逆變器包括 3個部分：①逆變部分，其功能是采用大功率晶體管將直流高速切割，并轉換為交流；②控制部分，其功能是對逆變部分進 行控制，由電子回路構成；③保護部分，也由電子回路構成，其功能是在逆變器內(nèi)部發(fā)生故障時起安全保護作用。 聯(lián)網(wǎng)保護器是一種安全裝置，主要用于頻率上下波動 、 過欠電壓和電網(wǎng)停電等的監(jiān)測。通過監(jiān)測如發(fā)現(xiàn)問題，應及時停止逆變器運轉，把光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開，以確保安全。它一般裝在逆變器中，但也有單獨設置的。 另外，為了防止發(fā)生故障時太陽能電池的電流流入電網(wǎng)，在聯(lián)網(wǎng)逆變器的輸出端和用戶電線之間設置絕緣變壓器或把它內(nèi)裝在電力轉換部分。 圖 6 聯(lián)網(wǎng)逆變器 構成（絕緣變壓器方式） 3．最大功率點跟蹤（ MPPT）技術 研究的