浅析如何控制独立光伏系统

董德刚

摘 要：文章主要对独立光伏系统在实际的工作中所遇到的问题进行分析，对蓄电池的分组以及能量控制提出了相应的分组策略原则，对电路的原理以及结构充分的予以研究。通过相应的实践，总结如何提高分组充电以及放电的可靠性，用以提高蓄电池寿命。

关键词：光伏系统；控制；太阳能

引言

环境的污染使得人们不得不面对诸多的污染问题，近年来环保意识的不但增强使得人们开始关注环境以及能源问题，新能源的应用以及开发不断的得到重视，太阳能的应用是新能源开发中最为广泛的。

1 光伏系统的应用

1.1 供电保障目前针对某些地区其供电主要通过自备发电机进行提供。显然，自备发电机的发电成本相对较高，无论是考虑噪音还是燃料的运输、环境的污染等问题，自己发电的方式效率都不高。而随着新型能源的开发，对于某些地区建设中的重点任务。而目前的新型能源应用中小型的风力发电和光伏发电应用较为广泛。而其中小型的光伏系统建设能够有效的降低燃料的运送问题，同时还能够减少由于燃料的燃烧造成的环境污染。

1.2 独立户外站点供电。针对系统中户外的检测点、中继站以及灯塔和独立的工作站，由于其设置地点原理常规电网，而电网也无法延伸到该类地区，所以其供电问题成为了难题，而光伏系统发电系统则能够有效的解决这类远离电玩供电户外工作站供电问题。

1.3 为今后的供电创新进行铺垫。供电渠道以及供电方式的拓展是目前供电部门需要切实加大研究的重点。而针对某些地区供电光伏发电系统能在保障的同时，为新的方式和方法提供思路。诸如，在在应用中新型储备装置以及太阳能电池薄膜的应用开发，小型的发电装置的广泛应用等。在我国，目前一些针对小型数码设备的太阳能储电和充电装置有了一定的发展，成为了户外数码辅助的首选。

1.4 铺垫开发其他能源。光伏发电的应用以及开发对于其他能源的开发以及应用也能够起到极好的铺垫作用。另外，诸如光、风互补系统的开发利用，其他新兴能源的开发利用都有着参考作用。

2 实际应用

2.1实际面临的应用难题

图1显示的是独立光伏发电的系统结构，将典型的系统予以直观表现。从图中可以看出，系统包含了DC-DC变换器、蓄电池、太阳能板、控制器以及逆变器等结构，图中虚线部位为备选结构，只有在系统中出现交流负载时才选用。根据设计需要，通过变换器实现电路的变换，同时对最大的功率点进行跟踪，匹配适合的负载。

图1 独立光伏发电系统结构框图

独立光伏发电系统目前面临以下两个问题：一是能量密度不高，整体的利用效率较低，前期的投资较大；二是独立发电系统的储能装置一般以铅酸蓄电池为主，蓄电池成本占光伏电站初始设备成本的25%左右，而对于蓄电池的充放电控制比较简单，容易导致蓄电池提前失效，增加了系统的运行成本。

2.2 现状分析

太阳光伏系统在发展中，从一开始最原始的直接连接，在不断的革新中控制系统发展为由电脑微处理器以及电能变换器共同控制，并且随着电力电子以及未处理技术都不断的在发展中，对于能源的利用率不断的得到提高。从国际公开的一些文献中可以看出，其中存在的主要的问题有：第一，蓄电池的状态以及光伏组件相互配合结构过于单一，阶段性的常用控制策略需要进一步改进；第二，管理蓄电池充电以及放电没有合理详细的方案设计；第三，上述提到的功率跟踪的有效控制、充放电的控制以及相关控制器三者间没有综合性策略。基于上述三点，目前的太阳能光伏系统并非完善的系统，还需要相关研究对其进行进一步的改善。

3 策略的分组分析

3.1 提出分组策略

针对充电以及放電管理，蓄电池应当保证其针对负荷能够可靠的供电，针对该类问题能够可以分组进行管理，使得蓄电池组中分成容量较小的多个电池组，针对该类问题：

（1）提高充电电流，有效地利用太阳能阵列的能量，减小长期的小电流放电和小电流充电对蓄电池带来的不良影响，避免小电流放电产生大的结晶；（2）蓄电池在大电流放电后的接收电流能力较强，因此分组可以适当增加充电的效率；（3）分组能够实现对于蓄电池组的维护性充电，在光照条件和蓄电池容量允许的条件对于蓄电池进行维护性的均衡充电，适当的过充能够避免电池电解液的分层；（4）既能够保证白天对重要负载进行放电，同事也能实现充电。

3.2 分析电路结构

以分两组为例，控制的策略如下：首先预测容量，对于容量较小的蓄电池组先充电，同时允许另一组放电；在线判断两组容量的变化，当两组容量相差达到30%以上时，进行充电和放电（或者静置）状态的切换；结合系统的控制策略，达到均衡充放电的目的，同时在系统的荷电状态较低时，应输出低荷电状态提示，结合负载的分级限制输出电流，分组控制电路结构如图2所示。

图2 分组充放电控制原理图

图2中KM1、KM2、KM3、KM4为充放电控制继电器，电路中接入常开触点，KM3为辅助常闭触点，电路主要是实现上面提出的控制策略，选择电压和电流满足要求的继电器可以实现控制的要求，控制指令。

以上的控制系统虽然能够考虑所有的工作情况，但是控制复杂，而简化的工作状态如图3所示。

图3 简化的分组充放电控制原理图

在实际的系统中，应该结合系统的实际设计容量和负载的要求，具体选择合理的控制方案，分组控制策略在实际的控制中很容易实现。在某营区光伏电站的项目设计中，我们应用了分组充放电控制策略，得到了很好的效果。

4 结束语

随着光伏发电的技术水平的提高，以及应用的范围不断的加大，使得新型能源的发展速度更加的迅速。文章主要针对光伏发电的充电管理、放电管理进行了分析，另外对光伏发电技术的应用以及能量运行的规律予以简要的论述。

参考文献

[1]太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京：科学出版社，2006.

[2]陈慧玲.独立光伏电站铅酸蓄电池的运行管理参数[J].可再生能源，2006（5）：77-78.