最大化太阳能电池板功率输出的技术

在文中提到了一个称为最大功率的概念，在太阳能电池板的背景下，它能够在不坍塌电池板电压的情况下从太阳能电池板中提取尽可能多的电力。在讨论太阳能电池板和电源时，经常使用最大功率点跟踪（MPPT）和最大功率点控制（MPPC）等术语。让我们更详细地研究这些术语的定义和含义。

如图1所示，太阳能电池板的输出电流随电池板电压非线性变化。在短路条件下，由于输出电压为零，因此输出功率为零。在开路条件下，由于输出电流为零，因此输出功率为零。大多数太阳能电池板制造商将指定最大功率（V议员).该电压通常约为面板开路电压的 70 – 80% （V超频).在图 1 中，V 时的最大功率略低于 140W议员略低于 32V 和我议员略低于 4.5A。

图1.显示最大功率的太阳能电池板 I-V 曲线

理想情况下，任何使用太阳能电池板的系统都将以其最大功率输出运行该电池板。对于太阳能电池充电器尤其如此，其目标可能是在尽可能短的时间内捕获和存储尽可能多的太阳能。换句话说，由于我们无法预测太阳能的可用性或强度，我们需要在能源可用时利用尽可能多的能量。

有许多不同的方法可以尝试在其最大功率点下操作太阳能电池板。最简单的方法之一是通过二极管将电池连接到太阳能电池板。该技术在文章“使用低功率太阳能电池板进行能量收集”中进行了描述。它依赖于将面板的最大功率输出电压与电池相对较窄的电压范围相匹配。当可用功率水平非常低（大约小于几十毫瓦）时，这可能是最好的方法。

频谱的另一端是一种实现完整最大功率点跟踪（MPPT）算法的方法。MPPT算法种类繁多，但大多数算法都有一定的能力来扫描太阳能电池板的整个工作范围，以找到产生最大功率的位置。LT8490 和 LTC4015 是执行此功能的集成电路示例。完整 MPPT 算法的优点是它可以区分局部功率峰值和全局功率最大值。在多电池太阳能电池板中，在部分遮阳条件下可能有多个功率峰值（见图2）。通常，需要完整的MPPT算法来找到真正的最大功率工作点。它通过定期扫描太阳能电池板的整个输出范围并记住达到最大功率的操作条件来实现这一点。扫描完成后，电路强制面板返回到其最大功率点。在这些周期性扫描之间，MPPT算法将不断抖动工作点，以确保其在峰值运行。

图2.部分阴影太阳能电池板显示多个最大功率

中间方法是凌力尔特公司称之为最大功率点控制（MPPC）的方法。该技术利用了最大功率电压（V议员），通常不会随着入射光量的变化而变化太大（有关更多信息，请参阅“太阳能电池充电器在弱光下保持高效率”）。因此，一个简单的电路可以迫使面板在固定电压下工作，并接近最大功率运行。分压器用于测量面板电压，如果输入电压低于编程电平，则面板上的负载将减小，直到可以保持编程电压电平。具有此功能的产品包括 LTC3105、LTC3129、LT3652 （HV）、LTC4000-1 和 LTC4020。 请注意，LT3652 和 LT3652HV 数据手册指的是 MPPT 而不是 MPPC，但这主要是因为在 LT3652 产品发布时凌力尔特没有提出 MPPC 术语。

关于 MPPC 和 LTC3105 的最后一点说明 – LTC3105 是一款升压型转换器，可在 0.25V 的极低电压下启动。这使得 LTC3105 特别适合于提升“1S”太阳能电池板（即输出电压为单个光伏电池板的太阳能电池板，即使该电池板有许多并联的光伏电池）的输出电压。使用1S太阳能电池板，将只有一个最大功率点 - 不可能有多个功率峰值。在这种情况下，不需要区分多个最大值。

总之，存在许多不同的方法，可以在最大输出工作条件下操作太阳能电池板。面板可以连接到电池（通过二极管），其电压范围接近面板的最大功率电压。可以使用完整的MPPT算法，包括周期性全局扫描以查找全局最大值和连续抖动以保持在该最大值（例如LT8490）。其他产品采用一种输入电压调节技术 （MPPC） 以在固定工作电压下操作太阳能电池板，包括 LTC3105、LTC3129、LT3652 （HV）、LTC4000-1 和 LTC4020。

审核编辑：郭婷