Укрощение строптивых солнечных элементов

Характеристики устройств, преобразующих солнечный свет в электричество (солнечных элементов) очень сильно зависят от множества внешних обстоятельств: уровня освещенности (инсоляции), температуры, возраста элемента, его загрязненности и т. д. Для того чтобы получить от них максимум мощности, в источниках питания компании ZMDI применяются алгоритмы отслеживания точки максимальной мощности.

Все фотовольтаические (то есть преобразующие энергию солнца непосредственно в электричество) электростанции, независимо от их размеров и мощности, устроены сходно: энергия, полученная от солнечных элементов, запасается в хранилищах, откуда она направляется к потребителям. Это нужно для того, чтобы сгладить неравномерности мощности, вызванные суточными изменениями освещения, погодой и прочими факторами. Крупные электростанции запасают энергию в аккумуляторах. Нам же более интересны решения для питания маломощных автономных устройств, например, датчиков с беспроводным интерфейсом для "умных домов", систем сигнализации и прочих обитателей "интернета вещей". Таким приборам для обеспечения их непрерывной работы хватает одной-двух солнечных ячеек, а в качестве хранилища энергии для них все чаще применяются суперконденсаторы.

Однако соединять напрямую солнечный элемент и суперконденсатор нельзя. Выдаваемая солнечным элементом мощность очень сильно зависит от множества внешних факторов. Преобразователь напряжения для зарядки суперконденсаторов ZSPM4523 компании ZMDI отслеживает точку максимальной мощности солнечного элемента, измеряя выходные характеристики солнечного элемента и подстраивая под них сопротивление нагрузки (Рисунок1). Технология MPPT (Maximum Power Point Tracking) позволяет максимально быстро и эффективно заряжать суперконденсатор: преобразователь способен выдавать максимальный ток до 1.5 А с КПД при типовой нагрузке до 92%.

Рисунок 1.	Выходные характеристики солнечной ячейки в зависимости от освещенности и точка максимальной мощности (лежит на вертикальной линии).

Преобразователь ZSPM4523 (см. Рисунок 2) работает на частоте 1 МГц, что дает возможность экономить место на плате устройства, применяя малогабаритные компоненты фильтра. Встроенные цепи защиты от перегрузки, превышения напряжения питания, температуры предохранят изделие от повреждений, вызванных неисправностями источника питания. Для сигнализации о неисправностях служит инвертированный выход NFLT, программирование микросхемы выполняется через интерфейс I²C.

Рисунок 2.	Структурная схема ZSPM4523.

Характеристики и особенности преобразователя ZSPM4523:

• независимое от температуры слежение за точкой максимальной мощности (MPPT);
• блокировка обратного выходного тока;
• напряжение прекращения зарядки с температурной компенсацией задается в пределах от 2.48 до 2.74 В с точностью ± 1%;
• устанавливаемый пользователем максимальный ток зарядки в пределах от 50 мА до 1.5 А;
• входное напряжение от 3.2 до 7.2 В;
• защита от превышения входного и выходного напряжений;
• индикация статуса зарядки;
• диапазон рабочих температур от –40 до 125° C;
• 16-выводный корпус PQFN размером 4 × 4 мм.

О компании

Компания Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI) – глобальный разработчик аналоговых и цифровых технологий обработки сигналов. Работая на рынке в течение 50 лет, компания ZMDI создает эффективные решения для систем питания, промышленной автоматизации, освещения и сенсоров.

Посмотреть подробные характеристики преобразователей ZMDI