太阳能光伏电源系统应用技术 培训教材(14)

目 录一.绪 论31.我国的太阳能资源概况42.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式03.太阳能光伏技术的发展及前景0二.太阳能光伏电源系统的原理及组成11.太阳能电池方阵22.充放电控制器53.直流/交流逆变器54.蓄电池组5.测量设备6.太阳能光伏电源系统的设计6三.光伏电源充放电控制器111.控制器的功能：112.控制器的基本技术参数113.控制器的分类：114.控制器的

电源系统容量设计步骤:

① 太阳电池组件的选型：

太阳电池选用秦皇岛华美光伏电源系统有限公司的组件

型号为：33D1312X310

开路电压：21V

短路电流：2.4A

峰值电压：17V

峰值电流：2.235A

峰值功率：38 Wp

② 计算等效的峰值日照时数：

全年峰值日照时数为: 180000³0.0116=2088 小时

0.0116为将辐射量(卡/cm²)换算成峰值日照时数的换算系数:

峰值日照定义: 100毫瓦/cm²=0.1瓦/cm²

1 卡=4.18焦耳=4.18瓦秒 1小时=3600秒

则: 1卡/cm²=4.18瓦秒/卡/(3600秒/小时³0.1瓦/cm²)=0.0116 小时cm²/卡

于是: 180000卡/cm²年³0.0116 小时cm²/卡=2088小时/年

平均每日峰值日照时数为：2088÷365＝5.72 小时/日

③ 根据系统工作电压等级确定太阳电池组件的串联数：

系统工作电压一般选择原则：户用系统为12VDC或24VDC；通信系统为48VDC；

电力系统为110VDC；大型电站为220VDC％或更高。

每块标准组件峰值电压为17V，设计为对12V蓄电池充电，4块组件串联对48V

蓄电池充电，因此，所需太阳电池的串联数为4块。

④ 计算每日负载耗电量为：4300Wh÷48V＝89.6Ah

⑤ 计算所需太阳电池的总充电电流为：

89.6Ah³1.02/(5.72h³0.9³0.8)＝22.19A

其中： 0.9: 蓄电池的充电效率

0.8: 逆变器效率

1.02: 20年内太阳电池衰降，方阵组合损失，尘埃遮挡等综合系数。

⑥ 计算所需太阳电池的并联数为：

22.19A÷2.235A/块＝10块

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⑦ 计算所需太阳电池的总功率为：

（10³4）块³38峰瓦/块＝1520 峰瓦

⑧ 计算所需蓄电池容量：

蓄电池选用江苏双登全密封阀控式工业用铅酸蓄电池

89.6Ah/天³3天(连续阴雨天数)÷0.68＝400Ah

0.68:蓄电池放电深度。

选用 GFM-400型蓄电池(10小时放电率的额定容量为400安时)24只（48V）。

上面的计算可以由设计软件在几分钟之内完成，下面给出一个计算实例：

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三．光伏电源充放电控制器：

1．控制器的功能：

（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

接的功能。

（2） 欠压（LVG）告警和恢复功能：当蓄电池电压降到欠压告警点时，控制

器应能自动发出声光告警信号。

（3） 低压（LVD）断开和恢复功能：这种功能可防止蓄电池过放电。通过一

种继电器或电子开关连结负载，可在某给定低压点自动切断负载。当电压升到

安全运行范围时，负载将自动重新接入或要求手动重新接入。有时，采用低压

报警代替自动切断。

（4）保护功能：

① 防止任何负载短路的电路保护。

② 防止充电控制器内部短路的电路保护。

③ 防止夜间蓄电池通过太阳电池组件反向放电保护。

④ 防止负载、太阳电池组件或蓄电池极性反接的电路保护。

⑤ 在多雷区防止由于雷击引起的击穿保护。

（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 －5mv/ºC/CELL 。

2．控制器的基本技术参数：

（1） 太阳电池输入路数：1――12路

（2） 最大充电电流：

（3） 最大放电电流：

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（4） 控制器最大自身耗电不得超过其额定充电电流的1%

（5）通过控制器的电压降不得超过系统额定电压的5%

（6）输入输出开关器件：继电器或MOSFET模块

（7）箱体结构：台式、壁挂式、柜式

（8）工作温度范围：－15 C — ＋55 ℃

（9）环境湿度：90％

3．控制器的分类：

光伏充电控制器基本上可分为五种类型：并联型、串联型、脉宽调制型、

智能型和最大功率跟踪型。

（1〕 并联型控制器： 当蓄电池充满时，利用电子部件把光伏阵列的输出分流

到内部并联电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉。因为这种方式消

耗热能，所以一般用于小型、低功率系统，例如电压在１２伏、２０安以内的

系统。这类控制器很可靠，没有如继电器之类的机械部件。

（2〕 串联型控制器： 利用机械继电器控制充电过程，并在夜间切断光伏阵列。

它一般用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。比较容

易制造连续通电电流在４５安以上的串联控制器。

（3〕 脉宽调制型控制器：它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋

向充满时，脉冲的频率和时间缩短。按照美国桑地亚国家实验室的研究，这种

充电过程形成较完整的充电状态，它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。

（4〕 智能型控制器： 采用带CPU的单片机（如 Intel公司的MCS51系列或

Microchip公司PIC系列）对光伏电源系统的运行参数进行高速实时采集，并按

照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离/接通控制。对

中、大型光伏电源系统，还可通过单片机的RS232接口配合MODEM调制解调器进

行远距离控制。

（5〕 最大功率跟踪型控制器： 将太阳电池的电压U和电流I检测后相乘得到

功率P，然后判断太阳电池此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点

运行，则调整脉宽，调制输出占空比D，改变充电电流，再次进行实时采样，

并作出是否改变占空比的判断，通过这样寻优过程可保证太阳电池始终运行在

最大功率点，以充分利用太阳电池方阵的输出能量。同时采用PWM调制方式，

使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。

4．控制器的基本电路和工作原理：

⑴ 单路并联型充放电控制器：

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并联型充放电控制器充电回路中的开关器件T1是并联在太阳电池方阵的输

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，进行“过放电保护”。

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，产生很大电流快速将保险丝BX烧断，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”。

⑵ 串联型充放电控制器：

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，使太阳电池不

再对蓄电池进行充电，起到“过充电保护”作用。

其它元件的作用和串联型充放电控制器相同，不再赘述。

D1

3．检测控制电路的组成和工作原理：

目 录一.绪 论31.我国的太阳能资源概况42.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式03.太阳能光伏技术的发展及前景0二.太阳能光伏电源系统的原理及组成11.太阳能电池方阵22.充放电控制器53.直流/交流逆变器54.蓄电池组5.测量设备6.太阳能光伏电源系统的设计6三.光伏电源充放电控制器111.控制器的功能：112.控制器的基本技术参数113.控制器的分类：114.控制器的

检测控制电路包括过压检测控制和欠压检测控制两部分。

检测控制电路是由带回差控制的运算放大器组成。A1为过压检测控制电路，

A1的同相输入端由W1提供对应“过压切离”的基准电压，而反相输入端接被测蓄

电池，当蓄电池电压大于“过压切离电压”时，A1输出端G1为低电平，关断开关

器件T1，切断充电回路，起到过压保护作用。当过压保护后蓄电池电压又下降至

小于“过压恢复电压”时，A1的反相输入电位小于同相输入电位，则其输出端G1

由低电平跳变至高电平，开关器件T1由关断变导通，重新接通充电回路。“过压

切离门限”和“过压恢复门限”由W1和R1配合调整。

A2为欠压检测控制电路，其反相端接由W2提供的欠压基准电压，同相端接蓄

电池电压（和过压检测控制电路相反），当蓄电池电压小于“欠压门限电平”时，

A2输出端G2为低电平，开关器件T2关断，切断控制器的输出回路，实现“欠压保

护”。欠压保护后，随着电池电压的升高，当电压又高于“欠压恢复门限”时，

开关器件T2重新导通，恢复对负载供电。“欠压保护门限”和“欠压恢复门限”

由W2和R2配合调整。

5．小型单路充放电控制器产品实例：

⑴ 功 能 及 特 点:

太 阳 能 电 源 自 动 控 制 器 是 控 制 太 阳 能 电 池 给 蓄 电 池 充 电、 蓄 电 池 给 负

载 供 电 的 盒 式 控 制 器。 它 采 用 双 路 太 阳 能 电 池 对蓄 电 池 充 电, 充 电 电 流 随

蓄 电 池 的 充 满 逐 路 断 开, 而 随 着 蓄 电 池 的 放 电 又 逐 路 接通 恢 复 充

电。 它 同 时 对 蓄 电 池 的 放 电 进 行 切 断 和 恢 复 使 用 的 控 制, 这 既 符 合 蓄 电

池 的 理 想 充 放 电 特 性, 又 提 高 了 太 阳 能 电 池 的 利 用 率 和 充 电 效 率。

此 设 备 具 有 防 反 充 保 护 ; 防 负 载 短 路 保 护 ; 防 负 载、 太 阳 电 池 组 件

或 蓄 电 池 极 性 反 接 保 护 和 防 雷 击 保 护。

⑵ 主要技术指标:

系统电压： DC 12V

太 阳 能 电 池额 定 充 电 电 流 ：5 A 。

蓄 电 池标 称 电 压 ： 12 V 。

目 录一.绪 论31.我国的太阳能资源概况42.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式03.太阳能光伏技术的发展及前景0二.太阳能光伏电源系统的原理及组成11.太阳能电池方阵22.充放电控制器53.直流/交流逆变器54.蓄电池组5.测量设备6.太阳能光伏电源系统的设计6三.光伏电源充放电控制器111.控制器的功能：112.控制器的基本技术参数113.控制器的分类：114.控制器的

蓄 电 池 充 满 电 压 ： 14.8 V； 充 满 恢 复 电 压 ： 13.5 V

蓄 电 池 过 放 电 压 ：10.8 V； 过 放 恢 复 电 压 ： 13 V

输 出 电 压 ： 10.8 -- 14.8 V 额 定 输 出 电 流 ： 5

⑶ 控制器电路工作原理：

① 蓄电池充满检测及充满恢复电路：

A3和A4为控制板充满检测电路，当蓄电池电压高于14.8V时， 经运算

放大器电平比较后使U2C－8和U2D-14先后由低电平上跳至高电平,发出

蓄电池充满切离信号 M 和N; 经T1—T4驱动电磁继电器J1—J2动作，

使继电器J1—J2的常闭接点Z1—Z2断开,切断两路太阳电池方阵对蓄电

池的充电回路; 直到蓄电池电压低于26.1—26.3V时经运算放大器电平比

较后使U2C－8和U2D-14先后由高电平下跳至低电平, 发出蓄电池充满

恢复信号m和n，接通两路太阳电池充电回路又重新恢复对蓄电池进行充

电。

② 蓄电池欠压检测及告警电路：

U2B为控制板欠压检测电路，当蓄电池电压低于21.5时， U2B－7输出

由低电平上跳至高电平,发出蓄电池欠压信号 L ，经T5推动后使LED3发

光二极管点亮，发出欠压告警信号,同时继电器J3的常闭接点Z3动作,断

开蓄电池到负载的放电回路；直到蓄电池电压高于26.8V解除欠压告警信

号L, LED3熄灭, 同时接通继电器J3的常闭接点Z3 ,恢复负载放电回路的

接通。

⑷ 安装及操作使用

²用导线将四副连接插头分别与两路太阳电池、蓄电池和负载相连接。注意正

极接红线，负极接黑线。

²将四副插头、插座正确连接，顺序为：①先接蓄电池，②再接太阳电池，③