Эффект противодействия солнечной панели позволяет управлять резервным питанием и обеспечивать постоянный световой поток.
Дневные лампы с солнечным питанием (solar day lamp, SDL) изготавливаются путем простого подключения светодиодной матрицы к солнечной фотоэлектрической панели. SDL представляют собой экономичный способ использования солнечной энергии для освещения. Однако SDL присущи такие недостатки, как ограничение работы только дневным временем, колебания интенсивности света в зависимости от интенсивности солнечного освещения и низкая мощность в пасмурные или дождливые дни.
Для устранения этих недостатков предлагается простая система резервного сетевого питания. На Рисунке 1 показана блок-схема системы солнечного освещения, использующей эффект противодействия солнечной панели. Она состоит из нагрузки (здесь это SDL), которая питается от двух источников. Первый источник – солнечная фотоэлектрическая панель, второй – сеть переменного тока с AC/DC преобразователем. Перед подключением этих двух источников питания последовательно с соответствующими выходными клеммами подключаются диод и резистор. Диоды DS и DM обеспечивают блокировку тока от другого источника.
 |
|
| Рисунок 1. | Для получения постоянного светового потока в этой системе солнечного освещения используется эффект противодействия солнечной панели. |
Что такое эффект противодействия солнечной панели?
Чтобы понять эффект противодействия, мы должны сначала посмотреть на зависимость напряжения солнечной панели от сопротивления нагрузки. Был проведен простой тест с использованием массива из трех панелей, соединенных последовательно. Сопротивление нагрузки было напрямую подключено к выходным клеммам массива солнечных панелей. Характеристики фотоэлектрических панелей включают в себя:
- Номинальная мощность солнечной фотоэлектрической панели (WP): 10 Вт;
- Напряжение при максимальной мощности (VMP): 17.5 В;
- Напряжение холостого хода панели (VOC): 21.2 В;
- Ток при максимальной мощности (IMP): 0.58 А;
- Количество соединенных последовательно солнечных панелей: 3.
На Рисунке 2 для массива панелей показаны зависимости параметров VPV (напряжения), PPV (мощности) и IPV (тока) от сопротивления нагрузки в диапазоне 70 - 220 Ом при постоянной интенсивности солнечного света. График PPV ясно показывает, что максимальная мощность вырабатывалась при нагрузке 110 Ом. Точка максимальной мощности зависит от интенсивности солнечного света и рабочей температуры панелей.
 |
|
| Рисунок 2. | На графике показана характеристика массива фотоэлектрических панелей при постоянной интенсивности солнечного света. |
Напряжение массива VPV продолжает расти по мере увеличения сопротивления (начальный наклон больше, после точки максимальной мощности наклон уменьшается). Это монотонное увеличение напряжения массива означает, что массив работает как источник тока. Он повышает напряжение до тех пор, пока не сможет пропускать ток через нагрузку. Если нагрузка отключена, напряжение VPV достигает номинального значения холостого хода массива (63.6 В).
Такое поведение фотоэлектрических панелей используется для ограничения количества энергии, поступающей от AC/DC преобразователя. Если мощность, вырабатываемая фотоэлектрической панелью, увеличивается, ее напряжение «не пускает» энергию, вырабатываемую преобразователем. Всякий раз, когда происходит снижение мощности фотоэлектрической системы, автоматически увеличивается мощность, забираемая из сети. Таким образом, пользователь всегда будет получать постоянный световой поток независимо от колебаний интенсивности солнечного света.
В любой момент времени вся доступная энергия фотоэлектрической панели полностью используется для питания SDL. От сети потребляется только резервная мощность.
Проектирование системы солнечного освещения
На Рисунке 3 показана принципиальная схема предлагаемой системы солнечного освещения. Она состоит из трех фотоэлектрических панелей, соединенных последовательно. Выход массива панелей подключен к трем светодиодным лампам (L1, L2 и L3) через диоды DS1, DS2 и DS3 и резисторы RS1, RS2 и RS3. Светодиодные лампы также подключены к выходу AC/DC преобразователя VM через диоды DM1, DM2 и DM3 и резисторы RM1, RM2 и RM3.
 |
|
| Рисунок 3. | Принципиальная схема предлагаемой системы солнечного освещения с поддержкой эффекта противодействия солнечной панели. |
Некоторые детали конструкции схемы:
- Напряжение массива солнечных панелей при максимальной мощности (VPVM): 17.5 × 3 = 52.5 В;
- Прямое напряжение белого светодиода мощностью 1 Вт (VLED): 3 В; для 17 светодиодов – 51 В;
- Количество последовательно соединенных светодиодов: 52.5/3 = 17.5 (округление до 17);
- Ток светодиода: 0.2 A (максимальный ток 0.33 А);
- Количество светодиодных ламп, подключенных к массиву солнечных панелей: 0.58/0.2 = 2.9 (округление до 3);
- Остаточное напряжение: 52.5 – 51 = 1.5 В; сопротивление RWIRE провода между панелью и лампой – 0.6 Ом;
- Сопротивление последовательного резистора: RS = (1.5 В – VD – VWIRE)/ 0.2 = (1.5 – 0.7 – 0.6 × 0.58)/0.2 = 2.2 Ом (VD – прямое напряжение диода).
На Рисунке 4 показан график зависимости мощности массива панелей PPV от напряжения массива VPV. Глядя на график, становится ясно, что эта простая SDL очень точно отслеживает точку максимальной мощности. Поэтому в солнечную погоду SDL обеспечивает хорошее количество света в течение всего дня. Если такого количества света достаточно, AC/DC преобразователь можно выключить вручную выключателем SW.
 |
|
| Рисунок 4. | Зависимость мощности массива панелей от напряжения массива VPV для SDL с выключенным преобразователем. |
Выбор AC/DC преобразователя
Для напряжения лампы 51 В был выбран 48-вольтовый AC/DC преобразователь. В этом преобразователе предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения VM до 53 В. Выход преобразователя также подключен к лампам (L1, L2 и L3) через диоды DM1, DM2 и DM3 и резисторы RM1, RM2 и RM3. Эти резисторы помогают увеличить внутреннее сопротивление преобразователя.
С помощью этих резисторов можно усилить эффект противодействия. Кроме того, регулировка выходного напряжения преобразователя помогает контролировать эффект противодействия. После нескольких пробных включений для каждой лампы был выбран резистор 3.3 Ом, а напряжение VM установлено равным 52 В. В целях безопасности в выходную цепь преобразователя включен предохранитель на 1 А.
Купить LM311 на РадиоЛоцман.Цены
