專用IC，光伏電池，采集室內(nèi)照明能量

　　室內(nèi)照明提供了一個方便的能源對于許多應用，但缺乏太陽能的高功率電平。事實上，室內(nèi)照明能源采集系統(tǒng)面臨了一些微妙的不同，從那些太陽能能量采集中遇到的挑戰(zhàn)。然而，工程師可以快速實現(xiàn)使用各種組件和從廠家專門的設備，包括將Cymbet，IXYS，凌力爾特，松下，意法半導體和德州儀器，以及其他的能源采集設計。雖然太陽能可以達到足夠的功率整個建筑物和小城鎮(zhèn)的水平，室內(nèi)照明呈現(xiàn)明顯不同的特點。由于人眼的非凡的能力，以適應范圍極廣的照明水平的結(jié)果，人們往往會認為一個多云的天空，明亮的房間，例如之間的相對光照差別不大。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能的，并且可以通過數(shù)個數(shù)量級(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)化的太陽能電池可以產(chǎn)生每平方英寸約40毫瓦完全陽光直射。相比之下，即使是大型高效率晶體電池會產(chǎn)生比從典型的辦公室照明來源毫瓦。與此同時，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)。在戶外應用中使用的典型太陽能電池具有500nm的光譜靈敏度范圍至1100nm。室內(nèi)光包括波長可見的人的眼睛和PV電池用于室內(nèi)照明強調(diào)那些波長。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更覆蓋，從300納米(近紫外)到達至1100nm(近紅外)。事實上，他們的這種跨越寬光譜范圍內(nèi)的反應能力，使它們適用于室內(nèi)和室外應用。與此相反，無定形的細胞如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。無論細胞類型，在照明水平的差異對功率輸出的PV電池的一個顯著的影響。在給定的照明水平，PV電池具有在特定細胞電壓工作電平達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(MPP)顯著下降，細胞 - 輸出功率下降。此外，如果照明度到達PV電池急劇變化時，MPP實際上可以轉(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致最大功率點轉(zhuǎn)移，導致次優(yōu)的電力輸出，除非能量采集設計融合為最大功率點控制(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)的設計，以保持PV-工作電壓在指定的MPP。在更復雜的系統(tǒng)中，最大功率點追蹤(MPPT)算法動態(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。雖然太陽能收割機有與之抗衡的云和其他路過的陰影，室內(nèi)光能量可收割機面對照明的巨大差異取決于放置一個房間內(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設置，并在最佳水平維持MPP。

　　在照明在一個房間圖3的EnOcean差異圖像：雖然在一個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，在同一個房間，口述需要仔細布置室內(nèi)照明能量采集裝置，并支持靈活的能量采集的方法來保持正確的最大功率點。 MPP支持設備，如意法半導體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，使實施室內(nèi)照明能源收割機相對較少的外部元件(圖4)。與線性LTC3105和TI BQ25505相比之下，意法半導體SPV1040采用所謂的擾亂和觀察(P&O)，動態(tài)MPPT算法，逐步修改細胞的工作電壓，直到它找到MPP，允許設備跟蹤照明實質(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提供一個全面的能源收集解決方案 - 完整的MPPC通過單個電阻編程。 (凌力爾特公司提供)的線性和TI設備使用方法(有時被稱為最大功??率點控制，或MPPC)維持PV-工作電壓為正在使用電阻設定的水平。例如，線性LTC3105的MPPC電路動態(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VIN大于MPPC電壓，電感器電流增加，直到車輛被拉下到MPPC設定點。當輸入電壓VIN小于MPPC電壓，電感器電流將降低，直到VIN上升到MPPC設定點。同樣，TI BQ25505使用采樣網(wǎng)絡以優(yōu)化電源轉(zhuǎn)移到設備維護MPP。工程師們可以使用外部電阻和一個外部電容器保持采樣電壓編程MPP設定點。例如，對于PV電池與MPP即80%的開路電壓，工程師可以設置電阻分壓器80%的輸入電壓和所述網(wǎng)絡將控制輸入電壓接近該采樣的參考電壓來操作。用購自室內(nèi)光源的低能量水平，應用電路往往需要補充功率處理峰值負載，如無線通信突發(fā)。對于這些要求，設計人員可以將一個精工電子MS412FE，松下BSG ML-1220，或其他的小充電電池來儲存多余的收獲的電力使用高峰期。為了支持這種方法，意法半導體SPV1040，凌特LTC3105和德州儀器BQ25505每提供一個完整的，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)照明和太陽光有時騙過人的眼睛之間的差別，室內(nèi)照明的特點是在強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能能量收集細微的要求。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施高效率地能夠采集能量的從室內(nèi)光源的設計。