探讨关于太阳能光伏发电（PV）系统的控制器选择

近年来使用非并网的电池以及太阳能光伏系统的趋势已经大大增加，将电池组与光伏阵列整合在一起可以让用户在晚上没有太阳的时候也可以利用太阳能。白天光伏阵列输出的电能（通常是在满足所有复杂需求后输出多余的电能）会给电池组充电。将电能储存在电池中可以在非发电时间为其他电力系统供电。带来的结果就是太阳能光伏系统越来越高效，使用太阳能光伏系统的商业或居民建筑也更加的环保。

对于电池光伏（PV）阵列的用户和操作人员来说，一个重要的决定就是关于选用哪种充电控制器，这会一直影响系统的操作方式以及回报率。正如其名称所示，充电控制器管理着电池组的充电，它的主要功能是在夜间光伏系统电压输出为零时防止电池中的电能回流到光伏阵列中，此外它在防止过度充电方面同样发挥着关键作用，过度充电常常会导致电池因产生的气体和过热而损坏。

目前有两种技术主导着太阳能光伏系统充电控制器市场：脉冲宽度调试（PWM）和最大功率点跟踪（MPPT），每种技术都有其独特的优点和缺点，使得它们或多或少的适合不同的应用，这与光伏阵列输出、成本和空间、效率以及环境温度等变量有着密切的关系。本篇博客后面的内容将会让用户和操作人员更好的理解这些变量如何影响控制器的选择，从而使得光伏系统（PV）的效率和寿命都最大化。

PWM和MPPT分别是如何工作的

虽然PWM和MPPT充电控制器具有管理电池充电同样的功能，但是它们的工作方式是截然不同的。

PWM控制器是连接太阳能阵列和电池板之间的开关，随着电池被逐渐充满，PWM控制器会逐渐减少提供的给电池的电量。该控制器支持电池板特定的条件和充电需求，此外还能够帮助降低电池循环并延长电池寿命，使得电池能够被完全的充满——很多太阳能技术人员称之为“浮充”。

MPPT控制器是一种更加复杂的直流-直流（DC/DC）转换器，它会调节蓄电池组的输入电压使得从太阳能板获得的电能最大化。这些控制器会将太阳能板的高压输出转换为完全充电所需的低电压来优化光伏（PV）阵列和电池组之间的连接。在使用MPPT技术的系统中，光伏面板产生的电能可以满足外部负载的电压要求，同时又可以对电池进行充电。

优点和缺点

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：

效率

虽然PWM控制器比“开/关”控制的方式（用于传统的光伏电池系统）要先进的多，但是与MPPT控制器相比其最大的缺点就是效率，PWM充电控制器不能够使用光伏（PV）阵列所产生的最大功率进行充电，它的整体效率通常在65-85%之间，另一方面MPPT控制器会确保太阳能阵列始终处于最佳运行状态。在某些情况下，比如天气较冷的时候MPPT方式提供的充电效率要比PWM方式高出30%。

光伏（PV）阵列的尺寸和输出

光伏阵列的整体尺寸和输出对于控制器技术的选择有着最重要的影响。一般来说PWM充电控制器是一种低成本的解决方案，适用于小型系统，太阳能充电单元的温度范围在45-75℃。另一方面MPPT控制器对于大型系统（150-200W）来说是一个更好的选择，其更高的效率意味着更可观的经济效益。此外，MPPT控制器支持用户从光伏（PV）阵列获得最大的功率，当有额外的电力需求且场地有限不能对光伏阵列尺寸进行扩大时，这种情形下MPPT控制器具有明显的优势。

成本

在最初发展阶段MPPT控制器要比PWM控制器要昂贵一些，然而MPPT控制器具有更高的充电效率、尤其是在寒冷的气候条件下，成本往往会随着时间的发展而降低。MPPT控制器还支持将更多的光伏（PV）板有线串联在一起，这也是其一大优势。在这种情况下，连接电缆的横截面积可以大大减小，从而使得系统总体成本相应的降低。

总结：其他需要考虑的条件

对于光伏（PV）电池充电板的用户和运营者来讲知道在面对某些特殊系统需求和特性时要采用哪种充电控制器这一点非常的重要。例如一个系统中太阳能输入额定电压高于电池组标称电压时，MPPT控制器是必需的，同样系统中包含超过35V的高电压“电网连接”面板时也要选用MPPT充电控制器。

然而总的来讲，没有哪一种技术是最好的，因此对于用户来说应该向制造商和光伏（PV）系统安装人员及时咨询是非常重要的，确保选择正确的控制器满足系统相关特定条件的需要。