光伏科普小知識:光伏電站中的控制器

　　控制器是光伏電站中的重要組成部分，再對控制器設計選型時，必須考慮到控制器是否能夠對光伏電站的電能變換和對蓄電池充電進行優化控制和管理。只有選擇了合適的類型，才能提高光伏電站的安全可靠性，為用戶提供更好的用電質量。

　　獨立運行的光伏電站通常由光伏電池陣列、蓄電池組、控制器、逆變器、低壓輸電線路和用戶負載組成。其中蓄電池起著儲存盒調節電能的作用：當日光充足光伏電池產生的能量過剩時，蓄電池組將多餘的電能儲存起來；當系統發電量不足或負載用電量大時，蓄電池組向負載補充電能，並保持供電電壓的穩定。控制器是光伏電站中的控制部分：它根據日照強弱及負荷的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節，使其在充電、放電或浮充電等多種工況下交替運行，從而保證光伏電站工作的連續性和穩定性；通過檢測蓄電池組的荷電狀態，發出蓄電池組繼續充電、停止充電、繼續放電、減少放電量或停止放電的指令，保護蓄電池組不受過度充電和放電；另外，控制器還具多種保護和監測功能，控制器是整個電站供電的中樞，它的運行狀況直接影響整個電站的可靠性，是系統設計、生產和安裝過程中需要特別注意的關鍵部分。

　　控制器控制充放電的基本原理

　　1 蓄電池充電控制

　　不同的蓄電池具有不同的充放電特性，因此也要有不同的控制策略。這裡以鉛酸蓄電池為例來說明控制器的工作原理。

　　鉛酸蓄電池的充電方式有很多種，例如浮充充電、限流恆壓充電、遞增電壓充電等。其中使用最多的是限流恆壓充電，充電時蓄電池的端電壓變化圖如下圖左側所示。

　　充電過程分為三個階段。第一階段，在活性物質微孔內形成的硫酸驟增，來不及向極板外擴散，因此電池電勢增大，蓄電池端電壓上升較快（OA 段）；第二階段，隨著活性物質微孔中硫酸比重的增加速度和向外擴散的速度逐漸趨向平衡，所以蓄電池端電壓上升緩慢（AB 段）；第三階段，電流使蓄電池中的水大量分解，在兩個極板上開始產生大量的氣體，這些氣體是不良導體並且能夠使蓄電池的內阻增大，蓄電池端電壓繼續上升但是上升的速度明顯變慢（CD 段）。在第三階段之後，如果繼續給蓄電池充電的話，將會由於過充電而損壞，影響蓄電池的使用壽命。根據這一原理，在控制器中設置電壓測量和電壓比較電路，通過對D點電壓值的監測，即可判斷蓄電池是否應該結束充電；這種控制方式就是電壓型充電控制，比較器設置的D點電壓稱為「門限電壓」或電壓閥值。

　　2 蓄電池放電控制基本原理　　

　　上圖右側顯示了鉛酸蓄電池的放電過程。與充電過程類似，放電過程中蓄電池的端電壓也是由三個階段組成。第一階段，放電開始時，短時間內蓄電池端電壓快速下降（OA段）；第二階段，蓄電池端電壓緩慢下降（AC 段）；第三階段，蓄電池的端電壓在極短的時間內快速降低（CD 段）。由此可知，放電過程中，第二階段的時間越長，平均電壓就越高，其電壓特性也就越好。根據這一原理，在控制器中設置電壓測量和電壓比較電路，通過檢測出D點電壓值，就可以判斷蓄電池是否應該結束放電，這種控制方式就是電壓型放電控制，D點電壓稱為「門限電壓」或「電壓閥值」。