太阳能光伏发电系统控制问题探究

周伟

摘要：随着全球气候变暖等一系列环境问题暴露在公众面前，为了有效减少温室气体排放、减轻环境污染，需要采用清洁的新能源来改变传统的能源格局。目前，以太阳能利用为主的光伏产业迅速发展，可以有效减轻社会发展对于其他的能源的依赖。文章对太阳能光伏发电系统控制问题进行了研究。

关键词：太阳能；光伏产业；光伏发电系统；系统控制；电力能源 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2016）25-0099-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.25.048

能源问题一直受到社会的普遍关注，因为这不仅关系到社会的发展，还对于自然环境产生重大的影响。而太阳能作为一种可再生的清洁能源，随着科学技术的发展，越来越得到广泛的运用，取得了非常好的社会和经济效益。目前，太阳能光伏发电作为一个新兴产业正在迅速发展，具有非常远大的发展前景。所以本文针对太阳能光伏发电系统的控制问题进行研究，并进一步做深入探讨。

1 太阳能光伏发电的概况

1.1 光伏发电系统的原理

太阳能光伏发电的工作原理就是利用光伏系统吸收太阳能量，产生光生电压，然后利用一定的设备将这些电压产生的电流转化为可以利用的电能。而这种电能在生成转化过程中，具有绿色无污染、循环使用、构建简单等特点，所以受到社会的普遍青睐。

1.2 太阳能光伏发电系统的结构

太阳能光伏发电系统基本上由太阳能电池组件、控制器、蓄电池（如有储能需求）、逆变器四个部分组成。

1.2.1 太阳能电池组件。它是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。具体的操作就是利用支架和汇流箱将太阳能电池组件，根据使用的实际情况进行有效的组合排列，并会自动将太阳的光能转化为电能，而且光照越强产生的电能输出就越多，具有正相关性。

1.2.2 控制器。在控制器类型的选择上要根据光伏发电系统的系统功率、电池方阵输入路数以及用户的要求等方面来确定。控制器在使用过程中，一般控制器包括专用CPU、各种电子元器件等部件，主要起到调节和保护的作用，因为太阳能电池组件发电和蓄电的效率都是极不稳定的，需要控制器对其进行必要的调节，确保其工作的稳定，避免造成对于蓄电池的损伤。这样就不仅可以延长蓄电池的使用寿命，而且可以对整个电池组件的电压、电流等各种数据进行记录和显示，便于对整个光伏发电系统的监管。

1.2.3 蓄电池。一般而言，蓄电池并不是光伏发电的必要组成部分，现在一般的大型并网光伏电站都没有配置蓄电池。它的主要作用就是将光伏系统接受太阳能后转化的电能储存起来，以备使用。在蓄电池的使用过程中，要注意所选择的蓄电池自身的储电容量要大，释放的电量要小，并且要保证充电效率高，同时要注意使用的地区以及价格等因素，确保可以方便、高效使用。一般为了保障蓄电池的使用寿命，尽量选择容量大、电流充放小的蓄电池，而且在低温状态下使用，需要考虑使用胶体蓄电池。

1.2.4 光伏逆变器。在整个光伏发电系统中，逆变器的主要作用就是将太阳能电池组件产生的直流电转变为交流电，并且将太阳能发电系统与公共电网进行有效连接。因为整个太阳能发电输出的一般都是电压很低的直流电，为了提高光伏发电系统的转化效率，一般将光伏电池组件串/并联后再与光伏逆变器连接，最后由光伏逆变器将直流电变为适合的交流电后送入公共电网或供电器设备使用。

1.3 太阳能光伏发电系统的分类

一般而言，太阳能光伏发电系统可以分为三种类型：

1.3.1 独立系统，不与公共电网进行连接，所输出的电力仅仅局限于小范围的使用。

1.3.2 并网系统，就是与太阳能发电系统周围的公共电网进行连接，通过出售进行大范围使用。

1.3.3 混合类型，基本上就是将前两者进行综合，兼而有之。

2 太阳能光伏发电系统的控制要点

2.1 独立光伏系统的技术指标

对于太阳能光伏发电系统的控制过程关键在于对充电器和逆变器的控制，所以对于太阳能发电系统的控制就需要注意电池组件的额定功率、逆变器的输出电压以及太阳能发电系统的总功率等因素的变化。

2.2 太阳能电池的最大输出功率

在进行太阳能光伏发电系统的控制过程中，最难控制的是，在维持电池最大输出功率的时候，还要达到低谐波失真电流输出的控制，这就需要在操作过程中对控制器的性能、系统等进行有效掌握和监控。

2.3 与公共电网相协调

在太阳能光伏发电系统的三种类型中，尤其是并网类型和混合类型，需要注意的是太阳能发电输出的电压、功率、幅值等数据要与公共电网协调一致，这其中涉及到控制器和逆变器等相关系统的控制。

3 对于太阳能光伏发电系统有效控制的措施

3.1 对太阳能电池组件合理配置

目前多采用太阳能电池组件一般为单晶和多晶硅太阳能电池。其基本上由钢化玻璃、TPT等材料热压密封制成，具有坚固、抗寒、耐高温、安装简便等优点。在太阳能电池组件内部封装了多个电池单元，电池单元经过串联/并联后能有效提供电池组件的输出电流和电压，便于实际使用，目前普遍采用60或72片封装。

3.2 正确选择太阳能光伏控制器

在太阳能光伏发电的控制器选择中，要根据系统电压的等级来进行选择，同时还需要详细计算发电系统的容量以及组件串的并联数量，来确定控制器的控制方式。例如，直流路灯的光源是30V，那么控制器应该选择30V。对于控制器是否具有蓄电池放电控制功能，这是根据负载特点来决定。对于用户的其他需求而设置的一些功能，则需要根据相关的控制器产品型号经过比较来选择。

3.3 最大功率点的监测

众所周知，光伏发电系统受到太阳的光照强度以及周围温度的影响，导致电力输出的变化很大，所以需要根据太阳能电池所能产生的电能输出功率，找到最大功率的转化效率，即最大功率点后，就可以在实践中对太阳能发电更好地进行利用。目前对于最大功率点的监测方法就是利用恒压跟踪法以及自适应算法等多种方法，有效监测出太阳能光伏电池的输出功率变化与阳光强度以及温度的关系，找到功率输出最大时的电压。

3.4 对蓄电池电压的有效控制

在整个太阳能光伏发电系统中，要想进行有效的控制主要就是对充电器和逆变器的控制。控制器要负责对整个发电系统的最大功率点进行监测，使得整个系统发挥到最大的功效，并且还要对蓄电池的充放电进行有效调节，防止蓄电池过度充电以及快速放电而受到损害，影响使用寿命。目前对于蓄电池的电压检测一般对于整个充电系统的外环电压进行监测，采用在线式电压检测方法，当监测的电压结果达到最大值的时候就证明电池已经充满。由于蓄电池端电压在充电停止后电压会出现变化，不能发挥最大功效，所以需要采用一种离线式的检测方法。同时，对于蓄电池的自放电问题，可以采取设置放电自锁功能进行有效应对。在具体的运用中就是利用集成运算电路的电压反馈特性。当达到下限电压，出现信号反馈到下限自锁功能的时候就会出现自动关闭，停止放电。当蓄电池充满后，就可以重新将蓄电池打开，继续供电，这样就可以确保蓄电池的高效运行。

3.5 对逆变器的合理选择

在整个太阳能光伏发电系统中，逆变器作为一个不可或缺的部件，也会需要消耗一定的电能来维持自身的运行。因此，它的输入功率要比输出功率大，所以对于整个逆变器的效率而言，就是输入功率与输出功率之间的比较。在整个发电系统中，逆变器就是需要将太阳能的直流电转化为交流电，对于太阳能电池的效率发挥具有关键的作用，所以要想对于太阳能发电系统进行高效运行，就必须要选择高效率的逆变器，确保整个太阳能光伏发电系统发挥到最佳状态。一般情况下，逆变器还具有自动调压和手动调压等功能，可以在具体的运行过程中进行有效的调节，确保光伏发电的供电效率。

3.6 进行有效的并网发电控制

光伏逆变器能够将电池组件发出的直流电逆变为与电网频率相同，满足电网电能质量要求的交流电，从而让光伏发电系统能与公共电网连接。但是由于太阳能光伏发电系统具有一定的独立性，当国家电网需要维护和检修的过程时，就会处于断电状态，而这时如果太阳能发电系统依然处于运行状态，就会形成孤岛效应。这就容易对维修保养的工作人员先造成危害，而且也会因自身的负载过大，导致电力和电压的不稳定，损害整个太阳能发电系统。对于这个问题，为了对光伏发电系统进行有效控制，就需要在逆变器具备有自动侦测功能，即防孤岛保护。一般这种侦测分为主动和被动两类，主动侦测就是逆变器主动释放一个信号，观察电网是否正常运行；被动检测就是当电网的功率和电压出现异常情况，而导致光伏发电系统的电压、相位等情况发生改变，而做出的判断。同时还有一种特殊的情况，就是国家电网突然跳闸断电，也会对太阳能发电系统产生较大的影响，一般这种情况比较少见，但是也需要注意监测。

4 提高光伏发电应用的辅助措施

目前，太阳能光伏发电已经在世界范围内得到比较广泛的应用，具有非常广阔的国际市场，所以我国的光伏产业应该采取更多的有效措施，积极与国际接轨。在具体的操作中，首先要采用新的技术和管理，降低生产成本，提高发电效率，提升市场竞争力；其次是提高相应的技术指标，不仅要发挥好逆变器的功效，而且要提高控制器以及蓄电池等各方面的技术要求；再次是要做好相应的产品设计，加强与国际市场接轨，适应各地建筑物的特点，确保实用、美观；最后是国家应该加大对于光伏发电产业的大力支持，提供各个方面的优惠政策进行支持。

5 结语

太阳能光伏发电产业是一个具有非常广阔前景的行业，不仅可以有效地对于太阳能资源进行利用，而且能降低其他能源的消耗，减轻污染，非常符合当今世界经济、环保的发展需求，所以今后需要进一步加大对于太阳能发电系统的研究，使得更多的先进技术得到具体应用。

参考文献

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（责任编辑：王 波）