太阳能充电保护电路

2.1 太阳能充电保护电路
2.1.1 太阳能电池板
太阳能电池板不仅白天能提供电能，而且在夜间也可提供电力。

太阳能电池板同晶体管一样，由半导体组成的，主要材料是硅，也有一些其他合金。

太阳能电池板的表面由两个性质各异的部分组成。

当受到光的照射时，能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方。

太阳能电池板只要受到阳光或灯光的照射，一般就可发出相当于所接收光能1/10的电能。

为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，将光能转变为电能，一般在上面蒙上了一层防止光反射的膜，使太阳能电池板的表面呈紫色。

太阳能供电部分主要由太阳能电池板(光伏组件)、充电电路和蓄电池组成。

光伏组件在白天吸收光照，将太阳能转化为电能储存在太阳能电池内。

一般晴天时，在理想的光照强度下，充满电只要4小时。

本系统采用15V太阳能电池板，实际测得电池板两端供电电压为17V～20V，充电电流为200mA～800mA。

2.1.2 蓄电池组容量设计
太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。

与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。

它的容量比负载所需的电量大得多。

蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。

为了与太阳能电池匹配，要求蓄电池工作寿命长且维护简单。

(1)蓄电池的选用
能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。

国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。

普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要适于有维护能力或低档场合使用。

碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅适用于较为特殊的场合。

(2)蓄电池组容量的计算
蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。

在一年内，方阵发电量各月份有很大差别。

方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。

所以方阵发电量的不足和过剩值，是确定蓄电池容量的依据之一。

同样，连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。

所以，期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。

因此，蓄电池的容量Bc计算公式为：
式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间；
QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；
NL为最长连续阴雨天数；
To为温度修正系数，一般在0℃以上取l，-10％以上取1.1，-10℃以下取1.2；
Cc为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取0.85。

根据本系统要求，通过计算，选用12V8Ah普通铅酸蓄电池。

2.1.3 充电保护电路
太阳能充电保护电路由过充和过放保护两部分组成。

过充保护：当太阳能板给蓄电池充电，使蓄电池输出电压超过14.5V时，过充电路控制继电器使太阳能电池板停止充电。

蓄电池输出电压回落到14V时，太阳能电池板重新给蓄电池充电。

过放保护：当蓄电池输出电压低于10.5V时，蓄电池停止向外电路供电。

蓄电池电压超过10.5V时，重新向外电路供电。

充电保护电路由两个运算放大器组成，电路如图2所示。

图2中Vi1、Vi2分别为蓄电池的输出电压，Vref为运算放大器的比较参考电压，其具体值根据不同的要求由用户设定。

在实际设计过程中，要注意图2中反馈电阻的选取，反馈电阻越大，控制输出所对应的输入Vi回差值越小。