太阳能光伏电源系统用控制器检验方法

太阳能光伏电源系统用控制器检验方法1、概述太阳能光伏电源系统用控制器主要用于在太阳能光伏电源系统起自动防止太阳能光伏电源系统的贮能蓄电池组过充电和过放电，以及承受逆变器和其他设备内部短路保护的作用。2、本检验方法依据GB/T19064-2003 家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法。3、主要测试仪器和试验设备3． 1．数字多用表：电压、电流测量精度优于 0.5%。参考型号： HP公司的 3457A 和 34401A 。3． 2．高低温试验箱：温度精度优于± 2℃参考型号：田叶井公司的 MC-71 。3． 2．高低温潮热试验箱：温度精度优于± 2℃，相对湿度精度优于± 3% 。参考型号：田叶井公司的 PL-3G 。3． 3．振动台：一般普通的正弦振动台都能达到要求。参考型号：日本振研的 CV-300 电磁振动台。4．试验方法：4． 1设备外观与文件资料4． 1． 1设备外观目测设备外观及主要零、部件是否有损坏，是否有受潮现象，元器件是否有松动与丢失。机壳表面镀层是否牢固，漆面应匀称，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。各种开关是否便于操作，灵活可靠。4． 1． 2商标检查目测设备的标签内容是否做到所有标牌、标记、文字符合要求，功能是否显示清晰、正确，是否标明蓄电池和负载的连接点和极性。4． 1． 3 文件资料检查设备的文件资料是否符合技术要求中的规定。4． 2控制器调节点的设置4． 2． 1根据产品规定的指标范围，检查在其电压范围内工作点是否已经根据蓄电池的特性及地区环境设置好。4． 2． 2 由于不同荷电状态的蓄电池可以有不同的充电模式，应检查其是否有不同的充电模式。4． 2． 3检查其是否具有温度补偿功能。4． 3．充满断开（ HVD ）和恢复功能型控制器（即开关型控制器）开关型控制器具有输入充满断开和恢复连接的功能。对于接通 /断开式控制器，设计标准值为 12V的蓄电池，其充满断开和恢复连接的电压参考值如下：4． 3． 1 起动型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 15.0~15.2V ，恢复 13.7V 。4． 3． 2固定型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 14.8~15.0V ，恢复 13.5V 。4． 3． 3密封型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 14.1~14.5V ，恢复 13.2V 。测试电路如图 1。将直流电源接到蓄电池的输入端子上，模似蓄电池的电压。用电压表监测直流电源的电压，调节直流电源的电压使其达到充满断开 HVD 点（ V1-2 ），控制器应当能断开充电回路；降低电压到恢复充电点，控制器应能重新接通充电回路。4． 4．脉宽调制型控制器脉宽调制型控制器与开关型控制器的主要差别在充电回路没有特定的恢复点。对于标准值为 12V 的蓄电池，其充满电压的参考值如下：4． 4． 1 起动型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 15.0~15.2V 。4． 4． 2固定型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 14.8~15.0V 。4． 4． 3密封型铅酸蓄电池：充满断开 HVD ： 14.1~14.5V 。测试电路如图 2。用直流稳压电源代替太阳能电池方阵通过控制器给蓄电池充电。当蓄电池电压接近充满点时，充电电流逐渐变小；当蓄电池电压达到充满值时，充电电流应接近于 0。当蓄电池电压由充满点向下降时，充电电流应当逐渐增大。4． 5．温度补偿将温度传感器放入恒温箱，充满断开（ HVD ）点随温度的变化而有所改变，可以画出一条曲线，其斜率应符合温度系数每节电池 -3~7mV/ ℃ 的要求。4． 6．欠压断开（ LVD ）和恢复功能当蓄电池的电压降到过放点（ 1.80± 0.5 ） V/只时控制器应能自动切断负载；当蓄电池电压回升到充电恢复点（ 2.2~2.25） V/只时，控制器应能自动或手动恢复对负载的供电。测试电路如图 3。将直流稳压电源接到蓄电池的输入端，模似蓄电池的电压。将可变电阻接到负载端，模似负载。将放电回路的电流调到额定值，然后将直流电源的电压调至欠压断开 LVD 点，控制器应能自动断开负载；将电压回调至恢复点，控制器应能再次接通负载。如果是带欠压锁定功能的控制器，当直流输入电压达到欠压恢复点之上，控制器复位后应能接通负载。设定标称值为 12V 的蓄电池，其欠压断开 (LVD) 和恢复电压的参考值如下：a) 欠压断开 LVD ： 11.1 ～ 11.4V ；b) 自动或手动恢复： 13.2 ～ 13.5V 。4． 7．空载损耗（静态电流）测试电路如图 4。断开 PV输入和负载输出，直流电源接在控制器的蓄电池的输入端，当发光二极管（ LED ）不工作时，用电流表测量控制器的输入电流，其值应不超过其额定充电电流的 1%。4． 8．控制器充、放电回路压降4． 8． 1调节控制器充电回路电流至额定值，用电压表测量控制器充电回路的电压降，其值应不超过系统额定电压的 5%。4． 8． 2调节控制器放电回路电流至额定值，用电压表测量控制器充电回路的电压降，其值应不超过系统额定电压的 5%。4． 9．耐振动性在频率为 10Hz~55Hz 、振幅为 0.35mm 、三轴向各振动 30min 后，通电检查设备应能正常工作。4． 10．保护功能4． 10． 1负载短路保护检查控制器的输出回路是否有短路保护电路。控制器应能够承受任何负载短路的电路保护。4． 10． 2内部短路保护检查控制器的输入回路是否有短路保护电路。控制器应能够承受内部短路的电路保护。4． 10． 3反向放电保护测试电路如图 5。将电流表加在太阳能电池组件的正、负端子之间（相当于将太阳能电池组件端短路），调节接在蓄电池输入端的直流稳压电源电压，检查有无电流通过。如果没有电流，说明反向放电保护正常。4． 10． 4极性反接保护将控制器的输入端正负极反接到直流稳压电源的输出端，检查控制器或直流稳压电源是否损坏。如果没有损坏，说明极性反接保护正常。4． 10． 5雷击保护目测避雷器的类型和额定值是否能确保吸收预期的冲击能量。控制器应能够承受在多雷区由于雷击引起的击穿的电路保护。4． 11．耐冲击电压将直流稳压电源加到控制器的太阳能电池输入端，施加 1.25 倍的标称电压并持续 1h 后，通电检查控制器应不损坏。4． 12．耐冲击电流将直流稳压电源接在控制器的充电输入端，可变电阻接在蓄电池端，调节可变电阻使充电回路电流达到标称电流的 1.25倍并持续 1h 后，通电检查控制器应不损坏。4． 13．环境试验4． 13． 1低温贮存试验试验方法按 GB/T2423.1-2001 中“试验 A ”进行。产品无包装、不通电、不含蓄电池。试验温度为（ -25± 3）℃，试验持续时间为 16h，在标准大气条件下恢复 2h 后 , 控制器应能正常工作。4． 13． 2低温工作试验试验方法按 GB/T2423.1-2001 中“试验 A”进行。产品无包装。试验温度为（ -5± 3）℃，通电加额定负载并保持 2h，在标准大气条件下恢复 2h 后 , 控制器应能正常工作。4． 13． 3高温贮存试验试验方法按 GB/T2423.2-2001 中“试验 B”进行。产品无包装、不通电。试验温度为（ 70 ± 2 ）℃，试验持续时间为 2h，在标准大气条件下恢复 2h 后 , 控制器应能正常工作。4． 13． 4高温工作试验试验方法按 GB/T2423.2-2001 中“试验 B”进行。产品无包装。试验温度为（ 40± 2）℃，通电加额定负载并保持 2h，在标准大气条件下恢复 2h 后 , 控制器应能正常工作。4． 13． 5恒定湿热试验试验方法按 GB/T2423.9-2001 中“试验 Cb”进行。产品无包装、不通电。试验温度为（ 40 ± 2 ）℃，相对湿度为（ 93± 3） %，试验持续时间为 48h，试验后取出样品在正常环境下恢复 2h 后，控制器应能正常工作。家用太阳能光伏电源系统 -控制器、逆变器的技术要求与质量一、 GB/T 19064-2003 中控制器、逆变器技术条件编制说明◆标准项目的起源1998 年由国家经贸委与世界银行合作开展的全球环境（ GEF） / 世界银行中国可在生能源商业化发展促进项目—光伏市场开发子项；◆计划：在我国西部地区推广 10 兆峰瓦太阳能户用光伏电源系统（约 30～ 50 万套）◆ 目的：促进光伏及风 - 光互补发电系统潜在市场的开发，为进一步商业化发展奠定基础 。为保证项目实施的技术水平与质量，国家经贸委可在生能源项目办按世行全球环境基金组织的要求，组织中外专家并经科研、生产及检测等单位的调研和征求意见， 1999 年5 月制订出“太阳能户用光伏电源系统和风 -光互补发电系统的技术条件” 。◆依据： 技术条件中的控制器、 逆变器指标要求，是依据世行专家提供的产品技术要求及其他国家标准而编制的 。二、 GB/T 19064-2003 中控制器的主要技术要求与实际检验中的质量1. 充满断开（ HVD）和恢复功能◆要求控制器具有输入充满断开和恢复接连功能 。◆标准设计的蓄电池值为： 12V；则充满断开和恢复连接电压参考值：起动型铅酸电池充满断开为： 15.0 ～ 15.2V ； 恢复连接为： 13.7V 。固定型铅酸电池充满断开为： 14.8 ～ 15.0V ； 恢复连接为： 13.7V 。密封型铅酸电池充满断开为： 14.1 ～ 14.5V ； 恢复连接为： 13.2V 。注：脉宽调制和开关型的控制器主要在充电回路设计、采用的技术与其不同，故本标准中就没有特定连接恢复值要求 。◆标准指标不足点及存在问题：⑴充满断开和恢复连接都应该有一定的电压宽度，则恢复连接只规定一点，这会给电路设计、生产带来一定的难度；⑵被检产品指标与标准有一定的偏差，其原因由二个方面：a. 用来做基准电压的器件造成和电压比较器存在不稳定或有较大的温度漂移 。 就会造成在不同的时间或不同环境温度下测量充满断开电压和恢复充电电压值时存在较大的差异 。b 产品出厂检验时所用的电压表没有经过定期计量，则有一定的误差，从而导致出厂前参数设定值也存在着相应的误差 。2. 温度补偿◆ 考虑环境及电池的工作温度特性，控制器应具备温度补偿功能：-- 由于电池在充电过程中，再化合反应产生大量热不易散出，就会导致电池温升过高，电解液干涸，造成电池的热失控 。-- 温度补偿功能主要是在不同的工作环境温度下，能够对蓄电池设置更为合理的充电电压，防止过充电或欠充电状态而造成电池充放电容量过早下降甚至过早报废 。◆ 在标准中规定了温度系数在 -3 ～ 7mV/℃ 。◆ 产品实际检测情况：目前送检的控制器大部分不具备此功能，无此功能的主要原因：a. 电路设计稍加复杂；b. 生产成本略有提高 。◆ 补偿值的具体设定应根据蓄电池生产厂商提供的参数来确定；补偿值的设置是否合理是关系电池使用时间长短的重要因数 。3. 空载损耗（静态电流）◆为了降低控制器的损耗，提高光伏电源的转换效率，控制器的静态电流应尽量低 。◆在标准中规定了控制器最大自身耗电不应超过其额定充电电流的 1%。◆产品实际检测情况：静态电流超出标准要求主要出现在 30w/12V 以下的光伏控制器，造成此问题主要原因有以下二方面：a. 电路设计存在一定问题 , 尤其是在使用继电器的电路中 , 应避免控制器空载时继电器处于驱动吸合状态 ,否则继电器的驱动线圈将会消耗十几毫安甚至几十毫安的空载电流 。 设计时考虑：⑴ 驱动电流较大的控制元件与电路工作之间的落辑关系；⑵ 各部分电路的偏置电流调节到能保证电路正常工作时最小值 。b. 电路中控制元器件的选择与采购：尽量选择驱动电流小的控制元件，如：电压驱动型的功率器件及 CMOS电路等，并注意这些元件的质量 。4、充、放电回路压降◆为了降低控制器的损耗，还应对控制器充电或放电的电压降提出要求 。◆在标准中规定了控制器充电或放电的电压降不应超过系统额定电压的 5%。◆产品实际检测情况：控制器的充放电回路压降过大，主要问题出现在额定电流较大的光伏控制器，其原因有以下二方面：a. 充放电回路中反向隔离器件的选择不合理，充放电电流较大时，应尽量选用正向压降小的肖特基二极管做充电回路中的反向隔离保护 。b. 电路板焊装工艺存在一定问题：⑴通过大电流的导线截面积不够；⑵电路板铜铂线条较窄；⑶大电流焊接点存在不同程度虚焊现象；⑷蓄电池放电回路中的保险管 （如选用劣质管就产生较大压降、 卡座与电路板焊接不良同样产生较大压降） 。三、 GB/T 19064-2003 中逆变器的主要技术要求与实际检验中的质量1. 输出频率◆逆变器的输出频率应具有稳定性 。◆本标准中规定的输出频率应在 49Hz到 51Hz 之间 。◆产品实际检测情况：实际检测中发现， 有的直流 / 交流逆变器输出频率漂移比较大， 开机时输出频率在 50Hz 左右， 工作一段时间或环境温度变化以后，输出频率上升到 57 Hz ，甚至 60 Hz 以上， 主要原因：a. 选用的元器件参数离散性较大；b. 选用的元器件参数温度漂移较大 。c. 缺乏稳频措施等原因造成的 。2、带载能力◆要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续工作一定的时间 。◆标准规定如下：（ 1）输入电压与输出功率为额定值，逆变器应连续可靠工作 4h 以上 。（ 2）输入电压与输出功率为额定值的 125%，逆变器应连续可靠工作 1min 以上 。（ 3）输入电压与输出功率为额定值的 150%，逆变器应连续可靠工作 10s 以上 。◆产品实际检测情况：500～ 1000VA的逆变器达不到标准和产品说明书要求，影响了光伏电源系统实际运行的可靠性，缩短了产品的寿命 。其主要原因 : -- 设计功率余量不足 。3、效率◆为了提高能源的利用率，逆变器的效率应达到一定的要求 。◆标准中规定了逆变器的输出功率大于等于额定功率的 75%时，效率应大于等于 80%。◆产品实际检测情况：目前小容量的产品（ 300VA）的效率都不高，长期工作损耗大、易过热，达到温度保护点就会自动关机，降低了系统的可靠性 。其原因：设计功率没有充分的余量 。*目前小容量的逆变器大部分都是方波输出，则输出电压值偏差较大：-- 由于生产企业对交流电压有效值和真有效值没有加以区分，-- 或用有效值电压表测量逆变器的方拨波电压导放输出电压的值的较大偏差 。4、标准中的不足点◆标准中缺少对控制器和逆变器一体化的要求，这对一体化的产品测试造成一定难度，因为控制器和逆变器一体化后，原控制器的输出指标和逆变器的输入指标均无法测试到 。◆对于村镇用光伏电源系统，蓄电池组是系统的重要组成部分，也是薄弱环节，但目前控制器对蓄电池组的管理功能不强，标准中亦未做相应规定，这就很难保证电池的安全可靠的使用 。 系统中电池数量较大，一旦有一、两只电池出现故障就会影响整组电池，所以应对组中的每只电池进行监测