Obr. 4 zachycuje model řídicího mechanismu bodu maximálního výkonu, tak jak jej využívá integrovaný obvod LTC3105. Na obr. 3 jsme viděli výkonovou křivku fotovoltaického (PV) článku. Povšimněte si prosím, že výkon PV článku bude po dosažení svého maxima s rostoucím napětím článku strmě klesat. Bude tedy, obecně vzato, mnohem lepší, dopustíme – li se chyby na straně nižšího, tj. velikostně menšího řídicího napětí než ideálního, spíše než vyššího napětí, protože výkonová křivka bude na své vyšší straně „padat“ mnohem rychleji. Při stanovení sledovacího napětí pro

potřebujeme zohlednit různé provozní poměry. Bod maximálního výkonu se obvykle se změnou osvětlení výrazněji nemění. Můžeme tudíž zvolit jediné sledovací napětí, kterým v rámci širokého rozsahu dostupného osvětlení zajistíme provoz poblíž bodu maximálního výkonu. Dokonce i v případě, že při mimořádných úrovních ozáření nebude pracovní bod právě na bodu maximálního výkonu, zaznamenáme pokles výstupního výkonu z jeho ideální úrovně zpravidla jen o 5 až 10 %.

 

 

 

 

Pro výkonovou křivku, zachycenou na obr. 5, bude napětí MPPC o velikosti 0,4 V znamenat na obou extrémech v otázce osvětlení výskyt nedaleko bodu maximálního výkonu. Napěťový rozdíl, měřený od bodu maximálního výkonu, činí v obou případech přibližně 20 mV, což odpovídá výkonové ztrátě pod 3 %. Chceme – li učinit přibližný odhad, řekneme, že by se řídicí napětí bodu maximálního výkonu mělo nacházet někde okolo 75 až 80 % velikosti napětí naprázdno daného fotovoltaického článku. Budeme – li s takovým napětím článku dále pracovat, dostaneme výstupní proud, který má velikost 75 až 80 % proudu nakrátko.

 

 

 

Jeden z problémů, kterým musíme čelit ve spojení s aplikacemi, využívajícími fotovoltaický zdroj, spočívá v nedostatku vstupního výkonu při zatemnění nebo také horších světelných podmínkách. Většina aplikací si tak žádá nasazení prvků pro akumulaci energie – např. superkapacitoru či nabíjecí baterie, které budou dost velké na to, aby zajistily potřebný výkon i v tom nejdéle trvajícím „období temna“.

 

 

Na obr. 7 vidíme naměřený profil nabíjecího proudu s využitím polykrystalického fotovoltaického panelu o rozměrech 2” × 1” a to při nabíjení Li-Ion článku obvodem LTC3105, zapojeným dle obr. 6. Horní křivka na obr. 7 vypovídá o nabíjecím proudu za typicky jasného dne, tj. na plném slunci. Spodní průběh nabíjecího proudu pak byl pozorován během „těžce zamračeného“ dne. Dokonce i za takových nepříznivých světelných podmínek byl po celý den udržován proud o velikosti 250 μA a více, což v úhrnu přínosu pro baterii odpovídalo 6 mAh.

 

 

 

Při skladování „sklizené“ energie máme na výběr celou řadu možností, včetně široké palety nabíjecích baterií i jejich technologií a také kondenzátorů s vysokou hustotou energie. Žádná technologie však nebude zcela vyhovovat všem aplikacím. Budeme – li tedy vybírat vhodnou „zásobárnu“, potřebujeme zvážit několik faktorů.

 

Jedná se o:

 

 

 

Ve fotovoltaických systémech nás bude především zajímat míra samovybíjení. Máme – li v rámci většiny solárně napájených systémů k dispozici omezenou velikost nabíjecího proudu, může vysoká rychlost samovybíjení stát za spotřebou zásadního množství energie, dostupné z PV zdroje. Některá úložiště typu velkých superkapacitorů mohou vykazovat samovybíjecí proudy, převyšující velikost 100 μA, což následně drastickým způsobem znehodnocuje výsledky, dosažené akumulací během celodenního nabíjecího cyklu.

 

Mezi další klíčovou záležitost řadíme rychlost, se kterou lze akumulační prvek nabíjet. Nasadíme – li např. lithiový článek mincového typu s maximálním nabíjecím proudem 300 μA, neobejdeme se bez velkého rezistoru, který musíme vřadit mezi baterii a výstup integrovaného obvodu LTC3105, jen abychom nepřekročili přípustný proudový limit. Zároveň tím také limitujeme množství dodávané energie, která pak může v aplikaci chybět.

 

 

Rychlost nabíjení často souvisí s dalším důležitým činitelem – dosahovanou životností. Definujeme tak dobu, ve které lze akumulační prvek provozovat bez údržby. Obecně platí, že rychlejší nabíjení a také vybíjení bude životnost zkracovat. Tak třeba superkapacitory nabízí v této věci velmi dobré výsledky, což se ovšem nedá říci o bateriích, nabíjených relativně vysokými proudy (>1 C) – tam bude životnost omezena. Vedle rychlosti nabíjení a vybíjení můžeme životnost baterií při každém cyklu ovlivnit i mírou nabití / hloubkou vybití, přičemž hlubší cykly povedou ke zkrácení životnosti.

 

 

Díky několika typům akumulátorů, zejména pak těm lithiovým a provedením s tenkou vrstvou (thin film), bude nutné pečlivě hlídat maximální a také minimální napětí. Maximální nabíjecí napětí je vhodně řízeno v aplikacích, využívajících integrovaný obvod LTC3105, vzhledem k tomu, že měnič ukončí nabíjení, dosahuje – li výstup regulace. Abychom zabránili přílišnému vybití, můžeme strukturu LTC3105 „dovybavit“ dalším prvkem v podobě podpůrného LTC4071 (Shunt Battery Charger), tak, jak to vidíme na obr. 8.

 

Integrovaný obvod LTC3105 zosobňuje ucelené, jednočipové řešení, vyhrazené získávání energie z okolního prostředí – v našem případě ve spojení s jednoduchými a také levnými fotovoltaickými články. Díky zapracovanému řízení bodu maximálního výkonu a také podpoře rozběhu z nízkého napětí může pracovat rovnou z jediného fotovoltaického článku a zajistit přitom optimální energetické poměry. Se strukturami LTC3105 lze řešit přímé napájení připojených obvodů, případně také nabíjení akumulačních prvků, díky nimž pokryjeme spotřebu za tmy nebo během nedostatečného osvětlení. Stručně řečeno, s obvodem LTC3105 elegantně vyřešíme potřeby nezávislých uzlů dálkových čidel, systémů sběru dat i jiných aplikací, vyžadujících nezávislost na rozvodné síti a také naprosto minimální údržbu.

 

 

SOS electronic s.r.o., Hybešova 42, Brno, 602 00

 

[1] http://cds.linear.com/docs/LT%20Magazine/LTJournal-V21N1-01-df-LTC3105-Nathan_Bourgoine.pdf