如何创建太阳能电源的解决方案

1.前言

如何设计一个太阳能应用？

在能源日益短缺的今天，自然能的利用成了人们关注的焦点，在各种自然能中，无穷无尽的太阳能以其无处不在的优势倍受青睐。

实际上，地球上的一切能源都来自太阳。煤和石油的生成，植物的生长，水和风的运动。但是，由于太阳能的分散性和不稳定性，直接利用太阳能并不容易，近年来，随着能源的短缺和太阳能利用技术的提高，直接利用太阳能才成为现实。

阳光有多钟利用方法，利用硅光电池发电是最方便的利用方式之一。目前硅光电池发电最主要的应用领域是解决供电困难地区的照明问题。

夏季晴天的太阳光每平方米不足1000瓦，可见，太阳能虽然巨大，但十分分散。商品化的硅太阳蓄电池组成太阳能LED照明系统优势明显。

完整的太阳能照明系统主要有以下5部分组成：

1、太阳能电池板

太阳能电池板是在有阳光时用来产生电能的，发电功率要根据照明用电的功率和照明时间来计算。如照明灯具的功率是2瓦，要求没有阳光时连续照明时间10小时，再考虑变换电路的变换损失，太阳能电池板的发电功率必须是3瓦左右。

2、蓄电池

蓄电池的作用是把有阳光时太阳能电池发出的电存储起来，供没有阳光时使用。蓄电池的容量要根据太阳能电池板的功率和LED灯的功率以及照明时间来决定。如配合2瓦的LED灯，3瓦的太阳能电池板，没有太阳时要求连续照明时间10小时，可选用12V/2.2AH的蓄电池。

3、太阳能充电控制电路

这部分电路的功能是在阳光充足，光照时间长的时候控制充电程度，电池充满即停止充电，不使蓄电池过充损坏，以保护蓄电池，延长其使用寿命。

4、LED驱动器

这是系统的核心控制电路。它的功能有三个：

①、完成发光二极管的恒流驱动控制，使流过发光管的电流不随蓄电池的电压变化。

②、具有光控功能，天亮时自动关灯，天黑时自动开灯。

③、低电压保护。当电池电压下降到10.8伏时输出关闭，以免过放电损坏蓄电池。

2.设计与实现

我为这个设计选择了一个功率相对较低的太阳能电池板或光伏 (PV) 系统：20W 足以为我们的系统提供 12V 或 6V 的输出，电流低于或约为 1.5A。不幸的是，我们不能简单地将 PV 连接到终端设备。虽然今天的大多数系统都配备了内部电压调节器，但 PV 的电压会根据它接收到的阳光量而摆动。12V PV 可以在 0.65V（没有阳光）到 15V 之间波动；如果额定电压为 12V，这可能会损坏目标终端设备。

因此，我们需要包含一个控制电路，它可以为我们提供理想或恒定的直流电压来为系统供电，并确保清除输入电压中的波动噪声。通过应用具有足够宽输入电压操作的低压差稳压器 (LDO)，我们可以非常轻松地做到这一点。在这个例子中，我使用了具有可调输出的TI LM317以使应用尽可能灵活，如图 1 所示。使用铅酸电池作为终端系统保留收集的功率，因为电压和电流都会在夜间下降或阳光很少。

图 1：控制电路原理图

3.功耗和压差

在此设计中，管理的总功率将受到所选 LDO 热阻的限制。在需要大电流或环境温度过高时，我们还可以根据需要应用散热器以进一步冷却系统。如果使用LM317，我们需要将温度保持在最大125 ° C以下，使用 TO-220 封装意味着我们还需要将功耗限制在 ~4.5W（如果使用 0.5A 作为输出） . 此预防措施可确保我们有足够的带宽来在 40 ° C 的环境温度范围内启用系统。幸运的是，LM317具有内部温度关断功能，可以防止设备过热时造成损坏。

考虑到最坏的情况，公式 1 计算了通过控制电路应用于 6V 电池的 12V PV 的功率：

在这种情况下，太阳能电池板永远不会超过选定的 4.5W。但是，我们可以通过应用散热片来实现更高的电流输出。

当电池充满电时，电池电压会很高，但电流会非常低，从而降低压差并使 PV 的开路发挥作用。我选择了肖特基整流器来降低压差要求，并在电池节点的电压高于所需压差时保护电池免于放电。

该电路的优缺点包括：

· (+) 标准的、现成的设备；小板；不贵。

· (+) 可设计为可调电压输出；没有阳光时电池放电为零。

· (-) 高压降（取决于 LDO）；取决于输出电压，压差可能太高。（我们可以使用开关稳压器或低压差 LDO 轻松解决此问题。）

· (-) 花里胡哨的不多；没有指示灯或发光二极管 (LED)。功能将完全取决于 LDO。

我们还可以将此电路应用于需要恒定直流电压的电池化学。应用其他 LDO 并更换电池可确保降低功耗并提高整体系统效率。我们还可以应用升压转换器以在低光照条件下利用 PV 的功率输出。