太陽能電池板在工業(yè)中的應(yīng)用

太陽能電池板在工業(yè)中的應(yīng)用

在無需粘性和即時消息的環(huán)境中，用太陽能電池來充電已成為主導(dǎo)趨勢。單塊太陽能電池板存在于許多新興應(yīng)用中,其中包括堅固耐用的軍用筆記本電腦、工業(yè)庫存和銷售點(POS)管理設(shè)備、遠程檢測單元、便攜式汽車診斷設(shè)備、海洋太陽能浮標、路標照明、路邊緊急電話、人行道指示燈照明、甚至是以太陽能供電的垃圾壓縮機等。此外,在許多應(yīng)用中,也已經(jīng)出現(xiàn)了磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池,這種電池比以鈷為基礎(chǔ)的鋰離子聚合物電池(典型值為4.1V或4.2V)提供更高的安全性和更低的浮動電壓(3.6V)。這種化學(xué)組成也有其他很多以鈷為基礎(chǔ)的鋰離子/聚合物電池所具有的優(yōu)點,包括較低的自放電速率和相對低的重量。此外,相較而言,LiFePO4可提供更長的周期壽命和總壽命、更高的峰值功率額定值、針對更高的熱失控電阻而達到更高安全性、以及更小的環(huán)境影響。浮動電壓充電測試一般情況下,從太陽能電池板汲取峰值功率,不是非常昂貴(因為使用太陽能電池穩(wěn)壓器模塊)就是難以達成,一般需要利用微控制器和大量獨立式零部件的復(fù)雜電路。這些完整的最大峰值功率追蹤(MPPT)模塊,傳統(tǒng)是以大型電池板電源應(yīng)用為目標,例如住宅或商務(wù)大樓,但是,隨著所發(fā)現(xiàn)太陽能電源的用途越來越廣,市場應(yīng)用情況正在改變。對于給定數(shù)量的光能來說,太陽能電池板具備一個輸出電壓,在這個輸出電壓時則產(chǎn)生峰值輸出功率。電池板內(nèi)部的旁路二極管可能產(chǎn)生復(fù)雜的功率與電流特性,當(dāng)電池板上有部分光線被遮住時,這類特性不容易優(yōu)化。不過,目前市場上幾乎所有規(guī)定最大輸出功率低于25W～30W的12V系統(tǒng)太陽能電池板都是由簡單的串聯(lián)電池配置構(gòu)成,而不具備旁路二極管。這種類型的配置產(chǎn)生位于窄電池板輸出電壓頻段內(nèi)的峰值輸出功率,而不論光照條件如何。視電池板特性的不同,峰值功率可能從12.5V～18.5V的電池板電壓產(chǎn)生。磷酸鐵鋰電池可能不可透過標準鋰離子/聚合物電池充電器充電,考慮到這類電池3.6V的較低浮充電壓特性,如果沒有正確充電,可能導(dǎo)致對電池不可修復(fù)的損壞。準確的浮動電壓充電將延長電池壽命。充電預(yù)查驗(慢充)還有助于避免損壞電池,尤其是在深度放電時。目前缺乏具內(nèi)置充電終止功能(以>20V的高壓工作)的太陽能供電單片(內(nèi)置電源電路)電池充電器IC解決方案。但有一些暫時性解決方案則可完成這個任務(wù),尤其是獲得太陽能的能力。不過,這些解決方案大且復(fù)雜,需要很多外部部件,并占用寶貴的PCB面積。太陽能供電單片電池閱讀器利用目前的解決方案從太陽能電池板汲取峰值功率不是非常笨重,就是非常昂貴缺乏具內(nèi)置充電終止功能(以>20V的高壓工作)的太陽能供電單片電池充電器IC解決方案磷酸鐵鋰電池有較低浮動電壓的特殊充電需求,但是與鋰離子/聚合物電池相比有一些優(yōu)點太陽能電源管理任何要滿足上面討論的設(shè)計限制條件的解決方案,都必須是精小、高壓和整體的,其能以內(nèi)置充電終止功能對應(yīng)太陽能電源輸入電壓變化和多種電池化學(xué)組成的解決方案。這樣的部件,將成為提高全球能量取得,與保存應(yīng)用安裝量的促成因素。自由或不帶任何安全—太陽能電源能力和多種化學(xué)組成電池的運行LT3652IC是以凌力爾特廣受歡迎和強大的LT3650系列為基礎(chǔ)而開發(fā)的。它是一個創(chuàng)新、具太陽能電源追蹤功能、整體降壓電池充電器IC。該部件運用了一種創(chuàng)新的輸入電壓調(diào)節(jié)回路,該回路負責(zé)控制充電電流,以將輸入電壓保持在設(shè)定的位準上。當(dāng)LT3652由單塊太陽能電池板供電時,輸入調(diào)節(jié)回路強制電池板以峰值輸出功率運行。這個獨特的輸入電壓調(diào)節(jié)回路電路系統(tǒng)提供了與更復(fù)雜和更昂貴的MPPT方法幾乎同樣的輸出功率。LT3652可操作于4.95V～32V的寬范圍輸入,具40V絕對最大額定值,以增加系統(tǒng)裕度。它能夠為多種電池組配置充電,包括單顆至三顆串聯(lián)鋰離子/聚合物電池、單顆至四顆串聯(lián)磷酸鐵鋰電池、12V密封鉛酸(SLA)電池、以及高達14.4V的電池。圖1為詳細信息。LT3652的充電電流可設(shè)定達2A。這款獨立型電池充電器無需使用外部微控制器,并具有使用者可選的充電終止功能,包括C/10或一個內(nèi)部定時器。該部件的1MHz固定開關(guān)頻率實現(xiàn)了小巧的解決方案外形尺寸。浮動電壓回授準確度規(guī)定為±0.5%,充電電流準確度為±5%,而C/10檢測準確度為±2.5%。一旦充電操作終止,LT3652就自動進入一種低電流待機模式,該模式把輸入電源電流減小至85μA。在關(guān)機模式中,輸入偏置電流減小至15μA。在所有非充電周期,通過從電池泄漏<1μA的電流,LT3652最大限度地延長了電池壽命。對于自主型充電控制,如果電池電壓降至編程設(shè)定的浮動電壓以下達2.5%時,自動再充電功能就將啟動一個新充電周期。其他安全相關(guān)的功能包括低電池電量預(yù)查驗、熱敏電阻輸入以用于溫度合格的充電、壞電池檢測和二進制編碼狀態(tài)輸出針腳。LT3652采用扁平(0.75mm)12引腳3mmx3mmDFN封裝,保證可工作于-40℃～125℃的接面溫度范圍內(nèi)。特定峰值功率電壓監(jiān)控LT3652的輸入電壓調(diào)節(jié)控制回路方法與昂貴的MPPT方法相比是非對具有優(yōu)勢的,其提供了幾乎同樣的效能。輸入電壓調(diào)節(jié)回路:從太陽能電池板汲取最大可獲得的功率如果電池板輸出電壓降至編程設(shè)定的位準以下,降低充電電流對于所使用的特定太陽能電池板,保持電池板處在對應(yīng)于峰值輸出功率點的輸出電壓上透過電阻分壓器設(shè)定想要的特定峰值功率電壓對于圖2的應(yīng)用電路,圖2顯示作為輸入電壓函數(shù)的最大充電器電流,同時顯示在電池板電壓下降時,該部件如何降低輸出電流。電壓監(jiān)視器接腳可實現(xiàn)對最小工作電壓的設(shè)置。從VIN到VIN＿REG接腳連接一個電阻分壓器,可實現(xiàn)最小輸入電源電壓的設(shè)置,這種方法一般用來為太陽能電池板設(shè)置峰值功率電壓。當(dāng)VIN＿REG接腳低于2.7V的穩(wěn)壓門坎時,則降低最大充電電流。如果輸入電源不能提供足夠的功率來滿足LT3652充電器的需求,那么電源電壓將崩潰。因此,最低工作電源電壓可以透過一個電阻分壓器監(jiān)視該電源來設(shè)置,以使想要的最低電壓對應(yīng)于VIN＿REG接腳的2.7V。LT3652伺服最大輸出充電電流,以保持VIN＿REG接腳上的電壓等于或高于2.7V。透過如圖3所示連接一個電阻分壓器,可以完成對想要的最低電壓的設(shè)定。對于想要的最低電壓(VIN(MIN)),RIN1/RIN2之比為:RIN1/RIN2=(VIN(MIN)/2.7)-1如果不使用電壓調(diào)節(jié)功能,那么VIN＿REG接腳可以連接到VIN。在晶太陽能電極中的用溫度一個典型的太陽能電池板是由許多串聯(lián)連接的電池組成,每節(jié)電池都是一個正向偏置的p-n節(jié)。因此,單顆太陽能電池的開路電壓(VOC)具有與普通p-n節(jié)二極管類似的溫度系數(shù),或溫度系數(shù)約為-2mV/°C。一個晶體太陽能電池板的峰值功率點電壓(VMP)可以近似為一個低于VOC的固定電壓,因此這個峰值功率點溫度系數(shù)類似于VOC的溫度系數(shù)。電池板制造商一般為VOC、VMP和VOC的溫度系數(shù)規(guī)定25℃的值,以此簡單地決定一個典型電池板VMP的溫度系數(shù)。LT3652利用一個回授網(wǎng)絡(luò)來設(shè)定VIN輸入穩(wěn)定電壓。網(wǎng)絡(luò)控制有助于為一個MPPT應(yīng)用高效率地實現(xiàn)各種不同的溫度補償方案。太陽能供電之充電系統(tǒng)太陽能電源已經(jīng)從“時髦”變?yōu)閷嵱玫姆桨?以住宅和商用大樓而言,最初的應(yīng)用需要大型電池板,而現(xiàn)在正逐漸變小、不依靠電網(wǎng)的單塊電池板應(yīng)用。在高階消費性、汽車、工業(yè)、路邊、海洋和軍事領(lǐng)域上,也都已開發(fā)了需要這類單塊電池板太陽能電源的便攜式和非便攜式應(yīng)用。LT3652在電池充電器領(lǐng)域因應(yīng)了尚未滿足的需求,此整體IC,為從太陽能電池板汲取峰值功率提供了一個簡單、創(chuàng)新的輸入電壓控制回路,并具有為多種化學(xué)組成充電的能力,包括磷酸鐵鋰、鋰離子/聚合物和密封鉛酸電池。同時,該部件還具有快速2A充電能力、內(nèi)置充電終止功能、高壓工作、并可組成一個精小而簡單的解決方案。在今日眾所關(guān)注的“綠色”環(huán)保焦點中,太陽能電源是相當(dāng)令人矚目的供電方案。而隨著使用可再生能源之趨勢,同時也促成了太陽能、或風(fēng)力等替代能源的與日俱增。而在脫離電網(wǎng)(此時,沒有可用的線路電源)的應(yīng)用中,太陽能電池板也成為一種富有吸引力的發(fā)電替代方案。一般情況下,這類單一電池板可提供<25W～30W的功率,且面積不到4平方英尺,更低