第十四章：了解你的太阳能电池充电控制器

没有使用充电控制器的太阳能光伏系统

我们可以直接从太阳能光伏电池板为您的蓄电池充电。只要太阳能电池板产生的功率大于电池，它就会有一个净能量流向你的蓄电池充电。最后电池仍然充电。但是，如果没有充电控制器，您将无法获得完整高效的系统。

如果将太阳能光伏电池板直接连接到蓄电池上，则存在以下问题。

典型的太阳能电池板在阳光下输出16伏至18伏（有些可以在最大功率下进入> 20伏），取决于太阳能电池板的辐照度和温度，电压可以在一天中变化很大。电池（通常使用12伏）具有有限的有效充电电压，通常为12-14伏。由于额外的电压流入电池，实际上会通过过电压和过度充电对蓄电池造成更大的损坏，并且会缩短蓄电池的使用寿命。
没有充电控制器作为太阳能光伏电池板和电池之间的中间人，在低辐射或夜间，电池电量可能会泄漏回太阳能光伏电池板，从而导致能量损失。
如果没有充电控制器，则连接负载的电池充电状态不受监控，因此存在长期使电池完全放电的危险。充电控制器通常会自动关闭负载的电源，以防止进一步放电低电量状态（低电压）的蓄电池。

您仍然可以直接从太阳能光伏电池板上给蓄电池充电，而不需要充电控制器，但是您无法充分发挥系统的潜力，但仍有过度充电和损坏蓄电池的风险。

太阳能充电控制器

因此，太阳能充电控制器具有控制蓄电池充电，防止过度充电和延长蓄电池寿命的功能。充电控制器可以检测电池的状态，并在蓄电池电量不足时决定充电，如果蓄电池电量已满，就会停止充电，并在蓄电池电压非常低且有完全放电风险时停止负载使用蓄电池电量。浮充等其他功能可以使蓄电池保持始终处于满充电阶段。

充电控制器将决定充电阶段，从而为蓄电池提供准确的电压和电流。这可以防止可能会损坏蓄电池的过度充电。

从蓄电池的电压，充电控制器可以决定蓄电池的充电阶段，并提供相应的电压和电流来为蓄电池充电。当使用充电控制器和可充电蓄电池，AGM蓄电池和密封铅酸蓄电池时，充电控制器通常可以决定充电的三个阶段之一 – 散装阶段（恒定电流），吸收阶段（恒定电压）和浮动阶段（涓流充电）。

第一阶段主要为电池充电，直到蓄电池电压达到14.4V，这相当于接近80％的充电的蓄电池。另一种称为高速充电的类型是在充电电池充电的初始阶段输送高电流来快速充电。

一旦达到80％以上的充电状态，充电将放慢以防止蓄电池过热和损坏。电压恒定时电流缓慢下降。一旦电池接近100％充电，它将进入浮动阶段，在该阶段，恒定电流和大约13.8V的电压将蓄电池安全地保持在100％充电（因为蓄电池可以随着时间自然放电）。

两种最常见的充电控制器类型是PWM（脉宽调制）和MPPT（最大功率点跟踪）。这两种太阳能充电控制器的不同之处在于处理来自太阳能电池板的电力输入。

使用太阳能光伏与PWM充电控制器

PWM比MPPT充电控制器便宜。构建起来非常简单，易于批量生产，并且从根本上具有开关能力的充电控制器。与电机速度控制器中使用的PWM以及计算机和移动设备中的开关电源类似，该概念使用非常高频率控制的开关，通过可变定时创建可变的开关脉冲。其功能是降低从输入到输出的电压和功率。

在PWM（脉宽调制）充电控制器中，充电器的主要目的是确保电压对蓄电池充电是安全的，因此从面板输出的较高电压通常会被浪费。

如果电源输入相当稳定，PWM具有非常高的效率。然而，太阳能电池板不会产生稳定的输出，它们根据日光条件和面板温度而变化。

主要关注的是太阳能电池板 – 电池不匹配。 12V标称系统在17-19V的太阳能光伏电池板电压下工作效果最好（考虑其他因素导致电压在电能传送过程下降，包括热量和电线阻抗）。远远超越的电压将不太有用。

在非常低的辐照度（厚云，下雨，黄昏，黎明和夜间）和非常高的面板温度下（高温太阳能光伏板在夏季炎热的阳光下会降低电压），电压将低于电池的标称充电电压。 PWM将停止对电池充电并丢失潜在的充电机会。

此外，在PWM系统中，不能有太多的串联面板（因为串联的面板会产生高电压，这很难通过PWM与电池相匹配），并且您需要使用昂贵的大规格线或面板来缩短电池距离由于处理更大的安培数以传送相同的能量。

PWM充电控制器可以处理与电池电压（例如〜12V）相似的太阳能光伏电池板电压（例如〜12-21V），因此它通常用于较小的太阳能光伏系统中，最适合并联配置的面板。然而，MPPT充电控制器可以处理更高的太阳能电池板电压（高达150V – 600V），因此可以支持串行配置中的多个面板。

因此出现了更先进的MPPT太阳能充电控制器。这是一个更加昂贵，庞大而复杂的充电控制器，可以根据您的项目需求轻松扩展。

使用太阳能光伏和MPPT充电控制器

最大功率点跟踪（MPPT- Maximum Power Point Tracking）充电控制器是一个带有集成电路微控制器“大脑”的充电控制器，配以高频高效DC-DC转换器。微控制器从太阳能光伏电池板和蓄电池获取实时电压（通过电子追踪），然后使用算法找出太阳能光伏电池板可用于匹配和为蓄电池充电的最佳功率。

它涉及将太阳能光伏电池板产生的直流电转换为20-80kHz左右的高频交流电，然后将其转换为与电池相匹配的不同直流电压。大多数现代MPPT的转换效率都在93-97％左右。

关于最大功率跟踪器如何工作的基本概念，针对最大功率点，并相应地转换电压和电流以防止功率损耗过大。

如果来自太阳能光伏电池板的接收电压很高，则可以将其转换为较低电压与较高电流，并以蓄电池相匹配。如果太阳能光伏电池板的输出电压低于蓄电池电压，它可以转换为较低的电流与较高的电压，为蓄电池充电。因此，即使在低日照或冬季，您仍然可以使用太阳能光伏系统，仍然可以为蓄电池充电。

使用MPPT，您可以轻松扩展您的太阳能光伏电池板阵列，将它们串联以产生高电压（通常MMPT可以支持高达150V的直流电，或者一些高达600V的直流电）以及低电流输出，从而减少电流损失散热（更高的安培将因传输过程中的能量损失而导致效率降低）。如果安培数较少，则可以将面板放置远离电池。但在操作此类系统时要格外小心，因为如果处理不当，高电压可能会导致触电危险。

要决定MPPT还是PWM，最重要的还是成本。 MPPT比PWM充电控制器贵3-5倍。如果您使用MPPT充电控制器代替PWM，通常冬季功率增益为20至45％，夏季为10-15％。

如果您希望从面板中获得最高的电源效率，MPPT是一个不错的选择。在不利的低日照条件下，例如冬天和云层充足的地方，它会从面板上挤出最后一盎司的电力。

如果你想简单的太阳能系统为简单的花园灯系统，PWM可能足以满足你的需求。

随着太阳能光伏电池成本的下降，有时增加太阳能光伏板的尺寸或数量（如果空间不是问题）将会比投资昂贵的MPPT充电控制器来的便宜。

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