光伏发电系统和MPPT理论研究与实践应用

买太阳能电池板是想把家里吃灰好几年的聚合物锂电池利用起来，这样可以白天利用太阳能给电池充电，晚上用电池给电风扇供电。

那好了，要组一套光伏发电系统，光有锂电池是不够的，还需要充电控制器和太阳能电池板。用电池给电风扇供电有两种思路，第一种是采用逆变器将12V直流电转换成V交流电，可以直接供家里的电风扇使用。第二种是12V直流电连接直流无刷电机带动风扇，通过无刷控制器进行PWM调速，或者通过调节电压进行调速。

本文将分四篇分别介绍四个模块，本篇介绍的是太阳能电池板。

最先购置了一块18V20W的太阳能电池板，商家介绍说单晶多晶随机发货，到手后确认是单晶的，因为单晶板发电效率大一些，所以成品价格也会高一些。网上出售的基本都是瑕疵品，精品批发出去，剩下的瑕疵品在网上零售，价格便宜不少，无框板可以做到大约1块多1W，这对于DIY来说就非常友好了。我买的这块板有断片，但就一小块，不影响使用。

电池板需要选一个合适的安装位置，最合适的位置一定是阳光充足的地方。但是我家位置朝西，只有主卧室，客厅和厨房能照到阳光。好在去年小区改造的时候将所有住户窗户外围都安装了空调外机围栏，目的是为了美观好看，现在用来固定太阳能板再合适不过了。

那怎么固定呢？下图是买拍照背景布内部用来固定防止褶皱的PVC管，废物利用一下，打孔、切割一通操作以后是就是这个样子了。

看下太阳能电池板安装好的样子。下部卡在卡槽里面，内部还安装有倒U型结构，可以保证下雨的时候不会在管子里面存水。这个位置从中午12:25到傍晚18:00有光，太阳能板朝向西偏南30度，仰角60度。

实测最大开路电压22.5V，最大短路电流0.98A。

通过几天的观察发现，太阳能板在一段时间内会有部分区域阳光被遮挡。电池板特别敏感，哪怕有一小块位置没有阳光，发电效率也会大打折扣，电流直线下降，所以需要重新规划安装位置。

以下图片为：在同一时间，对比不同位置的发电功率。

第一组：充电电流0.66A

第二组：充电电流0.52A

第三组：充电电流0.64A

第四组：充电电流0.72A

第五组：充电电流0.47A

通过对比，第四组充电电流最大，是因为在这一时刻，电池板是正对着太阳的，和光线成90度。

另外在有些时候楼上的围栏会挡阳光。

基于上面的实验测试，确定最终安装方案：朝向正西，仰角30度，靠近围栏外侧安装，远端用强磁阻挡滑动，近端在窗户的出水孔安装螺栓固定，再用硅胶粘在外窗上，中间用鞋带固定在空调外框上，固定牢靠即使刮大风时也不会晃动。

这个20W的电池板使用了几天后，觉得功率有点小，难怪店铺里面的高功率板都缺货，这东西都是越买越高级，我也动了升级的心。

于是在同一家店又买了第二块板，60W单晶板，因为功率高了以后尺寸就变很大，不能再尺寸随机发货了，得按照空调外挂机的空间来订购尺寸，保证能在外挂机围栏内安装。

这块板到货后，发现瑕疵是有气泡，外观不美丽，但是商家承诺发电功率不会低于额定功率的7成，实测强光时应该可以到达额定功率的9成，这板子应该是满功率的。电池板配防水接线盒，内部一颗硕大的防反接二极管。

怎么固定这个大板又是个问题？思来想去了好几天，最终决定用强磁将太阳板吸附在空调外挂机上面。空调外挂机外壳是铁的，但是电池板是铝外框，所以量好尺寸后，将四块强磁铁先用3M双面胶固定在电池板lü外框上，再用硅胶胶水将四周涂抹固定。铝外框上面有固定孔，用尼龙绳穿好后固定在围栏上，防止晃动。

两块电池板分别走线通过窗户的排水孔引进阳台。为了便于观察发电效率或者充电电流，最初只有20W的电池板时，安装了一块1A的电流表。在观察电流表的时候，发现当阴天或者有云时，太阳能电池板的电压小于电池电压时，电流会从电池流向太阳能电池板，这样的话，不仅会浪费电量，时间长了对电池板也不好。我们知道串联一个二极管就可以防止电流倒灌，但是硅二极管的正向导通电压有0.7V，当流过它的电流为4A时，消耗在二极管上面的功率有2.8W，会发热严重，并且这部分能量就是浪费的。通过查询了解到，有专门的芯片可以防止倒灌。SM就是一款能够防止倒灌的智能旁路二极管，它的正向最大导通电流可达15A，而此时的导通电压仅为26mV，它还有一个优点就是它只有两个引线，正极输入输出，不需要引入负极，和普通二极管的接线相同。但是这芯片相当缺货，问了几个卖家都没有货，咸鱼上有出售的，但是不零卖，所以这个芯片没有买到。退而求其次，改用肖特基二极管。正向导通电压一般有0.3-0.4V，相对于普通硅二极管已经减少了一半压降。从拆机零件盒里面挑黄豆一样找出了几款开关电源上面的高速开关二极管，最终选了压降最低的英飞凌63CTQ肖特基双二极管，这个是从苹果的开关电源上面拆下来的，原电路的作用是高频变压器的次级整流。双路二极管并联后用万用表测量正向导通电压为0.V，算是比较低的了，但是实际电流增加后，导通电压有所上升，所以在上面需要安装散热片。

芯片一端焊接引出，红色热缩代表输入，一端散热片引出，黑色热缩代表输出。将此二极管接入充电电路，电池的电流就不会倒灌到电池板了。

至此太阳能电池板选购与安装的这一篇就介绍完毕了，下一篇是电池组篇。

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