基本介紹
- 中文名：太陽能控制器
- 外文名：Controller of Photovoltaic Power Systems
- 全稱：太陽能充放電控制器
- 套用系統：太陽能發電系統
簡介,作用,原理,主要特點,模式,分類,功能,安裝及注意事項,常見故障及排除,保護模式,相關選擇,保護電壓,電流輸出,輸出時段,輸出功率,線損補償,散熱,充電模式,
簡介
太陽能控制系統由太陽能電池板、蓄電池、控制器和負載組成。
太陽能控制器是用來控制光伏板給蓄電池充電，並且為電壓靈敏設備提供負載控制電壓的裝置。它對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制，並按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個光伏供電系統的核心控制部分。它是專為偏遠地區的通信或監控設備的供電系統而設計的。控制器的充電控制和負載控制電壓完全可調，並可顯示蓄電池電壓、負載電壓、太陽能方陣電壓、充電電流和負載電流。
利用蓄電池供電的幾乎所有的太陽能發電系統，都極其需要一個太陽能充放電控制器。太陽能充放電控制器的作用在於調節功率，從太陽能電池板輸送到蓄電池的功率。蓄電池過沖，至少很顯著地降低電池壽命,從最壞的是損壞蓄電池直至它不能夠正常使用為止。
太陽能控制器採用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器，是一個微機數據採集和監測控制系統。既可快速實時採集光伏系統當前的工作狀態，隨時獲得PV站的工作信息，又可詳細積累PV站的歷史數據，為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的可靠性提供了準確而充分的依據。此外，太陽能控制器還具有串列通信數據傳輸功能，可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。
太陽能控制器通常有6個標稱電壓等級：12V、24V、48V、110V、220V、600V 。
目前控制器向多功能發展，有將傳統的控制部分、逆變器以及監測系統集成的趨勢。
作用
太陽能充放電控制器最基本功能在於控制電池電壓並打開了電路，還有就是，當電池電壓升到一定程度時，停止蓄電池充電。舊版的控制器機械地來完成控制電路的開啟或關閉,停止或啟動電源輸送到蓄電池的功率。
在大多數光伏系統中都用到了控制器以保護蓄電池免於過充或過放。過充可能使電池中的電解液汽化，造成故障，而電池過放會引起電池過早失效。過充過放均有可能損害負載。所以控制器是光伏發電系統的核心部件之一，也是平衡系統BOS（Balance of System）的主要部分。
簡單來說，太陽能控制器的作用可以分為：
1、功率調節功能；
2、通信功能：1簡單指示功能2協定通訊功能如RS485乙太網,無線等形式的後台管理；
3、完善的保護功能：電氣保護反接,短路,過流等。
原理
太陽能電池板屬於光伏設備（主要部分為半導體材料），它經過光線照射後發生光電效應產生電流。由於材料和光線所具有的屬性和局限性，其生成的電流也是具有波動性的曲線，如果將所生成的電流直接充入蓄電池內或直接給負載供電，則容易造成蓄電池和負載的損壞，嚴重減小了他們的壽命。因此我們必須把電流先送入太陽能控制器，採用一系列專用晶片電路對其進行數位化調節，並加入多級充放電保護，同時採用我公司獨有的控制技術“自適應三階段充電模式（圖1）”，確保電池和負載的運行安全和使用壽命。對負載供電時，也是讓蓄電池的電流先流入太陽能控制器，經過它的調節後，再把電流送入負載。這樣做的目的：一是為了穩定放電電流；二是為了保證蓄電池不被過放電；三是可對負載和蓄電池進行一系列的監測保護。
若要使用交流用電設備，還需要在負載前加入逆變器逆變為交流。
主要特點
1、使用了單片機和專用軟體，實現了智慧型控制；
2、利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準確性，符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓；
3、具有過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制;以上保護均不損壞任何部件，不燒保險；
4、採用了串聯式PWM充電主電路，使充電迴路的電壓損失較使用二極體的充電電路降低近一半，充電效率較非PWM高3%-6%，增加了用電時間;過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使系統由更長的使用壽命;同時具有高精度溫度補償；
5、直觀的LED發光管指示當前蓄電池狀態，讓用戶了解使用狀況；
6、所有控制全部採用工業級晶片(僅對帶I工業級控制器)，能在寒冷、高溫、潮濕環境運行自如。同時使用了晶振定時控制，定時控制精確；
7、取消了電位器調整控制設定點，而利用了E方存儲器記錄各工作控制點，使設定數位化，消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現誤差降低準確性、可靠性的因素；
8、使用了數字LED顯示及設定，一鍵式操作即可完成所有設定，使用極其方便直觀的作用是控制整個系統的工作狀態，並對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。
模式
1、純光控模式：當沒有陽光時，光強降至啟動點，控制器延時10分鐘確認啟動信號後，根據設定參數開通負載，負載開始工作；當有陽光時，光強升到啟動點，控制器延時10分鐘確認關閉信號後關閉輸出，負載停止工作。
2、光控加時控模式：啟動過程與純光控相同，當負載工作到設定時間就自動關閉，設定時間1 ～ 14小時。
3、手動模式：該模式下用戶可以通過按鍵控制負載的打開與關閉，而不管是否在白天或是晚上。此模式用於一些特殊負載的場合或是調試時使用。
4、調試模式：用於系統調試時使用，有光信號時即關閉負載，無光信號開通負載，方便安裝調試時檢查系統安裝的正確性。
5、常開模式：上電負載一直保持輸出狀態，此模式適合需要24小時供電的負載。
分類
市場上流行的太陽能控制器，主要有普通太陽能控制器、PWM太陽能控制器和MPPT太陽能控制器。
普通太陽能控制器是第一代技術，工作原理是直接把太陽能電池板的輸出掛到電池連線埠，當蓄電池充足後就斷開，因為蓄電池內阻的原因，很難把蓄電池充滿，而且太陽能電池板沒有完全利用起來，充電轉換效率為只有70～76%，已經被市場淘汰，基本上很少有人用。
PWM太陽能控制器是第二代技術，現在市場上最多，工作方式是採用PWM控制方式，相對於普通太陽能控制器，已經進步了很多，可以解決電池不滿的問題，充電轉換效率為75～80%，但太陽能電池板沒有完全利用起來。
MPPT太陽能控制器是第三代技術，最高端的太陽能控制器。MPPT太陽能控制器,是指具備“最大功率點跟蹤”（MaximumPowerPointTracking）功能的太陽能控制器，是PWM太陽能控制器的升級換代產品，MPPT太陽能控制器能夠實時檢測太陽能板電壓和電流，並不斷追蹤最大功率（P=U*I），使系統始終以最大功率對蓄電池進行充電，MPPT跟蹤效率為99%，整個系統發電效率高達到97%，並且對電池擁有優秀的管理，分為MPPT充電、恆壓均充電和恆壓浮充電。隨著技術的進步和能源的節約，MPPT太陽能控制器取代傳統PWM太陽能控制器的趨勢是不可逆轉的。
功能
新型太陽能控制器具有以下主要功能：
1、過充保護：充電電壓高於保護電壓時，自動關斷對蓄電池充電，此後當電壓掉至維持電壓時，蓄電池進入浮充狀態，當低於恢復電壓後浮充關閉，進入均充狀態。
2、過放保護：當蓄電池電壓低於保護電壓時，控制器自動關閉輸出以保護蓄電池不受損壞；當蓄電池再次充電後，又能自動恢復供電。
3、負載過流及短路保護:負載電流超過10A或負載短路後,熔斷絲熔斷，更換後可繼續使用。
4、過壓保護：當電壓過高時，自動關閉輸出，保護電器不受損壞。
5、具有防反充功能：採用肖特基二極體防止蓄電池向太陽能電池充電。
6、具有防雷擊功能：當出現雷擊的時候，壓敏電阻可以防止雷擊，保護控制器不受損壞。
7、太陽能電池反接保護：太陽能電池“ +”“ -” 極性接反,糾正後可繼續使用。
8、蓄電池反接保護：蓄電池“ +”“ -” 極性接反，熔斷絲熔斷，更換後可繼續使用
9、蓄電池開路保護：萬一蓄電池開路，若在太陽能電池正常充電時，控制器將限制負載兩端電壓，以保證負載不被損傷，若在夜間或太陽能電池不充電時，控制器由於自身得不到電力，不會有任何動作。
10、具有溫度補償功能。
11、自檢：當控制器受到自然因數影響或人為操作不當時，可以讓控制器自檢，讓人知道控制器是否完好，減少了很多不必須要的工時，為贏得工程質量和工期創造條件。
12、恢復間隔：是為過充或過放保護所做的恢復間隔，以避免線電阻或電池的自恢復特點造成負載的工作斗動。
13、溫度補償：監視電池的溫度，對充放值進很修正，讓電池工作在理想狀態。
14、光控：多用於自動燈具，當環境足夠亮時，控制器就會自動關閉負載輸出；而環境暗下來後又會自動開啟負載，以實現自動控制的功能。
安裝及注意事項
1、打開包裝，將其固定於合適位置（請避免陽光直射與潮濕地方）。
2、先連線電池引線（為使自動識別功能不發生錯誤），並等控制器完成識別過程（電平指示器打指示出電池的電量後）再連太陽能電池板引線，最後在負載關斷的情況下連線負載線。
3、為了使用安全，不使過大的負載或將太陽能電池板加得過大；用電源機一類的電源代替太陽能電池對電池充電。
4、充電時，拆下太陽能電池板，充電電流不能太大。
4、注意電池的正負極。
常見故障及排除
1、負載不工作
（1）白天，控制器有光控制。
（2）電池內電量不足。
（3）接線是否正確。
（4）拆下所有的線，重複上面的安裝過程，讓控制器重新識別。
2、開始幾天可以用而過幾天就不工作了
（1）太陽能電池接線不正確。
（2）太陽能電池沒有連線好。
3、不能光控
（1）太陽能電池接線不正確。
（2）沒有設定此項功能，請重新設定。
4、開機就工作，不能光控也不能時控
（1）沒有設定此項功能，請重新設定。
（2）太陽能板的環境光足夠強。
5、工作指示閃個不停
負載有短路或負載過大。
保護模式
1、直充保護點電壓：直充也叫急充，屬於快速充電，一般都是在蓄電池電壓較低的時候用大電流和相對高電壓對蓄電池充電，但是，有個控制點，也叫保護點，就是上表中的數值，當充電時蓄電池端電壓高於這些保護值時，應停止直充。直充保護點電壓一般也是“過充保護點”電壓，充電時蓄電池端電壓不能高於這個保護點，否則會造成過充電，對蓄電池是有損害的。
2、均充控制點電壓：直充結束後，蓄電池一般會被充放電控制器靜置一段時間，讓其電壓自然下落，當下落到“恢復電壓”值時，會進入均充狀態。為什麼要設計均充？就是當直充完畢之後，可能會有個別電池“落後”（端電壓相對偏低），為了將這些個別分子拉回來，使所有的電池端電壓具有均勻一致性，所以就要以高電壓配以適中的電流再充那么一小會，可見所謂均充，也就是“均衡充電”。均充時間不宜過長，一般為幾分鐘~十幾分鐘，時間設定太長反而有害。對配備一塊兩塊蓄電池的小型系統而言，均充意義不大。所以，路燈控制器一般不設均充，只有兩個階段。
3、浮充控制點電壓：一般是均充完畢後，蓄電池也被靜置一段時間，使其端電壓自然下落，當下落至“維護電壓”點時，就進入浮充狀態，類似於“涓流充電”（即小電流充電），電池電壓一低就充上一點，一低就充上一點，一股一股地來，以免電池溫度持續升高，這對蓄電池來說是很有好處的，因為電池內部溫度對充放電的影響很大。其實PWM方式主要是為了穩定蓄電池端電壓而設計的，通過調節脈衝寬度來減小蓄電池充電電流。這是非常科學的充電管理制度。具體來說就是在充電後期、蓄電池的剩餘電容量（SOC）>80%時，就必須減小充電電流，以防止因過充電而過多釋氣（氧氣、氫氣和酸氣）。
4、過放保護終止電壓：這比較好理解。蓄電池放電不能低於這個值，這是國標的規定。蓄電池廠家雖然也有自己的保護參數（企標或行標），但最終還是要向國標靠攏的。需要注意的是，為了安全起見，一般將12V電池過放保護點電壓人為加上0.3v作為溫度補償或控制電路的零點漂移校正，這樣12V電池的過放保護點電壓即為：11.10v，那么24V系統的過放保護點電壓就為22.20V 。
相關選擇
保護電壓
一些客戶經常發現，太陽能路燈在亮了一段時間後，尤其是連續陰雨天之後，路燈就會連續幾天甚至很多天不亮，檢測蓄電池電壓也正常，控制器、燈也都沒有故障。
這個問題曾經讓很多工程商疑惑，其實這個是“退出欠壓保護”的電壓值的問題，這個值設定的越高，在欠壓後的恢復時間越長，也就造成了很多天都無法亮燈。
電流輸出
LED由於自身的特性，必須要通過技術手段對其進行恆流或限流，否則無法正常使用。常見的LED燈都是通過另加一個驅動電源來實現對LED燈的恆流，但是這個驅動卻占到整個燈總功率的10%-20%左右，比如一個理論值42W的LED燈，加上驅動後實際功率可能在46-50W左右。在計算電池板功率和蓄電池容量的時候，必須多加10%－20%來滿足驅動所造成的功耗。除此以外，多加了驅動就多了一個產生故障的環節。工業版控制器通過軟體進行無功耗恆流，穩定性高，降低了整體功耗。
輸出時段
普通的控制器一般只能設定開燈後4小時或者8小時等若干個小時關閉，已經無法滿足眾多客戶的需求。工業版控制器可以分成3個時段，每個時段的時間可任意設定，根據使用環境的不同，每個時段可以設定成關閉狀態。比如有些廠區或者風景區夜間無人，可以把第二個時段（深夜）關閉，或者第二、第三個時段都關閉，降低使用成本。
輸出功率
在太陽能套用的燈具當中，LED燈是最適合通過脈寬調節來實現輸出不同的功率。限制脈寬或者限制電流的同時，對LED燈整個輸出的占空比進行調節，例如單顆1W的LED 7串5併合計35W的LED燈，在夜間放電，可以將深夜和凌晨的時段分別進行功率調節，如深夜調節成15W、凌晨調節成25W，並鎖定電流，這樣即可以滿足整夜的照明，又節約了電池板、蓄電池的配置成本。經長期試驗證明，脈寬調節方式的LED燈，整燈產生的熱量要小的多，能夠延長LED的使用壽命。
有些燈廠在為了達到夜間省電的目的，把LED燈的內部做成2路電源，夜間關閉一路電源來實現輸出功率的減半，但實踐證明，此種方法只會導致一半的光源首先光衰，亮度不一致或者一路光源提早損壞。
線損補償
根據不同的線徑與線長給予自動補償。線損補償在低壓系統中其實是很重要的，因為電壓較低，線損相對比較大，如果沒有相應的線損電壓補償，輸出端的電壓可能會低於輸入端很多，這樣就會造成蓄電池提前欠壓保護，蓄電池容量的實際套用率被打了折扣。值得注意的是，我們在使用低壓系統時，為了降低線損壓降，儘量不要使用太細的線纜，線纜也不要過長。
散熱
很多控制器為了降低成本，沒有考慮散熱問題，這樣負載電流較大或者充電電流較大時，熱量增加，控制器的場管內阻被增大，導致充電效率大幅下降，場管過熱後使用壽命也大大降低甚至被燒毀，尤其夏季的室外環境溫度就很高，所以良好的散熱裝置應該是控制器必不可少的。
充電模式
常規的太陽能控制器的充電模式是照抄了市電充電器的三段式充電方法，即恆流、恆壓、浮充三個階段。因為市電電網的能量無限大，如果不進行恆流充電，會直接導致蓄電池充爆而損壞，但是太陽能路燈系統的電池板功率有限，所以繼續延用市電控制器恆流的充電方式是不科學的，如果電池板產生的電流大於控制器第一段限制的電流，那么就造成了充電效率的下降。MCT充電方式就是追蹤電池板的最大電流，不造成浪費，通過檢測蓄電池的電壓以及計算溫度補償值，當蓄電池的電壓接近峰值的時候，再採取脈衝式的涓流充電方法，既能讓蓄電池充滿也防止了蓄電池的過充。
