控制器是光伏電站中的重要組成部分，再對控制器設計選型時，必須考慮到控制器是否能夠對光伏電站的電能變換和對蓄電池充電進行優(yōu)化控制和管理。只有選擇了合適的類型，才能提高光伏電站的安全可靠性，為用戶提供更好的用電質量。

獨立運行的光伏電站通常由光伏電池陣列、蓄電池組、控制器、逆變器、低壓輸電線路和用戶負載組成。其中蓄電池起著儲存盒調節(jié)電能的作用：當日光充足光伏電池產生的能量過剩時，蓄電池組將多余的電能儲存起來；當系統(tǒng)發(fā)電量不足或負載用電量大時，蓄電池組向負載補充電能，并保持供電電壓的穩(wěn)定?？刂破魇枪夥娬局械目刂撇糠郑核鶕?jù)日照強弱及負荷的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)，使其在充電、放電或浮充電等多種工況下交替運行，從而保證光伏電站工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；通過檢測蓄電池組的荷電狀態(tài)，發(fā)出蓄電池組繼續(xù)充電、停止充電、繼續(xù)放電、減少放電量或停止放電的指令，保護蓄電池組不受過度充電和放電；另外，控制器還具多種保護和監(jiān)測功能，控制器是整個電站供電的中樞，它的運行狀況直接影響整個電站的可靠性，是系統(tǒng)設計、生產和安裝過程中需要特別注意的關鍵部分。

　控制器控制充放電的基本原理

1蓄電池充電控制

不同的蓄電池具有不同的充放電特性，因此也要有不同的控制策略。這里以鉛酸蓄電池為例來說明控制器的工作原理。

鉛酸蓄電池的充電方式有很多種，例如浮充充電、限流恒壓充電、遞增電壓充電等。其中使用最多的是限流恒壓充電，充電時蓄電池的端電壓變化圖如下圖左側所示。

充電過程分為三個階段。第一階段，在活性物質微孔內形成的硫酸驟增，來不及向極板外擴散，因此電池電勢增大，蓄電池端電壓上升較快（OA段）；第二階段，隨著活性物質微孔中硫酸比重的增加速度和向外擴散的速度逐漸趨向平衡，所以蓄電池端電壓上升緩慢（AB段）；第三階段，電流使蓄電池中的水大量分解，在兩個極板上開始產生大量的氣體，這些氣體是不良導體并且能夠使蓄電池的內阻增大，蓄電池端電壓繼續(xù)上升但是上升的速度明顯變慢（CD段）。在第三階段之后，如果繼續(xù)給蓄電池充電的話，將會由于過充電而損壞，影響蓄電池的使用壽命。根據(jù)這一原理，在控制器中設置電壓測量和電壓比較電路，通過對D點電壓值的監(jiān)測，即可判斷蓄電池是否應該結束充電；這種控制方式就是電壓型充電控制，比較器設置的D點電壓稱為“門限電壓”或電壓閥值。

2蓄電池放電控制基本原理

上圖右側顯示了鉛酸蓄電池的放電過程。與充電過程類似，放電過程中蓄電池的端電壓也是由三個階段組成。第一階段，放電開始時，短時間內蓄電池端電壓快速下降（OA段）；第二階段，蓄電池端電壓緩慢下降（AC段）；第三階段，蓄電池的端電壓在極短的時間內快速降低（CD段）。由此可知，放電過程中，第二階段的時間越長，平均電壓就越高，其電壓特性也就越好。根據(jù)這一原理，在控制器中設置電壓測量和電壓比較電路，通過檢測出D點電壓值，就可以判斷蓄電池是否應該結束放電，這種控制方式就是電壓型放電控制，D點電壓稱為“門限電壓”或“電壓閥值”。

　　控制器的類型及特點

目前常用的光伏系統(tǒng)充放電控制器有串聯(lián)旁路多階和脈沖型多種，它們各有特點，應用對象也不盡相同。

　　1串聯(lián)控制器

控制器檢測電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當電池充滿電端電壓達到對應的閥值時，串聯(lián)控制器開關元件切斷蓄電池充電回路，蓄電池停止充電；當蓄電池端電壓下降到恢復充電的電壓閥值時，開關元件在此接通蓄電池充電回路，恢復蓄電池充電。串聯(lián)控制器的優(yōu)點是體積小、線路簡單、價格便宜，但是由于控制用功率晶體管存在著管壓降，當充電電壓較低時會帶來較大的能量損失。另外當控制元件斷開時，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)控制器適用于千瓦級以下的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　2旁路控制器

控制器監(jiān)測電路監(jiān)控蓄電池端電壓，當電池充滿電端電壓達到對應的閥值時，開關元件接通耗能負載，斷開蓄電池回路，過充電流將被開關元件轉移到耗能負載，將多余的功率轉變?yōu)闊崮堋．斝铍姵囟穗妷合陆档交謴统潆姷碾妷洪y值時，開關元件斷開耗能負載，同時接通蓄電池充電回路。旁路控制器設計簡單、價格便宜、充電回路損耗小，但是要求控制元件具有較大的電流通斷能力。簡單的旁路控制器主要用于千瓦級以下的光伏發(fā)電系統(tǒng)，高標準的旁路控制器也可用于較大功率的光伏電站。在多組太陽能電池板串聯(lián)成的方陣里，通過旁路串聯(lián)組中的一個或多個電池板實現(xiàn)對蓄電池充電電壓的調節(jié)稱為部分旁路控制，部分旁路控制器電路原理如下圖所示。


　　3多階控制器

多階控制器多電路的核心部件是一個受充電電壓控制的充電信號發(fā)生器。多階控制器根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)，控制器自動設定不同的充電電流：當蓄電池處于未充滿狀態(tài)時，允許仿真的電流全部流進蓄電池組；當蓄電池組接近充滿時，控制器消耗掉一些方針的輸出功率，以便減少流進蓄電池的電流；當蓄電池組逐漸接近完全充滿時，“涓流”充電漸漸停止。將多階控制器原理應用到由多個子方陣組成的光伏電站，可形成多路控制，沒一個子方陣所產生的電流成為多階控制的每個充電電流階梯。根據(jù)蓄電池組充電狀態(tài)，控制器依次接通各個子方陣的輸入，也可以逐個將各個子方陣的輸入切換至耗能負載，這樣就產生了大小不同的充電電流。如下圖所示。為了充分利用太陽能，也可將子方陣的多余電能轉接到次要用電負載。
　　4脈沖控制器

脈沖控制器的核心部件是一個受充電電壓調制的充電脈沖發(fā)生器，控制器以斬波方式工作，對蓄電池進行脈沖充電。開始充電時脈沖控制器以脈寬沖充電，隨著充電電壓的上升，充電脈沖寬度逐漸變窄，平均充電電流也逐漸減少，當充電電壓達到預置電平時，充電脈沖寬度變?yōu)?，充電終止。脈沖控制器充電方式合理、效率高，適合用于功率較大的光伏發(fā)電站。

脈寬調制（PWM）控制器與脈沖控制器基本原理相同，主要區(qū)別是將充電脈沖發(fā)生器設計成充電脈寬調制器，使充電脈沖的平均充電電流的瞬時變化更符合蓄電池當前的荷電狀態(tài)，荷電最理想的狀態(tài)是符合蓄電池的充電電流可接受去下。使用交——直流變換的PWM控制器還可以實現(xiàn)光伏電站的最大功率跟蹤功能。因此，脈寬調制器可用于大型光伏電站，缺點是脈寬調制控制器自身將帶來一定的損耗（大約4%~8%）。

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