專用IC，光伏電池，采集室內(nèi)照明能量

室內(nèi)照明提供了一個(gè)方便的能源對(duì)于許多應(yīng)用，但缺乏太陽(yáng)能的高功率電平。事實(shí)上，室內(nèi)照明能源采集系統(tǒng)面臨了一些微妙的不同，從那些太陽(yáng)能能量采集中遇到的挑戰(zhàn)。然而，工程師可以快速實(shí)現(xiàn)使用各種組件和從廠家專門的設(shè)備，包括將Cymbet，IXYS，凌力爾特，松下，意法半導(dǎo)體和德州儀器，以及其他的能源采集設(shè)計(jì)。雖然太陽(yáng)能可以達(dá)到足夠的功率整個(gè)建筑物和小城鎮(zhèn)的水平，室內(nèi)照明呈現(xiàn)明顯不同的特點(diǎn)。由于人眼的非凡的能力，以適應(yīng)范圍極廣的照明水平的結(jié)果，人們往往會(huì)認(rèn)為一個(gè)多云的天空，明亮的房間，例如之間的相對(duì)光照差別不大。然而，可收獲能量的電平是在兩者之間顯著不同。事實(shí)上，可提供即使是最好的室內(nèi)照明功率密度是大大低于太陽(yáng)能的，并且可以通過(guò)數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)(圖1)不同。往往掩蓋在照明水平的差異室內(nèi)照明的功率密度可以比該全光照在某些情況下，較低的訂單，但人的眼睛的非常寬的動(dòng)態(tài)范圍：室內(nèi)照明圖1 IXYS功率密度的圖像。

(IXYS提供)光伏差異，這些差異直接轉(zhuǎn)化為能量收集輸出。日光優(yōu)化的太陽(yáng)能電池可以產(chǎn)生每平方英寸約40毫瓦完全陽(yáng)光直射。相比之下，即使是大型高效率晶體電池會(huì)產(chǎn)生比從典型的辦公室照明來(lái)源毫瓦。與此同時(shí)，光伏(PV)電池的用于室內(nèi)和室外的能量采集的光譜靈敏度不同符合其各自的源的性質(zhì)。在戶外應(yīng)用中使用的典型太陽(yáng)能電池具有500nm的光譜靈敏度范圍至1100nm。室內(nèi)光包括波長(zhǎng)可見的人的眼睛和PV電池用于室內(nèi)照明強(qiáng)調(diào)那些波長(zhǎng)。例如，單晶光伏電池諸如那些在IXYS IXOLAR系列提供在可見光到人類較低的波長(zhǎng)更覆蓋，從300納米(近紫外)到達(dá)至1100nm(近紅外)。事實(shí)上，他們的這種跨越寬光譜范圍內(nèi)的反應(yīng)能力，使它們適用于室內(nèi)和室外應(yīng)用。與此相反，無(wú)定形的細(xì)胞如Cymbet的CBC-PV-01N和CBC-PV-02N，以及松下Amorton系列提供的300nm到600nm的光譜范圍內(nèi)，提供了光譜靈敏度更符合人眼 - 和室內(nèi)照明。無(wú)論細(xì)胞類型，在照明水平的差異對(duì)功率輸出的PV電池的一個(gè)顯著的影響。在給定的照明水平，PV電池具有在特定細(xì)胞電壓工作電平達(dá)到其最大的特性功率曲線。如果電池電壓升至或從該最大功率點(diǎn)(MPP)顯著下降，細(xì)胞 - 輸出功率下降。此外，如果照明度到達(dá)PV電池急劇變化時(shí)，MPP實(shí)際上可以轉(zhuǎn)移到更低或更高的電壓(圖2)。

凌力爾特變化照明水平圖像圖2：變更在照明水平可能導(dǎo)致最大功率點(diǎn)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致次優(yōu)的電力輸出，除非能量采集設(shè)計(jì)融合為最大功率點(diǎn)控制(MPPC)方法。 (凌力爾特公司提供)為了幫助最大限度地提高輸出功率，既outdoor-和室內(nèi)光能量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以保持PV-工作電壓在指定的MPP。在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)算法動(dòng)態(tài)修改小區(qū)的工作電壓，以確保它跟蹤在照明或操作條件的任何變化。雖然太陽(yáng)能收割機(jī)有與之抗衡的云和其他路過(guò)的陰影，室內(nèi)光能量可收割機(jī)面對(duì)照明的巨大差異取決于放置一個(gè)房間內(nèi)(圖3)。因此，室內(nèi)照明能量采集系統(tǒng)需要使用類似的方法來(lái)設(shè)置，并在最佳水平維持MPP。

在照明在一個(gè)房間圖3的EnOcean差異圖像：雖然在一個(gè)房間中的照明的差別常常被忽視，照明的桌面(EA)上水平可以比大于在天花板(ED)的10倍，在同一個(gè)房間，口述需要仔細(xì)布置室內(nèi)照明能量采集裝置，并支持靈活的能量采集的方法來(lái)保持正確的最大功率點(diǎn)。 MPP支持設(shè)備，如意法半導(dǎo)體SPV1040，凌特LTC3105和德州儀器BQ25505(EnOcean公司的提供)提供了一套完整的功能，使實(shí)施室內(nèi)照明能源收割機(jī)相對(duì)較少的外部元件(圖4)。與線性LTC3105和TI BQ25505相比之下，意法半導(dǎo)體SPV1040采用所謂的擾亂和觀察(PO)，動(dòng)態(tài)MPPT算法，逐步修改細(xì)胞的工作電壓，直到它找到MPP，允許設(shè)備跟蹤照明實(shí)質(zhì)性變化，例子。

凌力爾特LTC3105圖4圖像：如凌特LTC3105專用IC只需要很少的外部組件來(lái)提供一個(gè)全面的能源收集解決方案 - 完整的MPPC通過(guò)單個(gè)電阻編程。 (凌力爾特公司提供)的線性和TI設(shè)備使用方法(有時(shí)被稱為最大功率點(diǎn)控制，或MPPC)維持PV-工作電壓為正在使用電阻設(shè)定的水平。例如，線性LTC3105的MPPC電路動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)平均電感電流，以防止在輸入電壓跌落低于MPPC閾值(再次，參見圖4)。當(dāng)VIN大于MPPC電壓，電感器電流增加，直到車輛被拉下到MPPC設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)輸入電壓VIN小于MPPC電壓，電感器電流將降低，直到VIN上升到MPPC設(shè)定點(diǎn)。同樣，TI BQ25505使用采樣網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化電源轉(zhuǎn)移到設(shè)備維護(hù)MPP。工程師們可以使用外部電阻和一個(gè)外部電容器保持采樣電壓編程MPP設(shè)定點(diǎn)。例如，對(duì)于PV電池與MPP即80%的開路電壓，工程師可以設(shè)置電阻分壓器80%的輸入電壓和所述網(wǎng)絡(luò)將控制輸入電壓接近該采樣的參考電壓來(lái)操作。用購(gòu)自室內(nèi)光源的低能量水平，應(yīng)用電路往往需要補(bǔ)充功率處理峰值負(fù)載，如無(wú)線通信突發(fā)。對(duì)于這些要求，設(shè)計(jì)人員可以將一個(gè)精工電子MS412FE，松下BSG ML-1220，或其他的小充電電池來(lái)儲(chǔ)存多余的收獲的電力使用高峰期。為了支持這種方法，意法半導(dǎo)體SPV1040，凌特LTC3105和德州儀器BQ25505每提供一個(gè)完整的，集成的電池充電管理功能，包括電池充電電壓和電流調(diào)節(jié)功能。結(jié)論雖然室內(nèi)照明和太陽(yáng)光有時(shí)騙過(guò)人的眼睛之間的差別，室內(nèi)照明的特點(diǎn)是在強(qiáng)度和頻譜從自然光不同。其結(jié)果是，室內(nèi)能量收集提出了不同的那些的太陽(yáng)能能量收集細(xì)微的要求。采用能量收集IC和專門部件，如monocrystalline-或非晶PV電池，工程師仍然可以快速實(shí)施高效率地能夠采集能量的從室內(nèi)光源的設(shè)計(jì)。