专用IC光伏电池采集室内照明能量

半导体

　　室内照明提供了一个方便的能源对于许多应用，但缺乏太阳能的高功率电平。事实上，室内照明能源采集系统面临了一些微妙的不同，从那些太阳能能量采集中遇到的挑战。然而，工程师可以快速实现使用各种组件和从厂家专门的设备，包括将Cymbet，IXYS，凌力尔特，松下，意法半导体和德州仪器，以及其他的能源采集设计。虽然太阳能可以达到足够的功率整个建筑物和小城镇的水平，室内照明呈现明显不同的特点。由于人眼的非凡的能力，以适应范围极广的照明水平的结果，人们往往会认为一个多云的天空，明亮的房间，例如之间的相对光照差别不大。然而，可收获能量的电平是在两者之间显着不同。事实上，可提供即使是最好的室内照明功率密度是大大低于太阳能的，并且可以通过数个数量级(图1)不同。往往掩盖在照明水平的差异室内照明的功率密度可以比该全光照在某些情况下，较低的订单，但人的眼睛的非常宽的动态范围：室内照明图1 IXYS功率密度的图像。

　　(IXYS提供)光伏差异，这些差异直接转化为能量收集输出。日光优化的太阳能电池可以产生每平方英寸约40毫瓦完全阳光直射。相比之下，即使是大型高效率晶体电池会产生比从典型的办公室照明毫瓦。与此同时，光伏(PV)电池的用于室内和室外的能量采集的光谱灵敏度不同符合其各自的源的性质。在户外应用中使用的典型太阳能电池具有500nm的光谱灵敏度范围至1100nm。室内光包括波长可见的人的眼睛和PV电池用于室内照明强调那些波长。例如，单晶光伏电池诸如那些在IXYS IXOLAR系列提供在可见光到人类较低的波长更覆盖，从300纳米(近紫外)到达至1100nm(近红外)。事实上，他们的这种跨越宽光谱范围内的反应能力，使它们适用于室内和室外应用。与此相反，无定形的细胞如Cymbet的CBC-PV-01N和CBC-PV-02N，以及松下Amorton系列提供的300nm到600nm的光谱范围内，提供了光谱灵敏度更符合人眼 - 和室内照明。无论细胞类型，在照明水平的差异对功率输出的PV电池的一个显着的影响。在给定的照明水平，PV电池具有在特定细胞电压工作电平达到其最大的特性功率曲线。如果电池电压升至或从该最大功率点(MPP)显著下降，细胞 - 输出功率下降。此外，如果照明度到达PV电池急剧变化时，MPP实际上可以转移到更低或更高的电压(图2)。

　　凌力尔特变化照明水平图像图2：变更在照明水平可能导致最大功率点转移，导致次优的电力输出，除非能量采集设计融合为最大功率点控制(MPPC)方法。 (凌力尔特公司提供)为了帮助最大限度地提高输出功率，既outdoor-和室内光能量采集系统的设计，以保持PV-工作电压在指定的MPP。在更复杂的系统中，最大功率点追踪(MPPT)算法动态修改小区的工作电压，以确保它跟踪在照明或操作条件的任何变化。虽然太阳能收割机有与之抗衡的云和其他路过的阴影，室内光能量可收割机面对照明的巨大差异取决于放置一个房间内(图3)。因此，室内照明能量采集系统需要使用类似的方法来设置，并在最佳水平维持MPP。

　　在照明在一个房间图3的EnOcean差异图像：虽然在一个房间中的照明的差别常常被忽视，照明的桌面(EA)上水平可以比大于在天花板(ED)的10倍，在同一个房间，口述需要仔细布置室内照明能量采集装置，并支持灵活的能量采集的方法来保持正确的最大功率点。 MPP支持设备，如意法半导体SPV1040，凌特LTC3105和德州仪器BQ25505(EnOcean公司的提供)提供了一套完整的功能，使实施室内照明能源收割机相对较少的外部元件(图4)。与线性LTC3105和ti BQ25505相比之下，意法半导体SPV1040采用所谓的扰乱和观察(P&O)，动态MPPT算法，逐步修改细胞的工作电压，直到它找到MPP，允许设备跟踪照明实质性变化，例子。

　　凌力尔特LTC3105图4图像：如凌特LTC3105专用IC只需要很少的外部组件来提供一个全面的能源收集解决方案 - 完整的MPPC通过单个电阻编程。 (凌力尔特公司提供)的线性和TI设备使用方法(有时被称为最大功??率点控制，或MPPC)维持PV-工作电压为正在使用电阻设定的水平。例如，线性LTC3105的MPPC电路动态调节平均电感电流，以防止在输入电压跌落低于MPPC阈值(再次，参见图4)。当VIN大于MPPC电压，电感器电流增加，直到车辆被拉下到MPPC设定点。当输入电压VIN小于MPPC电压，电感器电流将降低，直到VIN上升到MPPC设定点。同样，TI BQ25505使用采样网络以优化电源转移到设备维护MPP。工程师们可以使用外部电阻和一个外部电容器保持采样电压编程MPP设定点。例如，对于PV电池与MPP即80%的开路电压，工程师可以设置电阻分压器80%的输入电压和所述网络将控制输入电压接近该采样的参考电压来操作。用购自室内光源的低能量水平，应用电路往往需要补充功率处理峰值负载，如无线通信突发。对于这些要求，设计人员可以将一个精工电子MS412FE，松下BSG ML-1220，或其他的小充电电池来储存多余的收获的电力使用高峰期。为了支持这种方法，意法半导体SPV1040，凌特LTC3105和德州仪器BQ25505每提供一个完整的，集成的电池充电管理功能，包括电池充电电压和电流调节功能。结论虽然室内照明和太阳光有时骗过人的眼睛之间的差别，室内照明的特点是在强度和频谱从自然光不同。其结果是，室内能量收集提出了不同的那些的太阳能能量收集细微的要求。采用能量收集IC和专门部件，如monocrystalline-或非晶PV电池，工程师仍然可以快速实施高效率地能够采集能量的从室内光源的设计。

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