太陽能供電可再充電電池系統(tǒng)的設計挑戰(zhàn)

　　太陽能電池板的典型效率約在 5% 至 15% 之間。考慮到較大型 (即更強大) 的電池板成本更高，所以太陽能供電設計必須最大限度提高效率，以最大限度降低系統(tǒng)總體成本。

　　太陽能供電產品要有效收集太陽能，其設計必須能夠管理變化范圍很寬的輸入，同時還能夠使太陽能電池板在最大功率點或其附近工作。此外，該設計必須能夠安全地給該產品選擇使用的化學組成電池充電。

　　在太陽能充電系統(tǒng)中，還會遇到其他設計問題。就任意給定太陽能供電系統(tǒng)而言，固件開發(fā)和調試可能需要大量時間。如果太陽能電池板的最佳功率提供點可以低于、等于或高于電池電壓 (這是非常常見的情況)，那么會需要更加復雜的降壓-升壓型拓撲。降壓-升壓型拓撲允許真正的雙向隔離 (與降壓型拓撲相比，如果電池板沒得到光照，那么它可能通過 NMOS 的體二極管和電感器耗盡電池電量)。 為保護電池，需要恰當?shù)碾妷航K止。最后，既然電池板不是可靠的電源，那么就需要電池原地充電 (充電器給電池饋電，且負載連接到電池)，在這種情況下，電池既是電源，又作為“緩沖器”使用。

　　什么是最大功率點跟蹤 (MPPT)，為什么需要 MPPT?

　　最大功率點跟蹤這種方法有助于在所有工作條件下從太陽能電池板抽取最多能量。以下列舉了某些這類非理想工作條件：

　　• 電池板部分被遮擋 (樹葉、鳥糞、陰影、雪等)
　　• 電池板的溫度變化
　　• 電池板老化

　　例如，在離網(wǎng)太陽能電池板系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)故障代價高昂?？蛻粝ＭM可能從電池板抽取最多能量。此外，他們希望最大限度延長兩次太陽能供電系統(tǒng)維護之間的正常運行時間。

　　真正的有源 MPPT 會找出所有條件下的最佳工作點。這會降低系統(tǒng)總體成本，因為可以使用最小的電池板或最小的電池，從而減少過度設計系統(tǒng)的需求。真正的 MPPT 會發(fā)現(xiàn)最佳峰值功率點，并剔除假的局部最大功率點，這種局部最大功率點在部分被遮擋的電池板中很常見 (注：電池板部分被遮擋時的供電模式由電池板內部旁路二極管的數(shù)量和安排決定)。

　　一種簡單的 IC 解決方案

　　解決上述問題的 IC 充電解決方案需要具備以下即使不是全部、也是很多特性：

　　• 最短的軟件和固件開發(fā)時間
　　• 靈活的降壓 / 升壓型拓撲
　　• 有源 MPPT 算法
　　• 簡單、自主運行 (無需微處理器)
　　• 面向各種不同電池化學組成的終止算法
　　• 原地充電 ─ 向負載供電的同時給電池充電
　　• 寬輸入電壓范圍以適合各種不同的電源
　　• 寬輸出電壓范圍以應對多個電池組
　　• 高輸出 / 充電電流
　　• 小型、扁平解決方案
　　• 先進的封裝以提高熱性能和空間占用效率
　　• 成本效益的解決方案

　　典型的復雜太陽能電池充電系統(tǒng)由一個 DC-DC 開關電池充電器、一個微處理器和幾個 IC、以及分立式組件組成，以實現(xiàn)最大功率點控制 / 跟蹤功能。另一種可能的解決方案是太陽能模塊。不過這些解決方案費用高昂、復雜而不易設計 (需要軟件、固件等)，而且往往鎖定到假的太陽能電池板最大功率點上，因此無法以盡可能高的效率運行。