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太阳能电池一般由 PN 结组成,PN 结中的光能 (光子) 通过导致电子和空穴的重新组合而产生电流。由于 PN 结的特性类似于二极管的特性,我们一般以下图中所示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型: | 太阳能电池一般由 PN 结组成,PN 结中的光能 (光子) 通过导致电子和空穴的重新组合而产生电流。由于 PN 结的特性类似于二极管的特性,我们一般以下图中所示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型: |
2018年10月31日 (三) 20:45的版本
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1 太阳能电池的伏安特性
太阳能电池一般由 PN 结组成,PN 结中的光能 (光子) 通过导致电子和空穴的重新组合而产生电流。由于 PN 结的特性类似于二极管的特性,我们一般以下图中所示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型:
电流源 Iph 产生的电流和太阳能电池上的光量度成正比。在没有负载连接的时候,几乎所有产生的电流都流过二极管 D,其正向电压决定着太阳能电池的开路电压 (Voc)。该电压会因各种类型太阳能电池的特性不同而有所差异。但是,对于大多数硅电池而言,这一电压都在 0.5V 到 0.6V 之间,这也是 PN 结二极管的正常正向电压。
在实际太阳能电池应用中,并联电阻 Rp 的泄漏电流很小,而 Rs 则会产生连接损耗。下图展示了太阳能电池在输出上的特性。由于串联电阻 Rs 的原因,电压会稍有下降。然而,有时如果通过内部二极管的电流太小,会导致偏置不够,并且穿过它的电压会随着负载电流的增加而急剧下降。最后,如果所有电流都只流过负载而不流过二极管,输出电压就会变为零。这个电流被称为太阳能电池的短路电流 Isc。Isc 和 Voc 都是定义太阳能工作性能的主要参数之一。
太阳能电池可认为是“电流限制”型电源,输出电压会随着输出电流的增加而降低,并在负载电流达到短路电流时降为零。 其极端情况为:
- 当输出电压为其最大数值 (Voc) 时,输出电流为零
- 当输出电流达到最大值 (Isc),但输出电压为零
曲线关系为:
则输出功率也是动态变化的,其极值为最大功率点 (MPP)。
实验记录出输出曲线,就能求得最大矩形面积的点 MPP,一般都会在输出特性曲线的下半部分的某个位置,其确切位置会因入射光线和环境温度的不同而不同
太阳能电池的输出电流随光照强度的变化而变化,上下电流波动较大,一般不能直接给用电系统供电,需将能量先存储于电池中,然后通过电池为系统供电。
2 电池板选型
- 5V 3.2W:https://detail.1688.com/offer/41399576276.html (245mm * 235mm * 1mm)
- 5V 2.7W: https://detail.1688.com/offer/1298478899.html (245mm * 200mm * 1mm)
- 5V 1.8W: https://detail.1688.com/offer/1298475380.html (230mm * 175mm * 1mm)
- 3.3V 2.5W: https://detail.1688.com/offer/523245478956.html
3 Controller
Lithium Ion Battery Charger for Solar-Powered Systems:
4 Voltage Regulator
4.1 LP3872
- Input Voltage Range: 2.5 V to 7 V
- Ultra Low-Dropout Voltage; typically 38 mV at 150mA load current and 380mV at 1.5A load current.
- Load Regulation of 0.06%
- 10nA Quiescent Current in Shutdown Mode
- Ensured Output Current of 1.5A DC
- Available in DDPAK/TO-263, TO-220, and SOT-223 Packages
- Output Voltage Accuracy ±1.5%
- Minimum Output Capacitor Requirements
- Sense Option Improves Load Regulation
- Overtemperature/Overcurrent Protection
- −40°C to 125°C Junction Temperature Range
4.2 TPS63002
- Input Voltage Range: 1.8 V to 5.5 V
- Fixed and Adjustable Output Voltage Options from 1.2 V to 5.5 V
- Up to 96% Efficiency
- 1200-mA Output Current at 3.3 V in Step-Down Mode (VIN = 3.6 V to 5.5 V)
- Up to 800-mA Output Current at 3.3 V in Boost Mode (VIN > 2.4 V)
- Automatic Transition Between Step-Down and Boost Mode
- Device Quiescent Current less than 50 μA
- Power-Save Mode for Improved Efficiency at Low Output Power
- Load Disconnect During Shutdown
- Overtemperature Protection
- Small 3mm × 3mm 10-Pin VSON Package (QFN)