太陽能充電控制器的工作原理與分類介紹

為了保護蓄電池，防止過量充電，大多數太陽能發電系統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，充電控制器應根據電池的類型來選擇。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光伏系統的不同其復雜程度有所差異，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。



該系統由光伏組件、蓄電池、控制器電路和負載組成。開關1和開關2分別為充電開關和放電開關。開關1閉合時，由光伏組件給蓄電池充電，開關1還能按照預先設定的保護模式自動恢復對蓄電池的充電。開關2閉合時，由蓄電池給負載供電。當蓄電池再次充電并達到預先設定的恢復充電點時，開關2又能自動恢復供電。

二、太陽能充電控制器的分類

根據控制器對蓄電池充電調節原理的不同，常用的充電控制器可分為：

1、串聯型充電控制器介紹



串聯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一個開關元件。控制檢測器電路監控蓄電池端電壓，當充電電壓超過蓄電池設定的充滿斷開值（HVD）時，開關元件切斷蓄電池充電回路，恢復蓄電池充電。

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

串聯型充電控制器由于控制開關元件是串聯在充電回路中，電路的電壓損失較大，降低了充電效率，另外，當開關元件斷開時，輸入電壓將升高到發電單元開路電壓的水平。因此串聯型充電控制器在設計時要選用低通態內阻的MOSFET和低飽和壓降的IGBT。

2、并聯型充電控制器介紹



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

控制器檢測電路監控蓄電池端電壓，當充電電壓超過蓄電池設定的充滿斷開值(HVD)時，開關元件接通，將蓄電池旁路。當蓄電池端電壓下降到設定的蓄電池恢復充電電壓值時，開關元件斷開，同時接通蓄電池充電回路。在并聯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電狀態時會讓光伏組件產生較大的短路電流，產生“光斑”，加速老化，國標不推薦。

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，近年來發展了脈寬調制（PWM）充電控制器。PWM充電控制器以脈沖方式開關光伏組件的輸入，當蓄電池趨向充滿時，隨著其端電壓的逐漸升高，脈沖的頻率或占空比發生變化，使導通時間縮短，充電電流逐漸趨于零。當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，它能增加光伏系統中蓄電池煩人總循環壽命。脈寬調制充電保護的充電狀態，它能增加光伏系統中蓄電池的總循環壽命。



脈寬調制充電保護電路以并聯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控制器還可實現光伏系統的最大功率跟蹤功能。因此，脈寬調制控制器也常用于大型光伏系統。缺點是脈寬調制控制器自身帶來一定的開關損耗(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，自動關斷對蓄電池充電，此后當電壓掉至維持電壓時，蓄電池進入浮充狀態，當低于恢復電壓后浮充關閉，進入均充狀態。

2、過放保護：當蓄電池電壓低于保護電壓時，控制器自動關閉輸出以保護蓄電池不受損壞；當蓄電池再次充電后，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或負載短路后,熔斷絲熔斷，更換后可繼續使用。

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：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。

小結：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閉，停止或啟動從電源傳輸到蓄電池的電力。