太陽能光伏電能的完整單芯片解決方案

作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，最大功率點(diǎn)控制電壓應(yīng)該約為光伏電池開路電壓的75%～80%。讓電池跟蹤這樣的電壓，所產(chǎn)生的電池輸出電流為短路電流的75%～80%。

在室外照明情況下給鋰離子電池充電

使用光伏電源的應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)之一是，在黑暗和光照量較低的情況下，輸入功率不足。就大多數(shù)應(yīng)用而言，這種挑戰(zhàn)使得有必要使用能量存儲(chǔ)組件，例如足夠大的超級(jí)電容器或可再充電電池，以在最長預(yù)期黑暗時(shí)間內(nèi)也能正常供電。

利用圖6所示的LTC3105電路和一個(gè)2英寸×1英寸的多晶光伏電池給鋰離子電池充電，所測得的充電電流曲線如圖7所示。圖7中上面的曲線顯示，在天氣晴朗、陽光充足的典型情況下的充電電流;下面的曲線則顯示，在陰云密布時(shí)觀察到的充電電流。即使在這類光照量很低的情況下，在整個(gè)白天也能保持250μA或更大一些的充電電流，這相當(dāng)于給電池提供了總共 6mAh 的充電。

選擇合適的能量存儲(chǔ)器件

就儲(chǔ)存收集的能量而言，有很多可選方案，包括種類繁多的可再充電電池技術(shù)和高能量密度電容器。沒有一種技術(shù)能適用于所有應(yīng)用。為應(yīng)用選擇存儲(chǔ)組件時(shí)，要考慮很多因素，包括自放電速率、最大充電和放電電流、電壓靈敏度和周期壽命。

在光伏應(yīng)用中，自放電速率尤其重要。在大多數(shù)光伏電源應(yīng)用中，可用充電電流都很有限，高的自放電速率可能消耗大部分來自光伏電源的可用能量。有些能量存儲(chǔ)組件 (例如大型超級(jí)電容器)自放電電流也許超過100μA，這又可能顯著削減白天充電周期積累的凈電荷。

另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是能量存儲(chǔ)器件的充電速率。例如，最大充電電流為300μA的鋰離子幣形電池需要在電池和 LTC3105輸出之間有一個(gè)大的電阻器，以防止過流情況。這可能限制能收集的能量，從而削減可用于應(yīng)用的能量。

在很多情況下，充電速率與另一個(gè)重要因素“周期壽命”成正比。存儲(chǔ)組件的周期壽命決定該組件不用維護(hù)可以在現(xiàn)場工作多長時(shí)間。一般而言，更快的充電和放電會(huì)縮短組件的工作壽命。超級(jí)電容器擁有非常長的周期壽命，而用相對(duì)較高的電流(電荷》1C)給電池充電會(huì)縮短壽命。除了充電和放電速率，每個(gè)充電/放電周期的深度也可能影響電池壽命，周期越深，壽命越短。某些類型的電池，尤其是鋰離子電池和薄膜電池，最高和最低電壓都必須仔細(xì)控制。在LTC3105應(yīng)用中，最高充電電壓得到了良好控制，因?yàn)楫?dāng)輸出進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，轉(zhuǎn)換器終止充電。為了防止過充電，LTC3105可與LTC4071并聯(lián)電池充電器一起使用，如圖8所示。

結(jié)論

LTC3105是一款完整的單芯片解決方案，適用于從低成本、單節(jié)光伏電池收集能量。其集成的最大功率點(diǎn)控制和低壓啟動(dòng)功能允許直接用單節(jié)光伏電池工作，并確保最佳能量抽取。LTC3105可用來直接給電路供電，或給能量存儲(chǔ)器件充電，以允許在黑暗或光照很少時(shí)工作。LTC3105使其有可能實(shí)現(xiàn)自主遠(yuǎn)程傳感器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，以及其他要求不依賴電網(wǎng)和最低限度維護(hù)的應(yīng)用。