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采用双MPPT电路使太阳能灯具提升49%的效率

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dhy1234
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LV4
初级工程师
  • 2019-2-26 17:25:39
提高效率49%的MPPT太阳能灯具控制电路
目前常见的太阳能灯具配置如下:两串铁锂电池,10V工作电压的光伏组件,2LED灯板。太阳能板子经过一只肖特基二极管给电池充电,采用一只电阻镇流放电,原理图示如下:(A1 A2 A3 A4为四只电流表,实际电路是没有的) 太阳能投光灯1.png


1       在合适光照下,太阳能输出一定电流值,经过A1检测,如果A1读数为1A,发电4小时,那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)
2       经过肖特基二极管之后,给锂电池充电,电流没有变化,A2读数为1A
充电4小时,电池接收的电量是4AH(6.4V)
3       到了夜间,电池放电电流是1A,A3读数是1A,放电4小时,那么电池放出的电量是4AH(6.4V)
4       经过1欧电阻后,电流没有变化,A4读数也是1A,那么灯板接收的电量是4AH(5.4V)
从上述参数来看,电量一直没有变化,都是4AH;
变化的是电压,从10V变化到6.4V,最后变化到5.4V;
再看能量的变化过程:
太阳能10V*4A=40WH 电池6.4V*4A=26.4WH  灯板5.4V*4A=21.6WH
可以看出,太阳能板子发出的电能,到最终亮灯应用,能量利用效率54%。
采用MPPT充电电路,使太阳能组件工作在最佳工作点,尽可能多的把能量抓取出来,给电池充电;采用降压扩流亮灯电路,充分利用电池每一分电力,使灯具更亮,时间更长。原理图示如下:
太阳能投光灯2.png

1       在合适光照下,太阳能输出一定电流值,经过A1检测,如果A1读数为1A,发电4小时,那么太阳能提供的电量是4AH(10.0V)
2       经过MPPT充电电路之后,电流扩展,A2读数为1.3A,充电4小时,电池接收的电量是5.2AH(6.4V)
3       到了夜间,电池放电1A,  A3读数是1A,可以放电5.2小时,电池放出的电量是1A×5.2=5.2AH(6.4V)
4       经过扩流放电电路之后,电流扩展,  A4读数为1.15A,灯板接收的电量是1.15A×5.2H=5.98AH(5.4V)
从上述参数来看,电量一直在增加,从4AH到5.2AH,再到5.98AH
再看能量的变化过程:
太阳能10V*4A=40WH  电池6.4V*5.2A=33.28WH 灯板5.4V*5.98A=32.292WH
可以看出,太阳能板子发出的电能,到最终亮灯使用,能量利用效率80%.
改进型电路是常规电路的32.292WH/21.6WH=1.49倍。
双MPPT淘宝图1.png

如上电压电流数据是实际测试所得。
铁锂电池的充放电效率假设为100%。(实际在90-95%之间)
智能化亮灯控制电路
太阳能灯具采用阳光能量,收天气影响,天有阴晴,灯具每天接收的能量或多或少。而夜晚都是一样,需要合适的照明。
或多或少的电量如何适应相同的夜晚照明要求,这是个难点!
智能亮灯电路会检测每天的充电电量。电量足,则亮灯功率大,电量少,亮灯功率小,亮灯功率的不同,从而保证夜晚的照明时间,保证大部分夜晚不熄灯。
新款庭院灯功率时间变化曲线.png

具体电路原理是:
采用精确基准电路,做反馈控制环路
电池从满电状态开始亮灯,灯电流1.5A
随着不断放电,电池电压在降低
同时经过调整的恒流电路,也会降低输出电流。
3小时后,电池电压为6.50V,灯电流0.91A
而此时电池剩余电量40%左右
反馈回路发挥作用,开始降低亮灯电流。从0.91A降低到0.30A,历时4小时。
而此时段电池电压是维持在6.50V(电流不断的降低,电池电压可以维持不变)
新款庭院灯电池电压和时间变化曲线.png

天气原因,太阳能板子功率配置偏小,安装角度不合适,这都会造成太阳能发电量不足,从而导致电池还有储电空间的情况下做的推演。
如果太阳能组件配置够大,合适的安装角度,当地阳光够强,用常规电路都可以充饱电池;MPPT的对比效果就没有那么明显。
在常规太阳能灯具配置下,改进型电路能够显著提高每天充饱电池的几率,同时每天都会提升亮灯时的放电效率。尤其在太阳能板子尺寸受限制的一体化太阳能灯具上会具备比较显著的效果。

cyx7610
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LV10
总工程师
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不错,了解一下。
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