简化太阳能供电的电池充电

太阳能电池板基础知识

就一定量的光能和工作条件而言，太阳能电池板在某一特定输出电压上出现峰值输出功率。图1所示为由72节电池组成的太阳能电池板在电池板温度为60ºC时的特性。虚线代表电池板的I-V曲线，X轴表示电池板电压。实线表示当电池板电压从0V变化到电池板开路电压时电池板出现的输出功率，电池电压变化是用简单的负载箱实现的。就此处所述这一特定情况而言，最大功率点在32V，该电池板可供应140W功率。假如允许电池板温度变化，在真实情况中这当然是允许的，那么最大功率点可能在大热天的28V到寒冷冬天的44V之间变化。

很多较简单的太阳能充电系统将电池板电压工作点设定为固定值。在上述特定电池板情况下，这类较简单的系统会将电池板工作点设定到32V，以在给定温度时抽取最大功率，而这例子的温度为60ºC。不过，当电池板温度变化时，会浪费大量功率，因为电池板不再在真正的最大功率点上工作了。在这类情况下，可能浪费20%至30%以上的可用功率。

使情况变得更糟的是，按照已实行的安全标准，大多数电池板必须在太阳能电池阵列中装上旁路二极管。这么做的原因是，当部分电池板被遮住而得不到太阳光照射，而其他部分得到充足阳光照射时，太阳能电池板有一些特定表现。这时，被遮住的太阳能电池是反向偏置的，但其中仍然有很大的电流流过，因为其他得到充足光照的电池正在供应电流。被遮住的电池温度可能上升，这有可能造成火灾。为了帮助降低火灾风险，制造商在电池板各处都放置了旁路二极管。图2显示，在上述72节电池的太阳能电池板上，旁路二极管是怎么样放置的。

由于电池板中存在旁路二极管，当部分电池板被遮挡时，就可能出现复杂的功率电压特性。图3显示了这种情况，其中出现了两个局部最大功率点，一个在21V电压处，另一个在37V电压处。假如采用前述简单的32V功率点设定方法，那么可获得79.4W功率，而不是在真正最大功率点21V上可获得的90.1W。这表明，在这种情况下损失了13.5%的功率。显然，可跟踪真正最大功率点并在其上工作的系统会有卓越功率表现。