海洋型光伏充放电控制器的设计分析

海洋型光伏充放电控制器的设计分析

魏玉平  吴世琴  周成龙  张伟  宋政昌

中电建（西安）港航船舶科技有限公司  陕西西安  710100

摘要：近年来人们对海洋的探索越发深入，海洋事业发展速度也逐渐加快，为了满足海上作业需求，一定要保证能源的稳定供应。太阳能因其可再生、清洁无污染、获取方便等优势成为了主要的能源，然而太阳能充放电控制装置所具备的功能较少，应用覆盖范围较小，难以满足海上作业的多样化需求。因此需要结合海洋作业特点以及环境特征，设置合适的光伏充放电控制器，可以解决目前供电系统类型多、需求多的问题，满足光伏供电系统的使用需求，保证各类装置设备的稳定运行。基于此，本文分析了海洋型光伏充放电控制器的设计方式，以期可以为海上能源使用提供重要帮助。

关键词：海洋型；光伏充放电；控制器；设计分析

太阳能是近年来人们大力开发的新型能源之一，在各个领域均有所应用，其中海上作业活动中也开始广泛应用这一能源，可以保证海洋长期定点作业活动的有序开展，满足观测平台能源需求。由于海洋和陆地环境存在较大差异，所使用的光伏发电系统也有着独特的特点，其会受到多种因素的影响，如空间、重量以及设备外形均会限制系统的使用。太阳能供电系统所使用的蓄电池组存在较多差异，电压数值各异，并且由于海洋工作环境较为恶劣，相同装置的不同部件对于供电稳定性的要求有所不同，部分部件需要保证可以做到长期稳定供电。因此需要进一步优化光伏充放电控制器，提升太阳能利用效率，改变传统的控制模式。

一、海洋型光伏充放电控制器主要组成部分

海洋型光伏充放电控制器主要是根据海上电力系统使用需求进行设计的控制器，可以让蓄电池组处于稳定的运行状态下。在设计过程中控制器所包括的具体应用单元如下：（1）电源单元，负责保证控制器的稳定运行，使其可以及时进行控制调节；（2）充电单元，负责对蓄电池组进行充电，包括充电上限控制、启动充电控制、充电驱动三种电路；（3）放电单元，负责进行负载供电，包括的电路组数较多，一组电路中同时包括放电下限控制和放电驱动电路；（4）显示单元，负责对控制器状态进行显示，主要包括充电显示、亏电报警、放电显示三种电路。充电显示电路以及充电单元之间联系密切，主要是与充电显示电压输出端进行连接，亏电显示电路和蓄电池组的电源输出端进行连接，均负责对显示灯进行有效控制。放电显示电路则和放电单元的负载电源输出端进行连接，主要针对放电显示灯进行控制。在实际的设计和应用过程中可以结合放电单元电路组数对放电显示电路进行增加或者减少。

二、海洋型光伏充放电控制器设计原理分析

充放电控制器内包含的组成部分分别负责不同的功能，在设计时需要考虑到各个单元的使用需求以及实际工作场景，对其内部电路电阻进行调节，优化设计方案，让控制器能够处于平稳运行状态。控制器中各个单元设计原理如下所示。

（一）电源单元

电源单元主要是向控制器提供运行过程中所需要的电源，蓄电池正极通过二极管D1比较电压，太阳板正极经过D2，电压高的一方负责向固定电压稳定器提供运行电源，达到向充放电控制器提供电源的目的，可以有效防止在太阳光充足的状态下消耗蓄电池的电量，保证电池电量充足[2]。在实际设计过程中需要考虑到控制器应用是否安全，需要增加避免输电电源反接电路的功能模块，确保在出现反接问题时能够让电路仍然能够做到正常使用。电源输入中的主要对 N沟道型场效应管进行调控，控制原理为高低电平，会直接影响其是否处于导通状态。因为当电源进行输入时会产生较大的电流，在设计控制器时需要对场效应管的内阻进行分析，优先选择内阻数值小的，可以防止在长期作业过程中出现过多热量，保证了电路使用的安全性。

（二）充电单元

充电单元在运行过程中可调电阻以及额定电阻处于串联分压的状态，通过不同电阻的串联可以形成标准电压，可以满足充电上限控制电路以及充电控制电路的运行需求。蓄电池组电压主要是利用额定电阻完成分压。充电单元在使用过程中会根据蓄电池组电压和充电电压进行对比，当蓄电池组电压处于较低的一方会对蓄电池进行充电，当其超过充电上限电压后，充电活动也会随之停止[3]。蓄电池组如果在低电平的状态下进行充电，一直充电到其超过启动充电电压，但同时却又低于充电上限电压，会继续对蓄电池组进行充电。当蓄电池组进行高电平放电时，当其一直放电直到低于充电上限电压，但同时又高于启动充电电压时蓄电池将会持续处于放电模式，此时不会对蓄电池进行充电。在充电单元设计中选择了可调电阻，通过对电阻数值进行调整能够满足蓄电池的充电需求，并且会利用触发器对充电活动进行有效控制，防止出现反复开关充电模式的现象，能够避免蓄电池组在短期使用过程中出现磨损，提升充放电控制器应用的效果。

（三）放电单元

放电单元在控制区域中属于重要组成部分，额定电阻以及可调电阻仍然以串联分压的方式分布，其中分别会安排电阻串联在电源VCC以及地之间，可以构成两个不同的标准电压，满足放电下限控制电路运行需求，打造了两路负载端，并且使其具备不同的供电能力。同时也会将额定电阻串联在蓄电池组电压以及地之间实施分压，其会成为构成蓄电池组的比较电压。在实际使用过程中针对可调电阻的数值进行调整，能够同时做到对放电下限电压进行调节，满足各个电路系统的应用需求

[4]。

（四）显示单元

显示单元可以让相关人员对控制器的工作状况进行监视，了解其充放电状态，从而保证了光伏充放电控制器的运行稳定性和安全性。显示单元可以及时进行报警，当蓄电池处于低压状态后便会发出提示，同时利用发光二极管通断状态的变化也能够显示出系统内不同组成部件的实际状态[5]。

综上所述，海上作业平台与陆地存在较大差异，蓄电池组所包含的组成结构有较大差异，例如蓄电池组中会分别有蓄电池并联以及串联的分布形式，这也使得其电压数值存在较多差异。利用该种设计方法能够有效满足供电系统的充放电需求，充分发挥可调电阻的应用优势。

结束语：

海洋拥有着无尽的可再生能源，通过对海洋进行大力开发也能够进一步提高，有利于缓解现阶段存在的能源枯竭问题，同时也能够为社会培育新的经济增长点，推动国家经济世界发展。在海洋长期作业活动中对于能源的使用量较大，为了保证能源的充足性，需要根据作业特点以及电力系统特征，对光伏充放电控制器进行优化设计，提升其使用稳定性和安全性。在设计过程中可以选择可调电阻，针对不同单元的可调电阻进行数值调整，能够解决充放电问题。在设计中增加了显示单元，能够让相关人员更加精准地了解控制器的运行情况，提高了电压观测质量，收集电压数据，及时采取合适的控制措施。在今后光伏充放电控制活动中需要引入高新科学信息技术，进一步提升控制器的自动化水平，满足长期海上作业需求，保证蓄电池组能够有序充放电。

参考文献：

[1]凌凯, 杨张鑫, 丁菊,等. 光伏无人机智能充电站内太阳能蓄电池组充放电控制的研究[J]. 南方农机, 2023, 54 (17): 144-148.

[2]杨露. 独立光伏发电系统中混合储能系统的优化配置策略[J]. 凯里学院学报, 2023, 41 (03): 13-21.

[3]周永强. 太阳能蓄电池充放电控制器的设计[J]. 电子测试, 2019, (22): 21-22.

[4]高晓芝, 高帆, 姜枫. 光伏直流微网系统的蓄电池新型充放电控制策略[J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31 (11): 75-80.

[5]姚绍辉, 张继宣, 茹光军. 太阳能光伏电站技术简析与EPC合同风险规避[J]. 工程建设与设计, 2018, (S1): 67-70.