為了保護蓄電池，防止過量充電，大多數(shù)太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括一個充電控制器。它最基本的功能是在蓄電池充滿時切斷充電電流。由于各種電池的充電特性不同，充電控制器應(yīng)根據(jù)電池的類型來選擇。今天我們講下太陽能充電控制器的工作原理與分類介紹。



一、太陽能充電控制器的工作原理

雖然控制器的控制電路根據(jù)光伏系統(tǒng)的不同其復(fù)雜程度有所差異，但其基本原理是一樣的，請看下方最基本的太陽能充放電控制器的工作原理圖。



該系統(tǒng)由光伏組件、蓄電池、控制器電路和負(fù)載組成。開關(guān)1和開關(guān)2分別為充電開關(guān)和放電開關(guān)。開關(guān)1閉合時，由光伏組件給蓄電池充電，開關(guān)1還能按照預(yù)先設(shè)定的保護模式自動恢復(fù)對蓄電池的充電。開關(guān)2閉合時，由蓄電池給負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池再次充電并達到預(yù)先設(shè)定的恢復(fù)充電點時，開關(guān)2又能自動恢復(fù)供電。

二、太陽能充電控制器的分類

根據(jù)控制器對蓄電池充電調(diào)節(jié)原理的不同，常用的充電控制器可分為：

1、串聯(lián)型充電控制器介紹



串聯(lián)型控制器電路原理如圖所示，在光伏組件與蓄電池之間串聯(lián)一個開關(guān)元件。控制檢測器電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當(dāng)充電電壓超過蓄電池設(shè)定的充滿斷開值（HVD）時，開關(guān)元件切斷蓄電池充電回路，恢復(fù)蓄電池充電。

串聯(lián)型充電控制器可以使用繼電器作為快關(guān)，目前多使用功率場效應(yīng)管（MOSFET）、IGBT、固體繼電器等。設(shè)計完美的串聯(lián)型充電控制器中的開關(guān)元件還可替代防反二極管，起到防止夜間“反向泄露”的作用。

串聯(lián)型充電控制器由于控制開關(guān)元件是串聯(lián)在充電回路中，電路的電壓損失較大，降低了充電效率，另外，當(dāng)開關(guān)元件斷開時，輸入電壓將升高到發(fā)電單元開路電壓的水平。因此串聯(lián)型充電控制器在設(shè)計時要選用低通態(tài)內(nèi)阻的MOSFET和低飽和壓降的IGBT。

2、并聯(lián)型充電控制器介紹



并聯(lián)型充電控制器電路原理如圖所示。并聯(lián)型充電控制器的開關(guān)元件是并聯(lián)在光伏組件的兩端，因此可以解決串聯(lián)型充電控制器中開關(guān)元件的功率損耗。

控制器檢測電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當(dāng)充電電壓超過蓄電池設(shè)定的充滿斷開值(HVD)時，開關(guān)元件接通，將蓄電池旁路。當(dāng)蓄電池端電壓下降到設(shè)定的蓄電池恢復(fù)充電電壓值時，開關(guān)元件斷開，同時接通蓄電池充電回路。在并聯(lián)型充電控制器的輸入回路通常接有二極管，可以起到在充電期間允許電流流人蓄電池，在夜間或陰天時防止蓄電池電流流向光伏方陣的作用。并聯(lián)型充電控制器線路簡單，價格便宜，但在蓄電池充滿保護而光伏組件還處于發(fā)電狀態(tài)時會讓光伏組件產(chǎn)生較大的短路電流，產(chǎn)生“光斑”，加速老化，國標(biāo)不推薦。

3、PWM型充電控制器介紹

為了有效地防止過充電，充分利用太陽能對蓄電池的充電，近年來發(fā)展了脈寬調(diào)制（PWM）充電控制器。PWM充電控制器以脈沖方式開關(guān)光伏組件的輸入，當(dāng)蓄電池趨向充滿時，隨著其端電壓的逐漸升高，脈沖的頻率或占空比發(fā)生變化，使導(dǎo)通時間縮短，充電電流逐漸趨于零。當(dāng)蓄電池電壓有充滿點下降時，充電電流又會逐漸增大。這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池?zé)┤丝傃h(huán)壽命。脈寬調(diào)制充電保護的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。



脈寬調(diào)制充電保護電路以并聯(lián)型保護電路方式為主，其工作原理可以參考下圖.采用這種電路的優(yōu)點是既能保護蓄電池，又能充分利用能量。另外，PWM控制器還可實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤功能。因此，脈寬調(diào)制控制器也常用于大型光伏系統(tǒng)。缺點是脈寬調(diào)制控制器自身帶來一定的開關(guān)損耗(大約4％一8％)。

三、太陽能充電控制器的主要功能

1、過充保護：充電電壓高于保護電壓時，自動關(guān)斷對蓄電池充電，此后當(dāng)電壓掉至維持電壓時，蓄電池進入浮充狀態(tài)，當(dāng)?shù)陀诨謴?fù)電壓后浮充關(guān)閉，進入均充狀態(tài)。

2、過放保護：當(dāng)蓄電池電壓低于保護電壓時，控制器自動關(guān)閉輸出以保護蓄電池不受損壞；當(dāng)蓄電池再次充電后，又能自動恢復(fù)供電。

3、負(fù)載過流及短路保護：負(fù)載電流超過10A或負(fù)載短路后,熔斷絲熔斷，更換后可繼續(xù)使用。

4、過壓保護：當(dāng)電壓過高時，自動關(guān)閉輸出，保護電器不受損壞。

5、具有防反充功能：采用肖特基二極管防止蓄電池向太陽能電池充電。

6、具有防雷擊功能：當(dāng)出現(xiàn)雷擊的時候，壓敏電阻可以防止雷擊，保護控制器不受損壞。

小結(jié)：太陽能充電控制器最基本的功能是控制蓄電池電壓，打開電路。此外，當(dāng)蓄電池電壓上升到一定程度時，停止對蓄電池充電。老式控制器機械地完成控制電路的打開或關(guān)閉，停止或啟動從電源傳輸?shù)叫铍姵氐碾娏Α?/p>