簡化太陽能供電的電池充電

太陽能電池板基礎知識

就一定量的光能和工作條件而言，太陽能電池板在某一特定輸出電壓上出現峰值輸出功率。圖1所示為由72節電池包成的太陽能電池板在電池板溫度為60ºC時的特性。虛線代表電池板的I-V曲線，X軸表示電池板電壓。實線表示當電池板電壓從0V變化到電池板開路電壓時電池板出現的輸出功率，電池電壓變化是用簡單的負載箱實現的。就此處所述這一特定情況而言，最大功率點在32V，該電池板可供應140W功率。倘若準許電池板溫度變化，在真切情況中這當然是準許的，那么最大功率點可能在大熱天的28V到寒冷冬天的44V之間變化。

很多較簡單的太陽能充電系統將電池板電壓工作點設定為固定值。在上述特定電池板情況下，這類較簡單的系統會將電池板工作點設定到32V，以在給定溫度時抽取最大功率，而這例子的溫度為60ºC。不過，當電池板溫度變化時，會浪費大量功率，因為電池板不再在真正的最大功率點上工作了。在這類情況下，可能浪費20%至30%以上的可用功率。

使情況變得更糟的是，按照已實施的安全標準，大多數電池板非得在太陽能電池陣列中裝上旁路二極管。這么做的原由是，當部分電池板被遮住而得不到太陽光照射，而其他部分得到充分陽光照射時，太陽能電池板有一些特定表現。這時，被遮住的太陽能電池是反向偏置的，但其中依然有很大的電流流過，因為其他得到充分光照的電池正在供應電流。被遮住的電池溫度可能上升，這有可能造成火災。為了幫助降低火災風險，制造商在電池板各處都放置了旁路二極管。圖2顯示，在上述72節電池的太陽能電池板上，旁路二極管是如何放置的。

由于電池板中存在旁路二極管，當部分電池板被遮擋時，就可能出現復雜的功率電壓特性。圖3顯示了這種情況，其中出現了兩個局部最大功率點，一個在21V電壓處，另一個在37V電壓處。倘若采用前述簡單的32V功率點設定辦法，那么可獲得79.4W功率，而不是在真正最大功率點21V上可獲得的90.1W。這聲明，在這種情況下損失了13.5%的功率。顯然，可跟蹤真正最大功率點并在其上工作的系統會有卓越功率表現。

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