独立光伏系统的应用及控制策略探讨

　　董宁铸1  王维俊1  姚磊2（1 解放军后勤工程学院营房管理与环境工程系，重庆，400016，2 解放军66362部队后勤部营房建设办公室，北京，101200）

　　摘要：本文分析了独立光伏系统在解决边防海岛部队供电难题和生态营区建设等方面的应用，讨论了独立光伏系统存在的主要问题，分析了能量控制策略的现状和蓄电池分组控制策略，给出了分组原则，研究了控制电路的结构和原理。实践证明，分组充放电对于提高供电可靠性，延长蓄电池寿命有一定的现实意义。

　　关键词：太阳能  生态营区  光伏系统  分组策略

一、引言

　　近年来随着环境污染的不断加剧，环保意识的不断提高，人们对能源和环境问题日益关注，新能源的开发和应用取得了飞速的发展，其中以太阳能在军地的应用最为广泛。太阳能发电在解决边远山区和边防海岛连队供电难题中发挥了很大的作用，尤其是在总部提出构建“生态营区”的要求以后，太阳能同样在部队“生态营区”建设中发挥了重要作用，主要以光伏发电系统和太阳能热水系统为主，包括太阳能景观灯、太阳能路灯、太阳能发电系统、太阳能热水器、太阳能海水淡化系统等，都取得了广泛的应用。

　　通过对光伏系统在部队应用的广泛调研，分析整理资料和建议，得到三点启示：一是光伏系统在部队的应用会越来越广泛，以解决偏远营区的供电为主，其他多种形式的应用发展迅速；二是独立光伏系统中的能量控制策略过于简单，没有根据系统的容量大小进行具体的设计，造成能量的利用效率较低，储能蓄电池容易失效，运行成本较高；三是实行储能系统的分组充放电，能够有效地提高供电可靠性。

　　本文将对独立光伏系统在军营中的应用进行研究分析，同时对系统的能量控制策略进行研究，提出一种分组充放电控制策略，为解决光伏系统应用中存在的问题，提供了很好的参考。

　　二、光伏系统在军营中的应用

　　随着科学技术水平的不断发展，现在战争对于后勤电力的保障提出了更高的要求，要求我们必须拓展多种供电渠道，研究多种供电保障方式，以满足各种复杂条件下的供电要求；同时由于社会生活水平的不断提高，官兵对于居住环境也有了更高的要求，环保、绿色的军营更能营造一种积极健康的生活形态，同时激发官兵爱岗敬业的意识，而太阳能作为一种绿色能源，正好满足了以上要求。太阳能作为一种清洁、环保、绿色能源，在部队建设中发挥着越来越重要的作用，通过对光伏系统的应用调研，光伏发电在部队主要的应用和意义有以下五个方面：

　　1．解决了边防和海岛连队的供电保障难题。我军很多驻扎在边防和海岛的连队，以及很多驻地远离大电网的部队营区，基本上都存在着供电保障难的问题。目前，其用电主要是通过自备的发电机（组）来解决。很显然，这一方案存在发电成本较高、噪音大、污染环境、燃料运输成本高等的不足。随着新能源技术的不断发展，改善这些部队平时和战时的供电条件，已经越来越重要，其中以独立光伏发电系统和小型风力发电系统应用最为广泛。建设一个小型的独立光伏电站不但可以解决供电问题，同时可以减少运输燃油的费用，降低对于燃油的依赖。

　　2．户外独立工作站点的供电。对于各种微波中继站、户外检测点和航海灯塔等户外独立工作设备，常常远离电网，电网的延伸供电困难重重，光伏系统能够很好的解决这类室外工作站点的电源供电问题。

　　3．在部队“生态营区”建设中应用广泛。部队营区的改造和建设都以生态营区、环保营区、绿色营区为目标，一般都会根据营区所在地的自然环境条件进行新能源项目的论证，主要包括太阳能路灯、太阳能景观灯、光伏发电系统、风力发电等，其中以太阳能景观灯的应用最广泛。

　　4．为探索后勤供电保障的新方法提供了思路。拓展各种供电渠道，研究多种供电方式，光伏发电系统为现阶段探索后勤供电保障的新方法提供了思路。例如综合应用薄膜太阳能电池和新型储能装置（超级电容），开发小容量的移动太阳能发电装置就具有重要的意义，而目前小型太阳能数码充电器已经在为手机、数码相机、笔记本充电中取得了一定的应用，成为户外数码产品辅助备用电源的首选。

　　5．为开发其他新能源系统提供了很好的参考。光伏发电系统的投建，对于其他多能源的开发和应用具有良好的参考作用，也可以不断地提高官兵的环境保护意识、节约资源意识。同时，对于开发和应用其他新能源系统，如风光互补系统，也可以提供很好的应用参考。

　　三、独立光伏系统的应用分析

　　1．独立光伏系统面临的主要问题

　　一个典型的独立光伏发电系统结构框图如图1，包括太阳能阵列、DC/DC变换器、控制器、蓄电池以及用于交流负载的逆变器，其中虚线所示为备选结构，有交流负载时选用。根据系统的电压设计要求，选择合适的DC/DC变换电路，同时能够跟踪最大功率点，实现负载匹配。光伏系统的核心部件在于控制器，主要作用有两点：一是防止蓄电池过充电和过放电，并对供电系统进行全面的监测、管理、控制和保护