如何创建太阳能电力解决方案

太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。 它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。 光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池，目前得到实际应用的是光伏电池。

光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成，其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两类，前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种，后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。

在这篇文章中，我将分享我的流程以及我设计的简单电源解决方案。它利用太阳能的力量，只需要很少的材料或电路板空间。

设计与实施

我为此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 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。尽管当今大多数系统都配备了内部电压调节器，但 PV 的电压波动取决于它接收到的阳光量。12V PV 可以在 0.65V（没有阳光）到高达 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，该电路可以为我们提供理想或恒定的直流电压来为系统供电，并确保消除输入电压中的波动噪声。我们可以通过应用具有足够宽输入电压操作的低压差稳压器 (LDO) 轻松做到这一点。在此示例中，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可以保持收集的功率，因为电压和电流都会在晚上下降或很少有阳光。

图1：控制电路原理图

功耗和压差

在此设计中，管理的总功率将受到所选 LDO 的热阻的限制。在需要高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高 125 ° C 以下，而使用 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启用 40 ° C 环境温度范围内的系统。幸运的是，LM317具有内部温度关断功能，可防止设备过热时损坏。

考虑到最坏的情况，公式 1 计算通过控制电路施加到 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，但电流会很低，从而降低压差并让 PV 的开路发挥作用。我选择了一个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；便宜。

· (+) 可设计用于可调电压输出；不晒太阳时电池放电为零。

· (-) 高压差（取决于 LDO）；根据输出电压，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。）

· (-) 没有太多花里胡哨的东西；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成分。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来利用光伏在低光照条件下的功率输出；但是，其他系统将需要更多组件或重新设计。