太阳能光伏发电系统控制探讨

谢玉章

摘 要：能源问题关系到经济是否能够可持续发展，一次能源的日益枯竭已引起全世界的极大关注。目前，太阳能作为未来的一种清洁能源，越来越得到人们的关注，应用领域也越来越广泛。文章就当前太阳能光伏发电系统重要性进行了分析，并对当前发电系统控制技术进行了必要的探讨。

关键词：太阳能；发电；光伏

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。具有绿色环保、可持续发展、结构简单、适用面广的特点。高效可靠的自动控制系统是提高太阳能光伏发电效率的主要手段之一。

1 太阳能光伏发电系统控制组成要素

1.1 太阳能电池组件

太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的一部分。太阳能电池就是将光能转变为电能的装置。太阳能电池组件的作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。太阳能电池的功率与光照强度有关，光照越强，则功率输出越强。一般根据用户需要，将若干太阳能电池组件按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及汇流箱组成。

1.2 控制器

在独立运行的光伏发电系统中，控制器也是主要组成部件。光伏控制器要根据系统功率、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组、负载状况以及用户的特殊要求等确定光伏控制器的类型。由于太阳能能电池组件发的电不稳定，为了提高充电效率和避免过充和过放对蓄电池的损害，所以必须使用控制器对系统的监控和保护。充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。

1.3 蓄电池

蓄电池组是将太阳电池方阵发出的直流电贮存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电，同时方阵还给负载用电，晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。太阳能发电系统蓄电池，一般选用大容量储能型蓄电池、小电流充、小电流放，这样使用寿命长，系统性能稳定。如果安装地区有低温-10度以下，建议考虑使用太阳能胶体储能蓄电池。

1.4 逆变器

逆变器是通过电力电子的方式将直流电转换为交流电的模块设备，是连接光伏发电和电网的重要纽带。逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220V或380V交流电，供给交流负载使用。太阳能的直接输出一般都是12V、24V、48V。为能向220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。逆变器的选择先是确定你的负载是感性（电机类）还是阻性负载（灯泡类），再蓄电池的电压、负载的功率。

2 光伏发电系统控制要思考的重要问题

2.1 合理确定太阳能电池组件

太阳能电池组件一般由进口（或国产）单晶（或多晶）硅太阳能电池片串并联，用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成，周边加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹能力强、安装方便等特性。太阳能电池组件则相当于有多节电池经串或并联组成的电池组。太阳能电池组件的组成数量通常是由系统电压（蓄电池电压）来决定，通常组件电压是蓄电池电压的1.4～1.5倍。例如：蓄电池电压为12V，组件工作电压一般为16.8-18V之间，如果太阳能电池组件采用的是156*156规格的晶体硅电池片（最大功率下电压约为0.5V），那么串聯电池片数量为18V/0.5V，也就是36片。所以常用电池片数量36或更多。

2.2 选择和确定太阳能光伏充电控制器

首先，根据光伏系统蓄电池的电压选择光伏充电控制器的工作电压等级，根据光伏阵列的容量大小和光伏组件串的并联数量，计算光伏充电控制器的充电电流和控制方式。在太阳能路灯发电系统中由光源或太阳能电池组件确定，例如，直流光源如果是36V，那么控制器，太阳能电池组件，蓄电池都应该选择36V，二者必须相符。当然，也可以根据太阳能电池组件的电压来确定光源，一般蓄电池和控制器匹配性很强，可以最后确定。其次，要根据负载特点选择是否需要光伏充电控制器的蓄电池放电控制功能，如果需要可依据负载功率计算放电电流大小；最后，依据用户要求选择是否需要其他的辅助功能，列出满足要求的光伏充电控制器的提供厂家和型号，最终按照系统配置最优原则确定光伏充电控制器。

2.3 合理确定蓄电池容量和电压

要确定太阳能电池组件的功率和输出电压。100W以下的太阳能电池组件一般用12V的输出，负载为12V的话，就选用12V的蓄电池，容量要看你的负载的工作电流和使用时间，100W以上的用18V，24V的输出，到220W以上的还48V。控制器的选择必须根据太阳能电池组件的输出电压来确定。蓄电池的选择根据使用要求选择最好。根据希望供电时间和负载工作电流确定蓄电池的容量。若负载为交流供电的话，要加逆变器才可以的，逆变器功率比你的负载功率大一倍。算上逆变损耗和放电深度，充放电损耗，就能计算出蓄电池的容量。

2.4 合理设计和选择逆变器

逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输入功率与输出功率之比。由于技术、成本和政策方面的原因，太阳能电池的价格还比较高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须选用高效率的逆变器。因此，除特殊用户外，在光伏发电系统中都需要配备逆变器。逆变器还具有自动调压或手动调压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。综上所述，逆变器已成为光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。

3 结束语

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能光伏发电降低其发电成本和提高发电效率是业界关注的重要技术问题。所以，太阳能光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。因此，太阳能光伏发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。

参考文献

[1]董密，罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法[J].电力系统自动化，2013（20）.

[2]陈维，沈辉，邓幼俊，等.光伏发电系统中逆变器技术应用及展望[J].电力电子技术，2011（4）.