【学习目标】

1.知识目标

（1）掌握光伏控制器选型要考虑的主要技术指标；

（2）掌握光伏逆变器选型要考虑的主要技术指标。

2.能力目标

（1）具备光伏控制器的选型能力；

（2）具备光伏逆变器的选型能力。

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【拓展提升】

一、如何选择光伏控制器(太阳能光伏控制器的优缺点)

在光伏离网系统中，太阳能光伏控制器的作用是把光伏组件发出来的电，经过变换，存于蓄电池之中，除此之外，还有保护蓄电池，防止蓄电池过充等功能。目前控制器主要有两种技术路线：脉冲宽度调试(PWM)方式和最大功率点跟踪(MPPT)方式，每种方式都有其优点和缺点，可根据不同场景去选择。

1、PWM控制器

早期的光伏控制器都是PWM的，这种电气结构简单，控制器由一个功率主开关和电容以及驱动和保护电路组成，通过开关管的PWM占空比，来控制输出电压。

PWM控制器，连接太阳能阵列和电池板之间只有一个开关，随着电池被逐渐充满，电池电压升高，PWM控制器会逐渐减少提供的给电池的电量，光伏输出不一样会按最大功率输出。PWM控制器，具有蓄电池充放电管理功能，能防止蓄电池过充和过放。

由于PWM型控制器太阳能组件和蓄电池之间只有一个开关相连接，中间没有电感等分压装置，因此在设计时，组件的电压大约为蓄电池的电压1.2-2.0倍，如24V的蓄电池，组件输入电压在30-50V之间，每串只能配一块组件，48V的蓄电池，组件输入电压在60-80V之间，每串只能配两块组件。

2、MPPT控制器

MPPT控制器是第二代太阳能控制器，同PWM控制器相比，它多了一个电感和功率二极管，因此功能更强大。

一是它具有最大功率跟踪功能，在蓄电池充电期间，太阳能组件能以最大功率输出，除非电池达到饱和状态;二是光伏组件的电压范围宽，控制器中间有一个功率开关管和电感等电路，组件的电压是蓄电池的电压1.2-3.5倍之间，如果是24V的蓄电池，组件输入电压在30-80V之间，每串可以配一到两块组件，如果是48V的蓄电池，组件输入电压在60-110V之间，每串可以配两到三块组件。

如何选择PWM和MPPT控制器

PWM和MPPT控制器都有自身独特的优点和缺点，选择哪种方案取决于太阳能光伏阵列的设计特性、成本以及外部环境等条件。当我们选择时要重点考虑以下几点因素：

PWM方式技术成熟，电路简单可靠，价格便宜，但组件的利用率较低。组件的利用率约为80%以上;MPPT太阳能控制器，指具备最大功率点跟踪功能的太阳能控制器，组件和蓄电池之间有一个BUCK降压电路，组件的利用率约为90%以上。

2kW以下的小型离网系统，主要用户是贫困无电地区，如偏远山区，非洲某些贫困国家，主要是解决照明的需求，用户对价格很敏感，因此建议采用PWM的控制器，修正波的逆变器，把控制器、逆变器和蓄电池做成一体。这种方式结构简单，效率高，用户接线方便，价格也很便宜，带动灯泡、小电视、小风扇也没有问题。

2kW以上的离网系统，建议采用MPPT控制器，组件利用率高，整机效率高，组件配置也比较灵活。总的来讲，没有哪一种技术是最好的，因此对于用户来说，应该听从专家的意见，确保选择正确的控制器来满足自己的需要。

二、太阳能路灯控制器的选择（来源：电子发烧友网）

　　1.应该选择功耗较低的控制器，控制器24小时不间断工作，如其自身功耗较大，则会消耗部分电能，最好选择功耗在1毫安以下的控制器。

　　2.要选择充电效率高的控制器，具有MCT充电模式的控制器能自动追踪电池板的最大电流，尤其在冬季或光照不足的时期，MCT充电模式比其他高出20%左右的效率。

　　3.应选择具有两路调节功率的控制器，具有功率调节的控制器已被广泛推广，在夜间行人稀少时段可以自动关闭一路或两路照明，节约用电，还可以针对LED灯进行功率调节。除选择以上节电功能外，还应该注重控制器对蓄电池等组件的保护功能，像具有涓流充电模式的控制器就可以很好的保护蓄电池，增加蓄电池的寿命，另外设置控制器欠压保护值时，尽量把欠压保护值调在≥11.1V，防止蓄电池过放。

　　太阳能路灯控制器选择注意事项

　　1、太阳能路灯控制器的输出类型

　　目前市场上的太阳能路灯控制器输出电压一般分三种，带LED灯驱动的升压型恒流控制器，普通输出控制器，带LED灯驱动的降压型恒流控制器。不知道要怎么选？这个很简单，只要根据自己使用的LED灯类型来确定就行。如果LED灯不带驱动器，则必须选择带LED灯驱动的控制器，至于是选择升压型还是降压型的太阳能控制器，这需要根据LED灯珠的排布数量来决定。如果LED灯带驱动，则只需要普通输出的控制器。

　　2、蓄电池的电压

　　目前太阳能路灯使用的蓄电池电压一般分12V或者24V。一般小功率的LED灯选择12V的电池（《50W），功率大的路灯选择24V，这样可以有效的降低线损，当然蓄电池电压的规格还跟太阳能板和负载有关系。如果太阳能板和LED灯已经确定好了，那么蓄电池的规格也必须适合他们的规格。

　　3、太阳能路灯控制器负载工作模式

　　控制器的工作模式是否能满足客户的要求。现在的路灯控制器工作模式一般有：纯光控、光控+时控制、手动模式等等。每款控制器都有不同功能特点，我们必须仔细确认。

　　4、负载最大输出功率

　　必须确认用户的LED灯功率不能超过控制器的最大输出功率。功率过大容易引起过载保护或者过热。

　　5、路灯工作模式设置

　　一般有按键设置或者是红外线遥控器设置，根据用户的实际需求来选择。

　　6、外观要求

　　路灯控制器安装在室外，而且是全天候工作，必须具有防潮，防水，耐腐蚀功能，目前主流采用铝合金外壳，内部全灌胶处理。

三、如何正确选择太阳能草坪灯的部件（来源：兴凯太阳能LED路灯）

一套完整的太阳能草坪灯系统包括：光源、控制器、蓄电池、太阳能电池组件及灯体。白天，太阳能电池组件将光能转化为电能通过控制器储存到蓄电池内， 晚上蓄电池通过控制器给光源供电，使其转化为光能，照明装饰。灯体主要起系统防护及白天的装饰作用，保障这一循环正常运行。其中光源、控制器、蓄电池是决 定草坪灯系统性能的关键，在设计中必须对其进行优化设计，合理配置。

1.光源 

太阳能草坪灯由于受组件功率限制，光源功率必须很小，在零点几瓦到几瓦之间不等，更多的是0.5W和1W。目前部分太阳能草坪灯采用节能灯作为 光源，普通节能灯的光效约为40～50 Lm /w，而LED灯目前光效已达90Lm/w，实验室顶级已达120Lm/w以上，并且在保持同样照度下，LED灯比普通日光灯可节电40%以上，转化效率 相对较高。另外使用寿命方面，普通日光灯的寿命为3000-5000h，LED灯在光衰达到70%时理论寿命约10万小时，实际使用寿命可达5万小时，为 普通日光灯的10多倍，若每天工作8小时，一只灯可用6250天，因此不需要经常更换，可大大节省维护费用。LED灯被称为绿色照明光源，其本身不含有毒 有害物质（如：汞），避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染，同时LED灯采用恒定直流电流驱动，不会产生任何频闪，又没有干扰辐射，对人体无危害；显色指 数在80以上,灯光下物体的颜色更真实，色彩更丰富。因此,LED非常适合于太阳能草坪灯系统。在LED应用中最主要的是恒流和散热问题，虽然很多太阳能 草坪灯已经采用LED,但这些问题解决的并不是很好。   在恒流方面，LED的特性与普通二极管近似，当电压变化很小时，电流可能变化很大，比如当工作电压变化0.1V时，工作电流可能变化20mA左 右。为了实现恒流，防止工作电流过大，许多草坪灯使用串联限流电阻，但极大的能量损失显然不适合本来发电量就很有限的太阳能草坪灯。这时，可以设计恒流电 路，现在有许多现成的专门针对LED开发的恒流芯片，将之和LED结合使用，不需要复杂的外围电路，就能起到很好的恒流作用，有效保护LED,延长寿命。   在大功率LED应用中，散热是另一个主要考虑的方面，散热做不好，会引起很严重的光衰，一些严重的半年内可能降到原来的一半，在草坪灯上大功率LED 多是单颗应用，采用常规的铝基板就可以满足，这方面的影响一般不大，但也需经试验验证。  

2.蓄电池的选择 

近年来，市场上的太阳能草坪灯普遍采用由铅酸蓄电池或镍氢蓄电池和LED灯组成的系统。在使用过程中，铅酸电池需要加酸补液，维护工作量很大， 同时硫酸电解液溢出时有可能损坏灯体或其他公共设施。并且铅酸蓄电池和镍氢蓄电池比能量较小，就常用的4Ah电池来说，体积重量都很大，系统电器件设置和 安装装置占用很大空间，不利于灯体结构的灵活设计。

 锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池，它具有很高的能量密度，在相同容量的情况下，重量是镍氢蓄电池的一半，铅酸蓄电池的30%，，体 积是铅酸蓄电池和镍氢蓄电池的20-30%。并且锂离子电池的放电平台是3.7V,太阳能电池组件的充电电压为6V,相对于铅酸电池12V的放电平台，电 池组件充电电压为17V 来说，能够减少电池片2/3的划片次数，减少浪费，提高电池片的利用率。锂离子电池循环寿命高，在正常条件下，它的充放电周期可超过500次。在天气晴好 的情况下，太阳能电池组件会给蓄电池进行持续充电，而夜间只消耗蓄电池容量的25%左右，这时候蓄电池就会处于持续的浮充状态，能够大大延长蓄电池的使用 寿命。锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类对环境有危害的金属物质，不含化学性能非常活泼的金属锂，可以保障安全性，符合太阳能产品绿色、环保的设计理 念。

3.控制器的设计 

由于太阳能电池组件的发电量随天气状况、日照时间而变化，非常不稳定，因此太阳能光伏独立发电系统中对蓄电池的充放电控制要比普通应用中对蓄电池的充放电控制更复杂一些。控制器设计是否完善，直接决定整个太阳能草坪灯系统能否顺利运行。

 一个完整的太阳能草坪灯控制器应该具有两方面的功能：第一是功能控制，草坪灯用于草坪中，白天装饰，夜晚起装饰照明作用，根据不同的使用情况，有些需要整个晚上都工作，更多的则是工作4～8个小时，因此必须有光控开，光控关，或者光控开，时控关的功能。 

另一方面就是保护功能控制，包括对太阳能电池组件的防反冲保护，对蓄电池的过充电保护，过放电保护，温度补偿功能,对LED的恒流驱动等。防止反充电功能，一般是在太阳能电池充电回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，多采用肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管要低。对于太阳能草坪 灯来说，很多锂离子电池本身带有保护板，防止过充电功能，防止过放电功能等，在控制器设计中，就不需要增加这些功能。如若没有保护板就必须在控制器中加入 这些功能，因为很多蓄电池过放会造成永久性损坏。所以要针对使用情况而定，并且放电截止电压不宜过低。对LED的恒流驱动，主要是通过升压电路或者结合专 用的恒流芯片，调整输入LED的电流，使之在蓄电池电压不断变化的情况下仍能够保持对LED的恒流驱动。

4.其他方面 

将光源设置为闪烁变化，既可以使太阳能草坪灯发光具有动态效果，又可以通过改变闪烁占空比减小蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，同时将草坪灯设置为时控，千万不要设为整个晚上都亮，造成过多浪费，或者减小太阳能电池组件的功率和蓄电池的容量，降低成本。 

太阳能电池封装形式。目前太阳能电池的封装形式主要有两种，层压和灌封。采用层压机进行层压可以使太阳能电池组件工作寿命达25年以上，灌封虽 然外观能做得很漂亮，但是由于灌封胶的耐老化性很差，容易变黄或脱层落，使得发电效率严重降低或不能使用，直接置于室外阳光下，其工作寿命仅仅1-2 年。因此，对于户用小型小功率太阳能草坪灯，在没有寿命要求的情况下，可以使用灌封胶灌封封装形式，而对应用于正式场合，使用年限有规定的太阳能草坪灯， 必须使用层压的封装形式。 

太阳能草坪灯往往对连续阴雨天可维持时间天数要求很高，在同等条件下适当增加蓄电池容量，将太阳能电池组件输送来的电能充分储存，充分利用，这样也能相对减少系统成本。

四、户用光伏离网逆变器系统典型设计（来源：新能源网）

由于经济发展水平的差异，还有小部分偏远地区，没有解决基本用电问题，无法享受现代文明，光伏离网发电可以解决无电或者少电地区居民基本用电问题。

　　户用光伏离网发电系统主要由光伏组件、支架、控制器、逆变器、蓄电池以及配电系统组成。系统电气方案设计，主要考虑组件、逆变器（控制器）、蓄电池的选型和计算。设计之前，前期工作要做好，因为离网系统都是定制的，没有一个统一的方案，需要先了解用户负载类型和功率，白天和晚上的用电量，安装地点的气候条件。光伏离网系统，用电要依赖天气，没有100％的可靠性。

　　离网系统由于必须配备蓄电池，且占据了发电系统30－50％的成本。而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3－5年，过后又得更换，从经济性来说，很难得到大范围的推广使用，只适合缺电的地方使用。

　　离网系统和并网系统不一样，组件和逆变器并不是按照一定的比例去配置，而是要根据用户的负载，用电情况和当地的天气条件来设计：

　　1、根据用户的负载类型及功率确认离网逆变器的功率

　　家用负载一般分为感性负载和阻性负载，洗衣机、空调、冰箱、水泵、抽油烟机等带有电动机的负载是感性负载，电动机启动功率是额定功率的3－5倍，在计算逆变器的功率时，要把这些负载的启动功率考虑进去。逆变器的输出功率要大于负载的功率。但对于一般贫困家庭而言，考虑到所有的负载不可能同时开启，为了节省成本，可以在负载功率之和乘以0．7－0．9的系数。下面的列表是常用家用电器的功率，供设计时参考。

　　2、根据用户每天的用电量确认组件功率

　　离网系统可用的电量＝组件总功率*太阳能发电平均时数*控制器效率*蓄电池效率。组件的设计原则是要满足平均天气条件下负载每天用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的每天发电量要稍大于负载每天用电量。因为天气条件有低于和高于平均值的情况，太阳能电池组件的设计基本满足光照最差季节的需要，就是在光照最差的季节蓄电池也能够基本上天天充满电。但在有些地区，最差季节的光照度远远低于全年平均值，如果还按最差情况设计太阳能电池组件的功率，那么在一年中的其他时候发电量就会远远超过实际所需，造成浪费。这时只能考虑适当加大蓄电池的设计容量，增加电能储存，使蓄电池处于浅放电状态，弥补光照最差季节发电量的不足对蓄电浊造成的伤害。组件的发电量并不能完全转化为用电，还要考虑控制器的效率和机器的损耗以及蓄电池的损耗。

　　组件的安装角度要考虑用户的地理位置，尽量满足夏季和冬季的要求，在我国，太阳能电池的方位角一般都选择正南方向，以使太阳能电池单位容量的发电量最大， 最理想的倾斜角是使太阳能电池年发电量尽可能大，而冬季和夏季发电量差异尽可能小时的倾斜角。

　　灯泡、电风扇、电吹风这样的负载，用电量等于功率乘以时间；空调、冰箱这样的负载，是间隙性工作的，空调的耗电和室内外温度差、房间面积、空调的能效率有很大关系，1台1P的空调，晚上用8小时，耗电1－5度不等。

　　3、根据用户晚上用电量或期望待机时间确定蓄电池容量

　　蓄电池的任务是在太阳能辐射量不足时，保证系统负载的正常用电。对于重要的负载，要能在几天内保证系统的正常工作，要考虑连续阴雨天数。对于一般的负载如太阳能路灯等可根据经验或需要在2～3天内选取。对于一般贫困家庭而言，主要考虑价格，则不用考虑阴雨天，太阳好的时候多用。太阳不好的时候少用，没有太阳则不用。选择负载时，尽量使用节能设备，如LED灯、变频空调。蓄电池的设计主要包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组串并联组合的设计。在光伏发电系统中，大部分使用的都是铅酸蓄电池，考虑到电池的寿命，一般取放电深度为0．5－0．7之间。蓄电池设计容量＝（负载日均用电量*连续阴雨天数）／蓄电池放电深度。

　　4、5kVA户用系统设计方案

　　客户的用电需求：照明200瓦每天工作6小时，冰箱50瓦每天工作24小时，一匹变频空调工作12小时，电视机50瓦每天工作10小时。还有洗衣机，台式电脑，电饭锅，电风扇等不定时家电，客户安装地点在云南迪庆。

　　1、统计负载总功率

　　照明200瓦，冰箱50瓦，空调750W，电视机50瓦，洗衣机算300W，台式电脑200W，电饭锅1200W，电风扇100W，总计2850W，选用古瑞瓦特SPF 5000控制逆变一体机，输出功率为4．0KW。

　　2、每天用电统计

　　照明1．2度电，冰箱1度，空调2度，电视机0．5度，洗衣机算1度，台式电脑0．5度，电饭锅1度，电风扇0．5度，平均总计7．7度，实际上平均每天约6－10度电左右。云南迪庆光照条件较好，平均每天算4．5小时，设计采用9块280W组件，共2．52kW，平均每天能发电11．34度，离网系统效率较低，一般约0．8，平均每天可用电9度，因此基本上可以满足99％以上的用电需求。

　　3、计算蓄电池

　　户用的电器大部分都是在晚上用，白天可能只有20％左右，为了增加蓄电池的寿命，可以适当增加蓄电池的容量，每天充放电深度低，这个项目设计采用4节12V250AH的胶体铅酸蓄电池，总容量12000VAH，可利用的电量约8．4度，平均晚上用电6度电，放电深度约50％。