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太阳能充电控制器 MPPT 零度以下低温条件下的过压 Fry、Voc 温度系数数学和 BMS 低温充电锁定

紧急电话号码因国家/地区而异. 此页面使用 911,这是美国和加拿大的号码。许多其他国家/地区使用 112、999 或其他号码。 查找您所在国家/地区的电话号码.

在一个晶莹剔透、零度以下的冬日早晨,走进您的离网小屋、太阳能棚、露营车或小房子 07:30 闻到电子设备烧焦的刺鼻气味,看到死屏或"Error #20 / PV Over-Voltage" 在您的 最大功率点跟踪 (MPPT) 太阳能充电控制器 (Victron SmartSolar, Renogy Rover, MidNite Classic, Epever, OutBack FM80, or EG4/Sol-Ark hybrid inverter),然后找到你的 LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) 电池组锁定于 0 Amps 充电中断是离网电力中最具破坏性和最容易被误解的冬季紧急情况之一。两个独立的物理定律在寒冷的冬日早晨发生碰撞: (1) 与几乎所有其他电气设备不同,硅光伏(PV)太阳能电池板在变冷时会产生显着的更高电压(rising by 0.30% to 0.40% for every 1°C drop below 25°C / 77°F), 和 (2) 磷酸铁锂 (LiFePO4)如果充电低于以下,电池单元会发生不可逆的金属锂镀层 0°C (32°F),迫使他们的内部电池管理系统(BMS)以快速打开充电 MOSFET(Low-Temperature Charge Protection - LTCP)。

当这两个事件在日出时同时发生时 -25°C (-13°F) 早上,你的冰冻 LiFePO4 电池 BMS 阻止所有电流(holding the solar array at 100% Open-Circuit Voltage - Voc 零负载拉低电压),而零度以下的寒冷加上雪反照率反射驱动安全测量的太阳能串 136 Volts 七月直达163 Volts,瞬间冲破 150V MPPT 控制器的硅 MOSFET 上限并使控制器在烟雾中短路。如果电压过高的太阳能控制器、逆变器或锂电池组正在冒烟、电弧或着火,请立即撤离并拨打当地的紧急电话号码(911 在美国和加拿大, 112 整个欧盟, 999 在英国, 000 在澳大利亚)或咨询 紧急号码。有关电力和冬季离网紧急情况的信息,请参阅 离网逆变器过载、充电控制器烧毁、12V/24V/48V电池组短路, 离网太阳能、水和废物故障, 和 电气火灾。

现在就这样做

  1. 如果您的太阳能充电控制器显示过压警报(e.g., Victron Error #19 / #20 / #24, Epever E08, Renogy E08),在寒冷的早晨快速点击或闻到热气:在接触任何未评级的断路器或 MC4 连接器之前,在每个系列串的一个面板上盖上一块深色防水布或毯子。
  2. 切勿拔掉屋顶电源插头 MC4 太阳能连接器或在明亮的阳光照射到面板并且电流流动时打开廉价的非极性直流断路器(or if the MPPT input FETs have shorted together). 直流 (DC)太阳能串在 100V to 500V DC 具有零交流零交叉点;拉一个 MC4 在负载下插头分开绘制出连续的3,000°C (5,400°F) 等离子弧会熔化您戴着手套的手中的塑料连接器并使屋顶椽子着火。
  3. 如何在 30 秒内安全地消除阵列电压: 如果您有正确额定值、极化的 IMO / MidNite 太阳能两极光伏旋转隔离器或高压光伏断路器,请将其卡入 OFF。如果您怀疑您的控制器内部短路或者您只有裸露的 MC4 插头,将一块厚重的不透明防水布、移动毯子或一块纸板平放在系列串中的一个面板上(或等到黄昏);遮蔽一个面板会将串电流降至接近于零,这样您就可以安全地断开光伏断路器并重新连接阵列。
  4. 测试您的 MPPT 充电控制器是否仅仅处于 "Non-Destructive Over-Voltage Lockout" 或者如果内部 PV 输入 MOSFET 是 "Blown Short-Circuit".
  5. 一旦光伏阵列与控制器输入断开(PV+ 和 PV-),将数字万用表设置为直流电压(V===) 并测量来自屋顶的开放式太阳能电线:如果读数高于控制器的硬质天花板(e.g., > 100V on a Victron 100/50, > 150V on a 150/35, or > 250V on a 250/100),寒冷的天气将你的阵列推向悬崖。
  6. 接下来,将万用表切换到连续性/电阻(Ohms Ω) 并跨断开连接进行测量 PV+ 和 PV- MPPT 控制器本身上的螺丝端子:如果仪表发出蜂鸣声 0.0 to 2.0 Ohms (dead short)或 PV 终端显示电池电压从太阳能端口反向输出,内部输入保护 MOSFET/TVS 二极管自行牺牲,必须更换控制器。
  7. 立即通过重新连接面板,将阵列电压在 15 分钟内降低 50% All-Series (4S or 3S) 进入 Series-Parallel (2S2P) (或绕过字符串中的 1 个面板)。
  8. 您不需要需要购买新的更高电压的充电控制器即可立即恢复您的机舱电力。只需走到太阳能电池阵列处(使用光伏断路器 OFF 和一块面板盖上防水布),拔掉电源插头 MC4 串联连接 4 个面板的跳线(4S = 4 x Voc),并将它们重新连接为 2 个串联面板的 2 个并联串 (2S2P = 2 x Voc, 2 x Amps),或者干脆拔掉 1 个面板(dropping 4S down to 3S)。切割一个 4S 字符串到 3S 或 2S2P 立即将零下电压降低 25% 至 50%,使您的控制器立即回到安全操作窗口,同时提供完全相同的功率(Volts x Amps = Watts)。
  9. 如果您的 LiFePO4 锂电池处于 0 AMPS 收费因为 0°C (32°F) BMS LOW-TEMPERATURE LOCKOUT:加热上面的电池芯 +5°C (41°F) 在允许任何太阳能或发电机充电之前。
  10. 切勿尝试“欺骗”或绕过冻结的 LiFePO4 BMS强制充电如下 0°C (32°F)给冷冻磷酸铁锂电池充电会导致石墨阳极上出现树枝状金属锂镀层,从而永久破坏容量并造成内部短路火灾危险。
  11. 请注意,虽然您无法充电 LiFePO4 电池在下面 0°C (32°F),BMS 仍然允许您放电(draw power out of) 电池电量降至 -20°C (-4°F)。使用剩余的电池放电电量(或 XPS 泡沫冷却箱内的小型绝缘热水瓶/12V 硅胶加热垫)来加热上方的电池 +5°C (41°F),此时 BMS 自动关闭其充电继电器并再次接受全太阳能电流。

为什么在断开太阳能电池板之前切勿先断开实时 MPPT 控制器的电池线

每个离网电工都记住太阳能开关的黄金顺序: * 关闭: (1) 关闭太阳能 (PV) 首先断开 -> (2) 第二次关闭电池断开连接。 * 通电: (1) 首先打开电池断开 -> (2) 打开太阳能 (PV) 断开第二次连接。 为什么? MPPT 充电控制器依靠电池连接来自动检测系统电压(12V / 24V / 48V)并从其内部降压转换器电感吸收能量。如果您在 140 伏冰冷的冬日阳光仍然照射到电池时断开电池 PV 端子上,电感器电压在控制器内部不受控制地出现尖峰,烧毁逻辑板并将不受调节的电压尖峰直接发送到您的 12V/24V/48V 机舱电器和逆变器中。

决策树:诊断冬季早晨离网太阳能断电

flowchart TD
    A["阳光明媚的零度冬日早晨:零太阳能充电瓦数进入电池组"] --> B{"检查 MPPT 充电控制器屏幕/蓝牙应用程序和气味是否有烧焦的电子产品"}
    B -->|"1. 控制器显示“PV 过压”或屏幕死机/烧焦的气味"| C["寒冷天气 Voc 过压事件:在零度以下的寒冷条件下,硅电池板电压上升 15% 至 25%,超过 MPPT 最大 PV 输入限制(例如 100V、150V 或 250V)"]
    C --> D["用深色防水布覆盖 1 个面板 -> 关闭 PV 隔离器 -> 测量 PV 开路电压并检查 MPPT PV+/PV- 端子是否完全短路"]
    D --> E["立即现场修复:将面板从 4S 重新接线到 3S 或 2S2P,以将串 Voc 降低 25%-50%(如果输入 MOSFET 短路,则更换 MPPT)"]
    B -->|"2. 当电池温度低于 0°C (32°F) 时,MPPT 显示正常 PV 电压(例如 85V)和“批量/浮动”或“0.0A”"| F["LiFePO4 BMS 低温充电保护 (LTCP) 锁定:电池内部温度传感器 < 0°C (32°F),阻止所有入站充电电流"]
    F --> G["请勿强制充电:将电池放入带有 12V 加热垫或密封温水瓶的绝缘 50 毫米 XPS 泡沫盒中,直至核心温度 > +5°C (41°F)"]
    B -->|"3. PV 电压 = 0V 并且电池 BMS 完全失效(端子处 0.0V)"| H["BMS 欠压睡眠锁定:电池过夜耗尽 -> BMS 打开放电 FET -> MPPT 断电"]
    H --> I["关闭 PV 断路器 -> 使用 12V/24V/48V 台式电源、汽车跳线组或端子间的 9V 电池进行跨接启动/唤醒 BMS -> 打开电池 -> 打开 PV"]

物理和数学:为什么太阳能电池板的电压会在零度以下的冬季早晨出现峰值

曾经制造的每块太阳能电池板的背面都印有两个数字标准测试条件(STC,测试于 25°C / 77°F 细胞温度) 控制冬季生存的规格贴纸:

  1. Voc (Open-Circuit Voltage 在 25°C / 77°F): 当零电流流动时面板产生的最大电压(e.g., 37.5V, 41.2V, 或 49.5V)。
  2. Temperature Coefficient of Voc (β_Voc): 表示为-%/°C(通常-0.28%/°C 到 -0.35%/°C 对于单晶硅面板)或 -mV/°C。因为系数 (-0.34%/°C)和温度降至以下 25°C (e.g., -25°C - 25°C = -50°C)是负数,将它们相乘会产生大量的正电压增加。
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     NEC ARTICLE 690.7 COLD-WEATHER SOLAR OPEN-CIRCUIT VOLTAGE (Voc) FORMULA
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   Cold_Voc = String_Voc_STC x [ 1 + ( (25°C - Record_Low_Temp_°C) x |Temp_Coeff_%| ) ]

   REAL-WORLD EXAMPLE THAT FRIES A 150V CHARGE CONTROLLER (e.g., Victron 150/35):
   * Setup: Four 400W panels wired in series (4S). Each panel has Voc = 37.0V at 25°C
     and a Temperature Coefficient of Voc = -0.34% / °C.
   * Summer Voltage at 25°C (77°F):
       4 panels x 37.0V = 148.0V  --> (Under 150V limit; works fine all summer)
   * Winter Morning at -25°C (-13°F) [A 50°C drop below 25°C STC]:
       Voltage Gain = 50°C drop x 0.34%/°C = +17.0% Voltage Increase
       Cold_Voc = 148.0V x 1.17 = 173.16 VOLTS DC
   * RESULT: At 07:30 AM on a -25°C morning, 173.2V hits a 150V-rated MPPT controller,
     exceeding the absolute 150V MOSFET breakdown rating by 23.2 Volts and frying it.
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快速参考 NEC 690.7 寒冷天气 Voc 乘数表(和最大安全夏季字符串 Voc)

根据美国国家电气规范(NEC Table 690.7(A)), 加拿大电气规范 (CEC Section 64) 和 IEC 62548,如果您面前没有面板的精确温度系数表,请将总字符串相乘 Voc (at 25°C) 通过下面的强制冷温度修正系数,或者简单地确保您的额定值 25°C 字符串 Voc 永远不会超过“最大安全 25°C 字符串 Voc“ 列 代表您的控制器尺寸:

冬季环境温度创历史新低 温度降至以下 25°C (77°F) 标准技术委员会 NEC 690.7 冷 Voc 乘数(0.35%/°C) 最大安全 25°C 字符串 Voc 为了一个100V 最大功率点跟踪 最大安全 25°C 字符串 Voc 为了一个150V 最大功率点跟踪 最大安全 25°C 字符串 Voc 为了一个250V 最大功率点跟踪 最大安全 25°C 字符串 Voc 为了一个450V 最大功率点跟踪
+10°C 到 +5°C (50°F to 41°F) (温和沿海) 15°C to 20°C 掉落 x 1.06(+6%) 94.0 V 141.0 V 235.0 V 424.0 V
0°C 到 -4°C (32°F to 24°F) (轻度冻结) 25°C to 29°C 掉落 x 1.10(+10%) 90.9 V 136.0 V 227.0 V 409.0 V
-5°C 到 -9°C (23°F to 16°F) (中度冻结) 30°C to 34°C 掉落 x 1.12(+12%) 89.2 V 133.9 V 223.2 V 401.7 V
-10°C 到 -14°C (14°F to 7°F) (寒冷的冬天) 35°C to 39°C 掉落 x 1.14(+14%) 87.7 V 131.5 V 219.2 V 394.7 V
-15°C 到 -19°C (5°F to -2°F) (美国北部/英国高地/欧盟) 40°C to 44°C 掉落 x 1.16(+16%) 86.2 V 129.3 V 215.5 V 387.9 V
-20°C 到 -24°C (-4°F to -11°F) (山区/中西部北部) 45°C to 49°C 掉落 x 1.18(+18%) 84.7 V 127.1 V 211.8 V 381.3 V
-25°C 到 -29°C (-13°F to -20°F) (落基山脉/新英格兰/加拿大) 50°C to 54°C 掉落 x 1.20(+20%) 83.3 V 125.0 V 208.3 V 375.0 V
-30°C 到 -35°C (-22°F to -31°F) (亚北极/高山) 55°C to 60°C 掉落 x 1.23(+23%) 81.3 V 121.9 V 203.2 V 365.8 V
-40°C (-40°F) (阿拉斯加内陆/育空地区/加拿大北部) 65°C 掉落 x 1.25(+25%) 80.0 V 120.0 V 200.0 V 360.0 V

为什么 LiFePO4 BMS 锁定 + 雪反照率效应使日出成为失败的确切时刻

许多自耕者会问:“等等:一旦太阳升起并且 MPPT 开始汲取电流,阵列电压是否会立即从开路电压下降(Voc = 41V/panel)降至工作电压(Vmp = 33V/panel)?”

在夏天,是的:一旦阳光照射到面板上,MPPT 就会将电流吸入电池,将阵列拉低至 Vmp。 在冬天,两个陷阱可以防止掉落:

  1. 陷阱1:你的 LiFePO4 电池BMS处于 0°C (32°F) 充电锁定: 由于您的电池组过夜冷却到冰点以下,电池的内部 BMS 已打开其充电开关。因为电池甚至不接受 0.1 Amps 充电时,MPPT 控制器无法将太阳能电池板的负载降至 Vmp。太阳能电池阵列处于 100% 空载开路电压(Voc) 整个早上都在炽热的冬日阳光下。
  2. 陷阱 2:“云边和雪反照率辐照度尖峰”(1,200+ W/m²): 虽然太阳能电池仍然冰冷 -25°C (-13°F) 在太阳有时间温暖深色玻璃之前,低角度的阳光会反射地面上新鲜的白雪(雪反照率 = 0.80 至 0.90),同时阳光直射到倾斜的面板上。这会增加上方的太阳辐照度 1,200 Watts/m²,添加另一个 2% to 3% 冷温度尖峰顶部的对数升压。

紧急现场修复 1:如何重新连接太阳能电池阵列 4S 到 2S2P (或 3S)15分钟后

如果您的太阳能电池组对控制器电压过高(或者您刚刚安装了替换控制器并且需要立即降低屋顶电压,而无需购买从屋顶到小屋的新电线),请重新配置控制器 MC4 太阳能架背面的跳线:

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     REWIRING A 4-PANEL ARRAY FROM "4S" (OVER-VOLT) TO "2S2P" (WINTER-SAFE)
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 [DANGEROUS IN WINTER: 4S (4 Panels in Series)]
   * Each Panel: 400W, Voc = 38V (at 25°C), Imp = 10.5A
   * Summer Voc = 4 x 38V = 152V | Winter (-25°C) Voc = 152V x 1.20 = 182.4V (FRIES 150V MPPT)

   (+) <--- [Panel 1] --- [Panel 2] --- [Panel 3] --- [Panel 4] ---> (-)

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 [WINTER-SAFE FIELD FIX A: 3S (Simply Unplug & Bypass 1 Panel, Takes 2 Minutes)]
   * Unplug Panel 4 and connect the negative home-run lead directly to Panel 3 (-).
   * Summer Voc = 3 x 38V = 114V | Winter (-25°C) Voc = 114V x 1.20 = 136.8V (100% SAFE < 150V)

   (+) <--- [Panel 1] --- [Panel 2] --- [Panel 3] ---> (-)    [Panel 4: Disconnected]

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 [WINTER-SAFE FIELD FIX B: 2S2P (2 Series Strings in Parallel, Keeps 100% of 1,600W)]
   * Pair Panel 1 + Panel 2 in series (String A = 76V STC).
   * Pair Panel 3 + Panel 4 in series (String B = 76V STC).
   * Combine String A and String B using a pair of $12 MC4 Parallel Y-Branch Connectors.
   * Winter (-25°C) Voc = 76V x 1.20 = 91.2 VOLTS DC | Current = 21.0 Amps (100% SAFE)

            +-- [Panel 1] --- [Panel 2] --+
   (+) <====| (MC4 Y-Branch)              |====> (-) To Cabin MPPT
            +-- [Panel 3] --- [Panel 4] --+
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(从切换时检查线规 4S 到 2S2P: 因为切换自 4S 到 2S2P 将电压减半并将电流加倍 10.5 Amps 到 21.0 Amps,验证从阵列组合器到 MPPT 的铜线至少是 10 AWG (6 mm²),其额定值为 30 Amps,并检查两个字符串是否都需要多于一个 15A/20A 内联 MC4 保险丝。)

紧急现场修复 2:唤醒 LiFePO4 电池被困在 0°C (32°F) BMS 冷锁定(或 0V 睡觉)

当未加热的电池棚、露营车车库或客舱地板内的温度降至冰点以下时,LiFePO4 (Lithium Iron Phosphate) 电池组可以通过两种不同的方式将您拒之门外。在触摸端子之前确定您的锁定方式:

案例A:BMS“低温充电保护(LTCP)" (Battery Powers Lights/Inverter Fine, But Refuses to Charge)

  • 发生了什么:在你的内部 LiFePO4 电池(Battle Born, SOK, Epoch, EG4, Trophy, LiTime, Chins, Renogy),贴在铝电池外壳上的小型 NTC 热敏电阻读数如下 0°C to +2°C (32°F to 35.6°F)。为了防止金属锂沉积,BMS 关闭其充电 MOSFET,同时保持其放电 MOSFET 打开**(因为 LiFePO4 电池可以安全地“放电”至 -20°C / -4°F)。
  • 为什么 BMS“迟滞”会使其锁定直到 +5°C (41°F): 大多数 BMS 板要求内部电池温度回升至 +5°C (41°F)(a 5°C hysteresis buffer)在充电开关重新打开之前。更糟糕的是,因为 100Ah LiFePO4 电池重11公斤(25 lbs)具有致密的热质量,即使机舱空气升温至 10°C (50°F) 中午,坐在冰冷的地板上的电池核心保持在 -1°C (30°F) 又花了6个小时,浪费了整个短暂的冬日阳光窗口。
  • 3 种安全现场方法来加热上方的电池芯 +5°C (41°F) 今天:
  • “密封热水瓶 + XPS 泡沫冷却器”方法(零用电): 将您的 LiFePO4 将电池放在绝缘冷却器内或用 50 毫米(2-inch) 粉色/蓝色硬质 XPS 泡沫板。将两个重型 Nalgene 瓶或密封塑料奶壶装满温热的牛奶 45°C to 50°C (115°F to 122°F) 水(切勿煮沸水,并确认盖子不会漏到端子上),用手巾包裹它们,然后将它们紧贴在绝缘盒内的电池侧面。在 45 到 60 分钟内,电池的内部热敏电阻会超过 +5°C (41°F),BMS 咔嗒一声关闭,太阳能充电恢复。
  • “高速率逆变器放电自加热”技巧: 如果您的电池仍有 30% 至 50% 的充电状态(SoC),将电池紧紧包裹在睡袋或泡沫绝缘材料中,然后打开逆变器上的重型 500W 至 1,000W 交流负载(such as an electric kettle, toaster, or hair dryer) 10 到 15 分钟。绘图 40 to 80 Amps 感冒了 LiFePO4 电池产生内部电阻热量(I²R 在热敏电阻所在的电池内部加热),同时为有用的设备供电。
  • 安装恒温器控制 12V / 24V / 48V Silicone Battery Heating Pad (30W to 60W): 如需永久固定,请滑动背胶 12V 硅橡胶槽/电池加热垫,内置 5°C ON / 15°C OFF 恒温器位于绝缘泡沫盒内电池下方,并已接线,因此仅当太阳能电池板在白天通电时才汲取电力。

案例 B:BMS“低压断开(LVD / 0.0V Sleep Mode)" (Terminals Read 0.0V to 2.1V and MPPT Will Not Turn On)

  • 发生了什么: 您的电池电量已耗尽 0% SoC (< 10.0V 在 12V 电池上, < 20.0V 在 24V 上,或 < 40.0V 48V)过夜,因此 BMS 打开两个放电和充电开关以保存电池。当早晨到来时,您的 MPPT 太阳能控制器就死机了,因为大多数 MPPT 控制器从电池端子而不是太阳能端子汲取能量,并且因为 MPPT 看到 0.0V 在电池线上,它拒绝唤醒并发送充电脉冲来唤醒 BMS。
  • 如何叫醒熟睡的人 0.0V LiFePO4 60 秒内完成 BMS:
  • 转动太阳能(PV) 断路器 OFF 首先。
  • 应用外部直流电压源(matching your nominal system voltage: 12V, 24V, or 48V)穿过休眠电池的 (+) 和 (-) 终端 5 到 10 秒 以唤醒 BMS 芯片:
    • 使用便携式锂汽车应急启动包(按 " Manual Override / Boost " 跳包上的按钮,因此即使连接到电源,它也会输出 12V 0.0V 终端),
    • 使用车辆交流发电机/12V 铅酸汽车电池以及跨接电缆 10 秒,
    • 使用具有交流电源的电池充电器 "0V Lithium Force-Mode / Supply Mode"(such as a Victron BlueSmart IP65 or NOCO Genius in Force Mode), 或
    • 使用两块串联的 9 伏烟雾探测器电池(18V 通过 12V 灯泡限流器) 短暂触摸 12V BMS 的端子,时间刚好足以让 MPPT 控制器屏幕点亮。
  • MPPT控制器屏幕亮起并识别出的瞬间 12V / 24V / 48V 电池组,转动太阳能(PV) 断路器 ON:MPPT 将立即接管并对电池充电。

切勿将未充电的裸露铅酸电池置于零度以下的寒冷环境中(在 -7°C / 19°F 时它们会冻结成固体并破裂)

请注意 铅酸 (AGM / Gel / Flooded) 和 锂 (LiFePO4) 电池: * 一个LiFePO4 锂电池不会不会冻结和破裂 -25°C (-13°F) 即使是空的(0% SoC)因为它的电解液是有机碳酸酯溶剂,但你绝对不能将其充电低于以下 0°C (32°F)。 * A 铅酸(AGM / Flooded) 电池 则恰恰相反:当铅酸电池 100% 充满电时,其硫酸电解液保持液态至 -60°C (-76°F);然而,当铅酸电池放电至 0% SoC,硫酸变成近乎纯净的水并在以下温度下冻结成固体冰: -7°C (+19°F),塑料外壳破裂,引线板弯曲。切勿对结冰、膨胀的铅酸电池充电(它会因氢气而爆炸)。

在冬季到来之前使用官方免费在线 MPPT 字符串大小测定器

在秋天的第一次严寒之前,将您的太阳能电池板型号和您所在县的冬季最低气温输入免费的 Victron MPPT 计算器(victronenergy.com/mppt-calculator) 或 MidNite Solar Classic String Sizer。始终设计您的太阳能电池串,以便计算出冷 Voc 在 -30°C (-22°F) 至少停留 10% below 您的充电控制器的绝对最大额定电压(e.g., never exceed 135V calculated Cold Voc on a 150V controller, or 225V Cold Voc on a 250V controller)。

地区紧急电话号码和电气安全标准

如果过电压的太阳能充电控制器、直流汇流箱或电池组着火或释放有毒烟雾(hydrogen fluoride / phosphoryl fluoride 以免锂电解液燃烧),立即撤离并联系紧急服务部门:

  • 美国和加拿大:
  • 火灾或医疗紧急情况: 致电 911。告诉调度员:“我们有一个离网光伏直流电/磷酸铁锂电池起火;只要阳光明媚,高压直流太阳能电线就会保持通电状态。”
  • 适用电气规范: 美国国家电气规范(NFPA 70 / NEC Article 690.7, Maximum Photovoltaic System Voltage & Table 690.7(A) Temperature Correction Factors) 和 加拿大电气规范 (CSA C22.1 Section 64-210)。
  • 英国和欧盟:
  • 紧急情况: 致电 999(英国)或 112(欧盟)。
  • 适用标准: BS 7671 (IET Wiring Regulations Section 712), MCS (Microgeneration Certification Scheme MIS 3002,要求计算数组 Voc 在 -10°C 或 -15°C 最小值取决于英国高地邮政编码),和 IEC 62548(Photovoltaic Arrays - Design Requirements)。
  • 澳大利亚和新西兰:
  • 紧急情况: 致电 000(澳大利亚)或 111(新西兰)。
  • 适用标准: AS/NZS 5033 (Installation and Safety Requirements for Photovoltaic (PV) Arrays, Clause 3.1 & Equation 4.1 Open-Circuit Voltage Temperature Correction) 和 AS/NZS 5139 (Battery Energy Storage Systems)。
  • 如需 190 多个国家/地区的紧急电话号码,请咨询 紧急号码。

常见问题

为什么我的太阳能电池板在冰冻时会产生“更高”的电压 -20°C (-4°F) 冬天的早晨比七月中旬的早晨还要多吗?

光伏太阳能电池是硅半导体二极管,其带隙能量随着温度降低而变宽。与寒冷时会失去电压的电池不同,太阳能电池板的开路电压 (Voc) 每低于 25 摄氏度(77 华氏度)工厂测试温度每下降 1 摄氏度,其开路电压 (Voc) 就会增加约 0.30% 至 0.40%。在 -25°C (-13°F) 的冬季早晨(低于 25°C 的温度下降 50°C),您的太阳能电池阵列产生的电压比其铭牌贴纸高出大约 17% 到 20%,很容易将夏季安全的 135 伏灯串推至 160 伏以上,并烧毁 150 伏 MPPT 充电控制器。

冻结的 LiFePO4 电池 BMS 锁定如何导致我的太阳能充电控制器在日出时烧毁?

在温暖的天气中,一旦早晨的阳光照射到太阳能电池板,MPPT 充电控制器就会开始汲取电流为电池充电,这会立即将太阳能电池阵列的电压从高开路电压 (Voc) 降至较低的工作电压(Vmp,大约低 18%)。但是,如果您的 LiFePO4 电池过夜冷却到 0°C (32°F) 以下,其内部电池管理系统 (BMS) 会阻止所有充电电流。在电池板上零负载的情况下,太阳能电池阵列仍保持在 100% 空载开路电压 (Voc),而零度以下的寒冷和雪反射则使该电压超过控制器的硬件限制。

今天,如何在不购买新充电控制器的情况下降低太阳能电池阵列的冬季电压?

首先,用不透明防水布覆盖每串中的一个面板,或者等到日落之后,然后关闭光伏断路器。您可以使用电池板背面现有的 MC4 插头立即将电池串电压降低 25% 至 50%:(1) 从 4 面板串联电池组中拔下一个电池板,将其变成 3 面板电池组(3S,电压降低 25%),或者 (2) 使用一对 12 美元的 MC4 将 4 面板串联电池组 (4S) 重新连接成两个串联电池板的两个并联电池组 (2S2P) Y 形分支连接器可将电压减半,同时保持 100% 的充电功率。

为什么在阳光明媚的情况下拔掉屋顶上的 MC4 太阳能连接器会很危险?

太阳能电池串采用高压直流 (DC) 运行,与家用 60 Hz 交流电 (AC) 不同,直流电永远不会跨越零伏。如果您在阳光照射面板且电流流动时拉开 MC4 连接器(或打开未额定的交流断路器),电流会以持续 3,000 摄氏度(5,400 华氏度)等离子弧的形式跨越气隙,且不会自行熄灭,从而熔化连接器、烧伤您的手并点燃屋顶框架。在拔下任何 MC4 连接器之前,请务必在串中至少一个面板上盖上一块深色防水布或毯子。

为什么我的 LiFePO4 锂电池在低于 0°C (32°F) 的温度下无法充电,我仍然可以从中获取电力来运行我的车舱灯吗?

当磷酸铁锂 (LiFePO4) 电池温度低于 0°C (32°F) 时,锂离子在充电过程中无法足够快地嵌入(滑入)石墨阳极;相反,它们会以锋利的金属锂针(镀锂)的形式堆积在表面,永久损坏电池,并可能刺穿隔膜导致火灾。为了防止这种情况发生,电池的 BMS 在低于 0°C 时会关闭充电。然而,放电不会导致锂镀层,因此您的 BMS 仍然可以让您在低至 -20°C (-4°F) 的温度下从电池中汲取电力。只需将隔热泡沫盒内的电池加热至 +5°C (41°F) 以上即可恢复充电。

如果我的 MPPT 充电控制器显示“PV 过压”(例如 Victron 错误 #20),会发生什么情况:控制器是否永久损坏?

这取决于电压爬升到极限以上的程度。许多高质量控制器(如 Victron SmartSolar 或 MidNite Classic 装置)会在光伏电压瞬间超过 100.0V、150.0V 或 250.0V 时触发保护性软件关闭并显示过压错误代码;如果电压仅超出额定值 1 至 3 伏且电流为零,则断开面板并将阵列重新连接到较低电压通常可以使控制器毫发无伤地恢复。然而,如果零度以下的寒冷使电压超过额定值 10 至 25 伏,内部硅 MOSFET 和保护二极管通常会短路,需要更换控制器。

相关指南

来源和官方指导

  • 国家消防协会(NFPA 70 / National Electrical Code - NEC Article 690.7): 最大光伏系统电压计算,低环境温度开路电压(Voc) 修正系数 (Table 690.7(A))和直流电弧故障隔离要求。
  • 国际电工委员会(IEC 62548 & IEC 62109-1): 光伏 (PV) 阵列 - 设计要求(寒冷气候 Voc 乘数方程)和用于光伏发电系统的电源转换器的安全性。
  • 加拿大标准协会(CSA C22.1 Canadian Electrical Code Section 64-210)和澳大利亚标准(AS/NZS 5033): 用于晶体硅模块的零度以下温度校正乘法器 (Down to -40°C / -40°F)。
  • 国家可再生能源实验室(NREL) 和 IEEE 光伏专家会议: 亚零阳极镀锂机制 LiFePO4 下面的单元格 0°C (32°F)、BMS 热迟滞和雪反照率过辐照度瞬态。
  • Victron Energy、MidNite Solar 和 OutBack Power Engineering 技术公告: MPPT 充电控制器最大输入电压上限 (100V / 150V / 250V / 450V)、错误 #19/#20 过压诊断和电池优先加电排序。