光伏电池充电器的设计文献综述

 2022-11-06 10:48:16

文献综述

光伏电池充电技术原理以及国内外进展

独立光伏发电系统主要是由光伏电池、充电控制器、蓄电池、逆变器组成,可给直流负载及交流负载供电,而并网发电系统中可以通过切换开关进行交流负载以及市电电网的切换。

光伏电池:光伏电池的作用是将太阳能直接转换成电能,是光伏发电系统的第一级功率转化,其转换效率目前约在15~16%,再加上受到外界环境因素如温度、光强等影响较大,会造成一定的能量损失,因此,提高光伏电池的转换和利用效率,以及降低成本是目前一个重要的研究方向。

充电控制器[1]:充电控制器是将光伏电池的电能向蓄电池充电,在充电过程中尽量提高效率,减少损耗,同时提供避免过充电和过放电的保护措施,延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池[1]:蓄电池是光伏系统中的储能部分,通过充电控制器将光伏电池的能量储存其中,需要时再将电能输送到负载上。充电控制器是连接光伏电池与用电负载的枢纽。由于光伏电池输出电压不稳定,所以不能直接将太阳能极板应用于负载,需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能设备,如蓄电池中,再由蓄电池向负载供电。

充电控制器的发展经历了三个阶段。第一个阶段是基本充电方式,恒压充电[1]或恒流充电[1]。但是对蓄电池的保护不够,容易导致蓄电池的损坏,影响其寿命。第二个阶段是PWM[2](pulse width Modulation)充电方式,也是目前市场上比较成熟的一种充电控制方式,指在固定时钟频率下,通过调节开关的通断时间来控制信号的占空比,从而实现对输出电压的调整通常首先对电池充电一段时间,然后让电池停止充电一段时间,如此循环往复,使蓄电池有较充分的反应时间,减少了析气量,提高了蓄电池的充电效率。

然而光伏电池是一种不稳定的电源,它的输出特性受外界环境如太阳能辐射度、温度和负载的影响,其负载与其输出有一个最佳匹配点,可使光伏电池输出功率达到最大,这个匹配点称为MPP,而这个匹配的过程称为MPPT[3]三阶段的充电控制器正是MPPT控制模式[4],由于它使光伏方阵获得最大输出功率,充分利用能量,提高系统的整体效率,具有相当重要的意义。

在工程上,国外起步较早,目前已有比较成功的光伏充电控制器产品[5],例如艾默生网络能源已研发了基于MPPT技术的 SmartShineTM 光伏并网逆变器系统,并已大量应用于光伏发电站,其独有的智能化休眠专利技术,可使客户最大限度地高效利用光能发电.

国内由于起步晚,在这方面的研究处于初级阶段,控制器研制成功的企业也有,但是不多,如北京易达新电源设备有限公司太阳能控制器系列[6],北京同佳电源有限公司的 Lineback-Fx 系列 [7]。但是在许多的实际系统中,并没有将理论研究的许多先进算法运用其中,与国外相比还有一定的差距,因此需要加大在这一技术领域内的研究力度,缩短与发达国家之间的技术差距。

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