太陽能光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。 它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。 光伏發(fā)電是利用太陽能級半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽光發(fā)電的主流。在光化學(xué)發(fā)電中有電化學(xué)光伏電池、光電解電池和光催化電池，目前得到實際應(yīng)用的是光伏電池。

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

在這篇文章中，我將分享我的流程以及我設(shè)計的簡單電源解決方案。它利用太陽能的力量，只需要很少的材料或電路板空間。

設(shè)計與實施

我為此設(shè)計選擇了一個功率相對較低的太陽能電池板或光伏 (PV) 系統(tǒng)：20W 足以為我們的系統(tǒng)提供 12V 或 6V 輸出，電流低于或約為 1.5A。不幸的是，我們不能簡單地將 PV 連接到終端設(shè)備。盡管當(dāng)今大多數(shù)系統(tǒng)都配備了內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器，但 PV 的電壓波動取決于它接收到的陽光量。12V PV 可以在 0.65V（沒有陽光）到高達 15V 之間波動；如果額定電壓為 12V，這可能會損壞目標(biāo)終端設(shè)備。

因此，我們需要包含一個控制電路，該電路可以為我們提供理想或恒定的直流電壓來為系統(tǒng)供電，并確保消除輸入電壓中的波動噪聲。我們可以通過應(yīng)用具有足夠?qū)捿斎腚妷翰僮鞯牡蛪翰罘€(wěn)壓器 (LDO) 輕松做到這一點。在此示例中，我使用了具有可調(diào)輸出的 TI LM317，以使應(yīng)用盡可能靈活，如圖 1 所示。使用鉛酸電池作為終端系統(tǒng)可以保持收集的功率，因為電壓和電流都會在晚上下降或很少有陽光。

圖1：控制電路原理圖

功耗和壓差

在此設(shè)計中，管理的總功率將受到所選 LDO 的熱阻的限制。在需要高電流或環(huán)境溫度過高時，我們還可以根據(jù)需要應(yīng)用散熱器以進一步冷卻系統(tǒng)。如果使用LM317，我們需要將溫度保持在最高 125 ° C 以下，而使用 TO-220 封裝意味著我們還需要將功耗限制在 ~4.5W（如果使用 0.5A 作為輸出） . 此預(yù)防措施可確保我們有足夠的帶寬來啟用 40 ° C 環(huán)境溫度范圍內(nèi)的系統(tǒng)。幸運的是，LM317具有內(nèi)部溫度關(guān)斷功能，可防止設(shè)備過熱時損壞。

考慮到最壞的情況，公式 1 計算通過控制電路施加到 6V 電池的 12V PV 的功率：

在這種情況下，太陽能電池板永遠不會超過選定的 4.5W。但是，我們可以通過應(yīng)用散熱片來實現(xiàn)更高的電流輸出。

當(dāng)電池充滿電時，電池電壓會很高，但電流會很低，從而降低壓差并讓 PV 的開路發(fā)揮作用。我選擇了一個肖特基整流器來降低壓差要求，并在電池節(jié)點的電壓高于所需壓差時保護電池免于放電。

該電路的優(yōu)缺點包括：

· (+) 標(biāo)準的、現(xiàn)成的設(shè)備；小板；便宜。

· (+) 可設(shè)計用于可調(diào)電壓輸出；不曬太陽時電池放電為零。

· (-) 高壓差（取決于 LDO）；根據(jù)輸出電壓，壓差可能太高。（我們可以使用開關(guān)穩(wěn)壓器或低壓差 LDO 輕松解決此問題。）

· (-) 沒有太多花里胡哨的東西；沒有指示燈或發(fā)光二極管 (LED)。功能將完全取決于 LDO。

我們還可以將此電路應(yīng)用于需要恒定直流電壓的電池化學(xué)成分。應(yīng)用其他 LDO 并更換電池可確保降低功耗并提高整體系統(tǒng)效率。我們還可以應(yīng)用升壓轉(zhuǎn)換器來利用光伏在低光照條件下的功率輸出；但是，其他系統(tǒng)將需要更多組件或重新設(shè)計。