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提升太阳能电池板光电转换能效的方案 链接：/tech/12707.html 提升太阳能电池板光电转换能效的方案 多家市场调研机构预计，到2030年，可再生能源(如风力发电和太阳能发电)在全球能源消费总量中所占的份额将大 幅上升。倡导节能减排、绿色发展对所有行业提出了新的要求，迎合低碳经济时代的节能设计已成为能源企业和电子 产品竞争力的重要体现。 市场机遇与挑战 发展可再生能源是大势所趋。而太阳能和风力发电是智能电网的组成部分，同属于分布式发电范畴。推动智能电网 发展可以带来许多优势，如利用双向通讯实现需求对应管理，缓和用电高峰，快速发现故障，避免停电事故，从而实 现更高能效、可靠性及安全性；智能地整合新的替代能源，并为电动和混合动力汽车提供电力；更好地调整能源供需 ，更高效地利用发电厂及电网，减少碳排放量；提供动态的费率表，帮助客户优化总电能消费及电费支出，改善客户 服务；及远程读表及远程通电和断电可以节省人力成本，提高运营效率等。 在推进可持续发展的共识下，中国目前正在大力发展太阳能、风能等产业，前景看好。其中太阳能领域的技术已经日 趋成熟，太阳能发电等都获得了长足发展，太阳能街道照明也越来越受到青睐。此外，为导入新一代智能电网而完善 Grid)”的概念已在上海世博会展示。 不过，在发展可再生能源和升级改造现有电网的同时，也面临着不少挑战。对半导体行业来说，最大的挑战莫过于能 量转换，因为发展可再生能源的关键在于优化能效。以太阳能供电的LED街道照明为例，这种应用需要高效可靠的太 阳能板充电控制器，以及LED驱动器等关键器件，需求相当可观。而智能电网从发电、配电和现场区域网到智能电表 通信及家庭区域网，也都需要诸多电子元器件。其中包括功率因数控制器、交流-直流(AC-DC)和直流-直流(DC-DC) 控制器、稳压器、MOSFET、三端双向可控硅开关元件(TRIAC)、电力线载波调制解调器、滤波、输入/输出(I/O)及数 据保护、线路驱动器及信号放大器、LCD背光驱动器、EEPROM存储器及智能卡接口等。 应用于智能电网的高能效解决方案示例 1. 提升太阳能电池板光电转换能效的方案 近年来，业界越来越关注利用可再生清洁能源太阳能的街道照明。对于太阳能街灯而言，提高太阳能电池板的光电转 换能效非常重要。太阳能电池板的电压-电流(V-I)特性曲线呈现非线性和可变性，要从中获取最大量的电能非常困难 。这需要太阳能LED街灯的充电控制器及其他相关电子电路(一般采用微控制器来实现)尽可能采用有效的控制方法来 提高能效。 安森美半导体的CS51221增强型电压模式PWM控制器就是一种可提高太阳能电池板能效的器件。它可以控制太阳能板 电池充电，支持最大峰值功率追踪(MPPT)功能，为太阳能电池不断变化的V- I特性曲线提供补偿，优化太阳能电池的功率输出，提高能效，并使蓄电池充电至优化电量。 在应用电路中，需要为CS51221选择合适的拓扑结构。该拓扑结构要能够在一个蓄电池的情况下将太阳能板输出电压 降至12V，而在两个或多个蓄电池情况下也能轻易修改，支持升压至24V。CS51221本身能够配置为正激、反激或升压 拓扑结构。在针对太阳能板充电控制应用推出的参考设计中，安森美半导体选择的是反激拓扑结构。 在应用中，通过在ISET引脚动态调节电流限制，从而实现最大峰值功率追踪功能。一旦输入电压逐脉冲下降，电流限 制就会被降低，直至输入电压恢复。这种方式无需使用价格昂贵的微控制器。这样实现的充电控制器会发现峰值功率 点并进行动态调节，使其符合不断变化的电源特性。实际上，通过采用最大峰值功率追踪技术，可以将较以往多30% 的电荷从太阳能板传输至蓄电池，这样太阳能街灯系统就可以采用尺寸更小的太阳能板，从而带来显著的成本效益。 图1是采用安森美半导体CS51221控制器的太阳能板充电控制应用示意图。 提升太阳能电池板光电转换能效的方案 链接：/tech/12707.html 2. 智能电网方案 今天的电网已变得比以往更大、更安全，具有更高的能效，但其智能化程度仍然偏低，所以智能电网是当今的重要发 展趋势。 安森美半导体已投入并正大量投资智能电网研发，涵盖所有产品线，包括电源转换模拟IC、信号IC(如低噪声放大器)