如何设计兼顾效率与成本的太阳能系统

最后，既然电池板不是可靠的电源，那么就需要电池原地充电(充电器给电池馈电，且负载连接到电池)，在这种情况下，电池既是电源，又做为缓冲 器使用。

最大功率点追踪提升太阳能系统发电量

太阳能电池板可能在某些非理想环境条件下工作，如电池板部分被遮挡(树叶、鸟粪、阴影、雪等)、电池板的温度变化、电池板老化等；最大功率点追踪(MPPT)这种方法有助于在所有工作条件下，从太阳能电池板汲取最多能量。

在离网太阳能电池板系统中，电源系统故障代价高昂，客户希望尽可能从电池板汲取最多能量。此外，他们希望最大限度延长两次太阳能供电系统维护之间的正常运行时间。

真 正的主动最大功率点追踪会找出所有条件下的最佳工作点，这会降低系统总体成本，因为可以使用最小的电池板或最小的电池，从而减少过度设计系统的需求。真正 的MPPT会发现最佳峰值功率点，并剔除假的局部最大功率点，这种局部最大功率点在部分被遮挡的电池板中很常见(电池板部分被遮挡时的供电模式由电池板内 部旁路二极管的数量和安排决定)。

解决上述问题的IC充电解决方案，须要具备以下特性，即使不是全部、也必须囊括许多特性：

● 最短的软件和固件开发时间

● 弹性的升降压拓扑

● 主动MPPT算法

● 简单、自主运行(无需微处理器)

● 因应各种不同电池化学组成的终止算法

● 原地充电--向负载供电的同时给电池充电

● 宽输入电压范围以适合各种不同的电源

● 宽输出电压范围以应对多个电池组

● 高输出/充电电流

● 小型、扁平解决方案

● 先进的封装以提高热性能和空间占用效率

● 成本效益的解决方案

典 型的复杂太阳能电池充电系统由一个直流对直流(DC-DC)开关电池充电器、一个微处理器和几个IC，以及分立式组件组成，以实现最大功率点控制/追踪功 能；另一种可能的解决方案是太阳能模块。不过这些解决方案费用高昂、复杂而不易设计(需要软件、固件等)，而且往往锁定到假的太阳能电池板最大功率点上， 因此无法以尽可能高的效率运行。有鉴于此，电源芯片商推出一种简单、创新的高压升降压充电控制器IC，该IC专门针对太阳能应用，既不须要开发软件也不须 要开发固件，因此可大幅缩短产品上市时程。

图4所示是一款因应铅酸和锂电池的同步升降压电池充电控制器，其具备自动最大功率点追踪和温度补偿功能。该组件的输入电压可以高于、低于或等于稳定的电池浮动电压。

图4　同步升降压电池充电控制器的典型应用电路

上述全功能电池充电器提供很多可选定电流定电压(CC-CV)充电曲线，非常适合为各种锂或铅酸化学组成的电池充电，包括密封铅酸电池、凝胶电池和富液式铅酸电池，并且该芯片内建所有充电终止算法，因此无需软件或固件开发，可跳过此设计时间。

该 电池充电控制器可操作于宽广的6-80V输入电压范围内，采用四开关同步整流和单个电感就可产生1.3-80V电池浮动电压输出。视外部FET选择的不同 而异，该组件能够提供高达10A的充电电流，其MPPT电路能够在太阳能电池板的整个工作范围内工作，即使电池板部分被遮挡而导致存在局部最大功率点，它 也能找出真正的最大功率点。

一旦发现真正的最大功率点，这款电池充电控制器就会在该点上工作，同时运用高频抖动方法快速追踪局部最大功率点的变化。透过这种方法，即使在非理想工作环境中，该方案也能够充分利用太阳能电池板产生的功率。

MPPT 的全面搜索如图5所示，图5中较高的曲线显示电池板输出电压；前述的升降压太阳能电池充电控制器会控制电池板电压达到开路电压后，又再控制电池板线性斜坡 下降至最低值。图5中间的曲线则显示随电池板电压变化的电池板电流；充电控制器测量该电流，然后在内部计算功率，一旦全面扫描完成，电池板电压就返回到所 测得的最大功率点。

图5　同步升降压电池充电控制器MPPT的全面搜索，较高曲线为电池板电压；中间的曲线则为电池板电流；图中底部的曲线则是该充电器的控制信号。

高频抖动方法用来追踪两次全面搜索之间最大功率点产生的较小变化，如图6所示。大约在示波器图形的中间部位，为电池板加上了一次功率点变化，以模仿由于天空中云的移动而改变电池板光照量的情况。

图6　同步升降压电池充电控制器在两次全面搜索之间进行局部高频抖动。较高曲线为电池板电压；图中底部的曲线则为电池板电流；图的中间曲线则是来自该控制器的控制信号。

这时，前述充电控制器先在高于、后在低于目前MPPT点的范围，以小幅度连续移动电池板电压，以检查是否存