【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鉛酸蓄電池充電控制方法 : 在太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時(shí)也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價(jià)以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法。 [9] (一 )恒流充電 恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個(gè)鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于 :鉛酸蓄電池開(kāi)始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。 (二 )恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充 電末期只有很小的電流通過(guò)，這樣充電過(guò)程中就不必調(diào)整電流。相對(duì)恒流電來(lái)說(shuō)，此法的充電電流自動(dòng)減少，所以充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于 :在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過(guò)深，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過(guò)流而受到損傷 。如果鉛酸蓄電池電壓過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 10 10 統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來(lái) 自太陽(yáng)能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。 (三 )兩階段充電法 這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它首先對(duì)鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會(huì)出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過(guò)高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。 (四 )三階段充電法 三階段充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達(dá)到額定容量時(shí)，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由 于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。在浮充時(shí)，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低。 在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對(duì)光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對(duì)鉛酸蓄電池充電較為合理。 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤 目前，太陽(yáng)能電池陣列在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)中占很大比重，而且太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽(yáng)能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價(jià)格的成本，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。太陽(yáng)能電池最 大功率點(diǎn)跟蹤 (Maximum Power Point Tracking ，簡(jiǎn)稱 MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 [10] 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理 : 由第二章可知，太陽(yáng)能電池的輸出特性受電池溫度和日照強(qiáng)度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓，日照強(qiáng)度主要影響太陽(yáng)能電池的短路電流。在一定日照強(qiáng)度和溫度下，太陽(yáng)能電池有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，太陽(yáng)能電池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的功率最大。 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法 : 目前使用的太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn) 跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動(dòng)法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。 1. 恒電壓法 (Constant Voltage Tracking，簡(jiǎn)稱 CVT) 溫度一定時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽(yáng)能電池陣列輸出曲線的最大功率點(diǎn)淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 11 11 基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池陣列輸出最大功率。 恒電壓法具有控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，比一般太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可望多獲得 20%的電能，較之 不帶 CVT 的直接藕合要有利得多。然而恒電壓法忽略了太陽(yáng)能電池溫度對(duì)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的影響，一般硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽(yáng)能電池而言，當(dāng)太陽(yáng)能電池溫度每升高 1℃時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率約為 %%，這說(shuō)明太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對(duì)太陽(yáng)能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。因此對(duì)于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)， CVT 方式并不能完全跟蹤太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽(yáng)能光伏 系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點(diǎn)跟蹤方法，但這種方式所帶來(lái)的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià)，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。 2. 擾動(dòng)觀察法 (Perturbation amp。 Observation) 擾動(dòng)觀察法的原理是 :在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變太陽(yáng)能電池陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對(duì)象可以是太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過(guò)程稱為“擾動(dòng)” 。然后，通過(guò)比較干擾周期前后太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過(guò)程，如 果檢測(cè)到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。 擾動(dòng)觀察法的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被測(cè)參數(shù)少，容易實(shí)現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，由于擾動(dòng)的存在，下一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行點(diǎn)又會(huì)偏離最大功率點(diǎn)，因此太陽(yáng)能電池陣列實(shí)際是在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，從而導(dǎo)致部分功率損失 。其次，難以選擇合適的變化步長(zhǎng)，步長(zhǎng)過(guò)小，跟蹤的速度緩慢，太陽(yáng)能電池陣列可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于低功率輸出區(qū)，步長(zhǎng)過(guò)大太陽(yáng)能電池陣列在最大功率點(diǎn)附近的振蕩又會(huì)加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失 。另外，當(dāng)外部環(huán)境突然變化，太陽(yáng)能 電池陣列從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)變換到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。 3. 增量電導(dǎo)法 (Incremental Conductance Algorithm) 為了解決擾動(dòng)觀察法導(dǎo)致的功率損失問(wèn)題， 在 1995 年提出了增量電導(dǎo)法。由太陽(yáng)能電池陣列輸出電氣特性知，太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率 電淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 12 12 壓 (PV)曲線是一個(gè)單峰曲線，在最大功率點(diǎn)處，功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。 增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是 :在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法 小。增量電導(dǎo)法的缺點(diǎn)是 :太陽(yáng)能電池陣列可能存在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn)，這種算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn) 。如同擾動(dòng)觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長(zhǎng)也是固定的，步長(zhǎng)過(guò)小會(huì)使跟蹤速度變慢，太陽(yáng)能電池陣列較長(zhǎng)時(shí)間工作在低功率輸出區(qū) 。步長(zhǎng)太長(zhǎng)，又會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，影響跟蹤精度。在實(shí)際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 與公共電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽(yáng)能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為 與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能。它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分之一重要方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。 一般的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖 所示，將太陽(yáng)能電池控制系統(tǒng)和民用電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出電能不能滿足負(fù)載要求時(shí)，由電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充。而當(dāng)其輸出的功率超出負(fù)載需求時(shí)，將電能輸送到電網(wǎng)中。 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 太 陽(yáng) 能電 池 板D C / D C變 換 器逆 變 器電 網(wǎng)控 制 器交 流 負(fù) 載淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 13 13 3 太陽(yáng)能離網(wǎng)光