太陽能控制器全稱為光伏充放電控制器，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中控制太陽能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。它可以根據(jù)蓄電池的充、放電特性設(shè)定控制條件控制太陽電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，其主要功能是保護(hù)蓄電池，穩(wěn)定電站工作狀態(tài)。光伏控制器可根據(jù)功能和電路結(jié)構(gòu)分成開關(guān)型控制器、脈寬調(diào)制型控制器、具有MPPT功能的脈寬調(diào)制型控制器和智能型控制器等。

1、開關(guān)型控制器

通常的充放電控制器的主要功能是限制充電電流和電壓，確保蓄電池能得到快速有效的充電和放電，保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電。光伏充放電控制器除了要具備通常控制器的功能外還要兼顧光伏組件發(fā)電的伏安特性，早期的光伏控制器比較簡(jiǎn)單，通常是采用單級(jí)控制的方法，即所謂控制器就是在光伏組件和蓄電池之間設(shè)置一個(gè)電子開關(guān)（圖1），當(dāng)蓄電池達(dá)到設(shè)定電壓時(shí)，切斷開關(guān)，停止充電。而當(dāng)電壓下降后再次接入充電，如此往復(fù)，直至蓄電池充滿。由于蓄電池自身充電過程中的浮充電壓影響，導(dǎo)致這種模式的充電后期充停頻繁，需要較長(zhǎng)時(shí)間，而對(duì)于太陽能發(fā)電來講，白天有陽光的時(shí)間有限，因此蓄電池常常充不滿電，而同時(shí)在白天有太陽的時(shí)候，光伏發(fā)出來的電力大量浪費(fèi)，效率較低。通常被應(yīng)用在100W以下的小型發(fā)電系統(tǒng)中。

圖1 單級(jí)開關(guān)式充電控制器及工作模式

開關(guān)型充電控制器由于光伏組件的輸出是通過控制開關(guān)直接接入蓄電池兩端的，因此光伏組件的輸出電壓必須嚴(yán)格按照蓄電池電壓來設(shè)計(jì)，過低則無法正常充電，過高則造成浪費(fèi)甚至損壞控制器和蓄電池。由于蓄電池電壓是與蓄電池的充電狀態(tài)關(guān)系很大，譬如一個(gè)12伏的蓄電池在虧電狀態(tài)的電壓約11伏左右，而在充滿電的狀態(tài)要接近15伏，因此針對(duì)這樣一個(gè)蓄電池，我們的輸入電壓就必須大于15伏，加上光伏組件因溫度等影響的電壓下降因素，通常光伏組件的設(shè)計(jì)電壓是17-18伏。顯然，在給一個(gè)虧電的蓄電池充電前期，光伏組件的輸出電壓會(huì)被蓄電池鉗位在較低的范圍，效率是很低的。而到了蓄電池接近充足的時(shí)候，蓄電池會(huì)進(jìn)入浮充狀態(tài)，即充充停停狀態(tài)，而當(dāng)蓄電池處于浮電停充的時(shí)候，光伏發(fā)出來的電實(shí)際上是浪費(fèi)掉的，而此時(shí)的蓄電池并沒有真正充滿。這種光伏控制器簡(jiǎn)單、便宜，但是在充電過程中光伏組件發(fā)出的電力沒有完全利用起來，充電轉(zhuǎn)換效率為只有70～76%。

圖2、開關(guān)型充電控制器電壓電流示意圖

多級(jí)開關(guān)型控制器比單級(jí)控制器充電效果要好，（圖3）顯示的是一個(gè)典型的4級(jí)控制的控制器，它可以將光伏組件分成若干組，采用多個(gè)控制器來給蓄電池充電，每個(gè)控制器可設(shè)定不同的斷開電壓，這樣就可以達(dá)到階梯電流充電的目的。這樣的控制器的充電效果要明顯比單級(jí)控制器高。這種控制方案通常被應(yīng)用在10kW以下的中小型電站中。

圖3、一個(gè)典型的4級(jí)控制的控制器及充電電流示意圖

2、脈寬調(diào)制型 (PMW) 控制器

脈寬調(diào)制型（PMW）控制方式，是一種根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)，采用脈寬占空比的方式自動(dòng)控制輸出電壓和電流的一種充放電控制器，它可以充分利用光伏發(fā)電對(duì)蓄電池進(jìn)行高效的充電，幾乎沒有浪費(fèi)的電力，如果在與光伏組件的配接端再設(shè)置最大功率跟蹤（MPPT）電路，則該類控制器控制效率可達(dá)97%以上。由于此類控制器采用脈動(dòng)電流充電，脈動(dòng)充電的瞬間電壓較高，可以有效防止蓄電池的假死和睡眠狀態(tài)，對(duì)于普通鉛酸電池甚至還有修復(fù)和激活作用。當(dāng)蓄電池接近充滿時(shí)，脈寬調(diào)制型控制器可以逐步減少輸出脈寬的占空比，依舊保持足夠的充電電壓，但是可以根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)減少給蓄電池的充電電流，采用類似于“涓流充電”，可以大大提高充電效果，同時(shí)也提高了蓄電池的壽命。PWM充電電路電壓損失較低，充電效率比普通開關(guān)型高3%-6%，因此該技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，可以解決電池不滿的問題，充電轉(zhuǎn)換效率為75～80%。

圖4、脈寬調(diào)制型 (PMW) 控制器工作原理

3、最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制器

PMW技術(shù)解決了高效充電的問題，但是光伏組件的輸出依舊會(huì)被蓄電池的充電狀態(tài)所影響，光伏組件無法工作在最大功率點(diǎn)上，也就是說光伏組件的發(fā)電效率沒有真正體現(xiàn)出來。最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）技術(shù)可以確保光伏組件的輸出始終保持在最佳狀態(tài)而不受蓄電池電壓的影響。MPPT太陽能控制器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)太陽能板電壓和電流，并不斷追蹤最大功率（P=U*I），使系統(tǒng)始終以最大功率對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，MPPT跟蹤效率為99%，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電效率可高達(dá)97%，這個(gè)充電過程可分為MPPT充電、恒壓均充電和恒壓浮充電。采用MPPT的充放電控制器，輸入電壓范圍較寬，因此對(duì)光伏組件的電壓要求也就不再像早期離網(wǎng)光伏電站那樣要用專用的離網(wǎng)組件了，光伏組件或組件串電壓只要符合控制器輸入電壓范圍或MPPT電壓范圍即可。MPPT技術(shù)和PMW技術(shù)相結(jié)合也是光伏控制器的發(fā)展熱點(diǎn)。

3、智能型控制器

隨著電子和電腦技術(shù)的發(fā)展，微電腦技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中。智能型控制器通常也采用MPPT技術(shù)和PMW技術(shù)，智能光伏控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器等相關(guān)電路，可針對(duì)多路太陽能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負(fù)載供電展開智能化自動(dòng)控制。微電腦的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)為采集和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)提供了方便，智能化光伏控制器還具有通信數(shù)據(jù)傳輸功能，為數(shù)據(jù)遙測(cè)、光伏電站集中管理和遠(yuǎn)距離控制提供了操作平臺(tái)。通過使用創(chuàng)新性的最大功率追蹤技術(shù)，光伏控制器能保證太陽能陣列全天時(shí)、全天候的最大效率的工作?？梢詫⒐夥M件工作效率提高30%（平均可提高效率為10%-25%）。

由于蓄電池容量和充放電電壓與蓄電池溫度關(guān)系密切，因此充放電控制器一般都有溫度補(bǔ)償功能，以適應(yīng)不同的環(huán)境工作溫度，為蓄電池設(shè)置更為合理的充電電壓。其溫度補(bǔ)償值一般為-20~40mV/℃。

充放電控制器的另一個(gè)功能是過放控制保護(hù)，即過放終止電壓保護(hù)。大部分蓄電池都不容許過度放電，過放電會(huì)導(dǎo)致蓄電池性能和壽命嚴(yán)重下降。過放控制器通常就是一個(gè)電子開關(guān)，當(dāng)蓄電池放電電壓低于設(shè)定值時(shí)切斷負(fù)荷電路，停止放電，以達(dá)到保護(hù)蓄電池的目的。蓄電池放電保護(hù)設(shè)定值通常是根據(jù)蓄電池種類和性能確定的，譬如一般將12V鉛酸電池過放保護(hù)點(diǎn)電壓設(shè)置為：11.10v， 24V系統(tǒng)的過放保護(hù)點(diǎn)電壓就為22.20V，而單個(gè)鋰離子電池的切斷電壓設(shè)置為3.2V左右。