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功率电感:浅谈设计优异性价比的光伏供电系统(一)

2015/8/1

  就一定量的光能和工作条件而言,太阳能电池板在某一特定输出电压上产生峰值输出功率。图1所示为由七十二节电池组成的太阳能电池板,在电池板温度为60°C时的特性。虚线代表电池板的I-V曲线,X轴表示电池板电压。实线表示当电池板电压从0V变化到电池板开路电压时电池板产生的输出功率;电池电压变化是用简单的负载箱实现的。

  图1在不存在局部光照被遮挡的情况下,给定太阳能电池板的简单功率曲线。

  就此处所述这一特定情况而言,大功率点在32V,该电池板可提供140W功率。如果允许电池板温度变化,在真实情况中这当然是允许的,那么大功率点可能在大热天的28V到寒冷冬天的44V之间变化。

  很多较简单的太阳能充电系统会将电池板电压工作点设定为固定值;在上述特定电池板情况下,这类较简单的系统会将电池板工作点设定到32V,以在给定温度时汲取大功率,而这个例子的温度为60°C。不过,当电池板温度变化时,会浪费大量功率,因为电池板不在真正的大功率点上工作了。在这类情况下,可能会浪费20-30%以上的可用功率。

  使情况变得更糟的是,按照已实行的安全标准,大多数电池板必须在太阳能电池数组中装上旁路二极管;这么做的原因,是当部分电池板被遮住而得不到太阳光照射,而其他部分得到充足阳光照射时,太阳能电池板会有一些特殊情况发生。

  这时,被遮住的太阳能电池是反向偏置的,但其中仍然有很大的电流流过,因为其他得到充足光照的电池正在提供电流,被遮住的电池温度可能上升,这有可能造成火灾。为了帮助降低火灾风险,制造商在电池板各处都放置了旁路二极管。图2显示在上述七十二节电池的太阳能电池板上,旁路二极管是怎样放置的。

  图2出于安全考虑,七十二节电池的太阳能电池板上放置了三个旁路二极管。

  由于电池板中存在旁路二极管,当部分电池板被遮挡时,就可能出现复杂的功率电压特性。图3显示了这种情况,其中出现了两个局部大功率点,一个在21V电压处,另一个在37V电压处。如果采用前述简单的32V功率点设定方法,那么可获得79.4W功率,而不是在真正大功率点21V上可获得的90.1W;这表明在这种情况下损失了13.5%的功率。显然可跟踪真正大功率点并在其上工作的系统会有功率表现。

  图3当太阳能电池板被部分遮挡时,会产生较复杂的功率曲线。

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梁先生08:58:23
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