提高效率49%的MPPT太陽能燈具控制電路
目前常見的太陽能燈具配置如下:兩串鐵鋰電池,10V工作電壓的光伏組件,2串LED燈板。太陽能板子經過一只肖特基二極管給電池充電,采用一只電阻鎮流放電,原理圖示如下:(A1 A2 A3 A4為四只電流表,實際電路是沒有的)
1 在合適光照下,太陽能輸出一定電流值,經過A1檢測,如果A1讀數為1A,發電4小時,那么太陽能提供的電量是4AH(10.0V)
2 經過肖特基二極管之后,給鋰電池充電,電流沒有變化,A2讀數為1A
充電4小時,電池接收的電量是4AH(6.4V)
3 到了夜間,電池放電電流是1A,A3讀數是1A,放電4小時,那么電池放出的電量是4AH(6.4V)
4 經過1歐電阻后,電流沒有變化,A4讀數也是1A,那么燈板接收的電量是4AH(5.4V)
從上述參數來看,電量一直沒有變化,都是4AH;
變化的是電壓,從10V變化到6.4V,最后變化到5.4V;
再看能量的變化過程:
太陽能10V*4A=40WH 電池6.4V*4A=26.4WH 燈板5.4V*4A=21.6WH
可以看出,太陽能板子發出的電能,到最終亮燈應用,能量利用效率54%。
采用MPPT充電電路,使太陽能組件工作在最佳工作點,盡可能多的把能量抓取出來,給電池充電;采用降壓擴流亮燈電路,充分利用電池每一分電力,使燈具更亮,時間更長。原理圖示如下:
1 在合適光照下,太陽能輸出一定電流值,經過A1檢測,如果A1讀數為1A,發電4小時,那么太陽能提供的電量是4AH(10.0V)
2 經過MPPT充電電路之后,電流擴展,A2讀數為1.3A,充電4小時,電池接收的電量是5.2AH(6.4V)
3 到了夜間,電池放電1A, A3讀數是1A,可以放電5.2小時,電池放出的電量是1A×5.2=5.2AH(6.4V)
4 經過擴流放電電路之后,電流擴展, A4讀數為1.15A,燈板接收的電量是1.15A×5.2H=5.98AH(5.4V)
從上述參數來看,電量一直在增加,從4AH到5.2AH,再到5.98AH
再看能量的變化過程:
太陽能10V*4A=40WH 電池6.4V*5.2A=33.28WH 燈板5.4V*5.98A=32.292WH
可以看出,太陽能板子發出的電能,到最終亮燈使用,能量利用效率80%.
改進型電路是常規電路的32.292WH/21.6WH=1.49倍。
如上電壓電流數據是實際測試所得。
鐵鋰電池的充放電效率假設為100%。(實際在90-95%之間)
智能化亮燈控制電路
太陽能燈具采用陽光能量,收天氣影響,天有陰晴,燈具每天接收的能量或多或少。而夜晚都是一樣,需要合適的照明。
或多或少的電量如何適應相同的夜晚照明要求,這是個難點!
智能亮燈電路會檢測每天的充電電量。電量足,則亮燈功率大,電量少,亮燈功率小,亮燈功率的不同,從而保證夜晚的照明時間,保證大部分夜晚不熄燈。
具體電路原理是:
采用精確基準電路,做反饋控制環路
電池從滿電狀態開始亮燈,燈電流1.5A
隨著不斷放電,電池電壓在降低
同時經過調整的恒流電路,也會降低輸出電流。
到3小時后,電池電壓為6.50V,燈電流0.91A
而此時電池剩余電量40%左右
反饋回路發揮作用,開始降低亮燈電流。從0.91A降低到0.30A,歷時4小時。
而此時段電池電壓是維持在6.50V(電流不斷的降低,電池電壓可以維持不變)
天氣原因,太陽能板子功率配置偏小,安裝角度不合適,這都會造成太陽能發電量不足,從而導致電池還有儲電空間的情況下做的推演。
如果太陽能組件配置夠大,合適的安裝角度,當地陽光夠強,用常規電路都可以充飽電池;MPPT的對比效果就沒有那么明顯。
在常規太陽能燈具配置下,改進型電路能夠顯著提高每天充飽電池的幾率,同時每天都會提升亮燈時的放電效率。尤其在太陽能板子尺寸受限制的一體化太陽能燈具上會具備比較顯著的效果。