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MP2731を使用した太陽光発電の給電ソリューション

 
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はじめに

2022年の北京冬季オリンピックでは、カーボンニュートラルの目標を推進するために、すべてのオリンピック会場でグリーン電力が使用されました。グリーン電力は主に太陽光発電と風力発電によって供給されます。より多くの再生可能な太陽光発電エネルギーを利用することは、 2030年までに温室効果ガス削減目標を達成するのに効果的なアプローチです

太陽光発電システム給電

太陽電池には、一般的な屋外カメラ、屋外照明、電動自転車など、さまざまなアプリケーションがあります。これらのアプリケーションには、バックアップバッテリと小さな太陽光発電パネルが必要です。太陽光発電パネルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して、システムに電力を供給し、バックアップバッテリを充電します。光が不足している場合 (または夜間) には、バックアップバッテリに蓄積されたエネルギーを放出してシステムに電力を供給し、中断しないシステム動作を実現します。

太陽光発電パネルの出力電流 (IOUT) と電圧 (例えば、その出力電力) は、光の強度と太陽光発電パネルの温度によって異なります。より多くの光があると、IOUTと電圧が増加します。太陽光発電パネルの温度が上がると、IOUTと電圧が低下します。

太陽光発電パネルに最大の電力を供給するために、最大のエネルギーがバックアップバッテリに蓄えられ、システムに電力を供給します。光が不足している場合、太陽光発電給電システムは、システム電源とバックアップバッテリの使用をシームレスに切り替えることが極めて重要です。

図1は、太陽光発電パネルのI-V曲線とP-V曲線を示しています。

図1 : 太陽光発電パネルのI-VおよびP-V曲線

MP2731を使用したバッテリ充電用ソリューション

MP2731は、電圧と電流のサンプリングを統合したバッテリ充電管理用デバイスです。中心になる電力管理として太陽光発電給電スキームを実装することにより、デバイスは太陽光発電アプリケーションの基本的な問題に直接対処します。

MP2731は、給電および放電電力アーキテクチャ、電圧および電流サンプリング、ループ制御を統合し、太陽光発電給電スキーム全体を簡素化します。MP2731のその他の機能には以下が含まれます。

  • 高度な統合
  • 広い3.7V〜16V入力電圧 (VIN) 範囲
  • VIN、電流、さまざまな給電パラメータをモニタするための統合型アナログ-デジタルコンバータ (ADC)
  • 設定可能な給電パラメータ
  • VINと電流表示
  • 狭電圧DC (NVDC) アーキテクチャ

小規模な太陽光発電アプリケーションでは、パネルの出力電圧 (VOUT) は通常5V〜12Vで、最大電力は5W〜7Wです。MP2731の広いVIN範囲は、アプリケーションでの太陽光発電パネルの出力幅をカバーします。

図2は、 MP2731のブロック図です。

図2 : MP2731ブロック図

太陽電池の最大電力モニタリング

PV特性曲線により、VOUTが変化すれば、太陽光発電パネルの出力電力は調整可能です (図3参照)。

図3 : 最大出力電力の取得

電圧が変化すると、出力電力と同様に、電力変化の方向も追跡できます。これにより、太陽光発電パネルの最大電力レベルを決定できます。

MP2731は設定可能なVINループを統合しており、VINを調整することで、太陽光発電パネルのVOUTを追跡します。 MP2731は、VINおよび電流をモニタするためにADCを統合し、データをレジスタに保存できるデジタル情報に変換します。マイクロコントローラ (MCU) は、ADCの結果を読み取り、太陽光発電パネルの出力電力を計算することができます。MCUは、VINループの設定を動的に調整することにより、出力電力を記録します。

さらに、MP2731はNVDCアーキテクチャを採用しています。十分な光がある場合は、システム電源が優先されます。この状況では、MP2731はシステム負荷に電力を供給すると同時に、バックアップバッテリを充電します。光が不足する場合は、MP2731は自動的に給電電流を減らして、システムの消費電力を削減します。

図4は、太陽電池がシステムに電力を供給し、バッテリを充電する方法を示しています。

図4 : MP2731の太陽光発電給電スキーム

MP2731の太陽光発電給電用ソリューションは、太陽光発電パネルの最大出力電力を効率的に追跡し、測定された追跡精度は最大96.8％に達する場合があります (図5参照)。

図5 : P-V曲線の追跡結果

光がない場合、太陽光発電パネルにはVOUTがありません。MP2731は自動的に切り替えを行い、バッテリを使用してシステムに電力を供給します。これにより、システムの円滑な動作が保証されます (図6参照)。

図6 : バックアップバッテリによるシステムへの電力供給

結論

グリーン電力やその他の再生可能エネルギープロジェクトを推進するために、MPSは、さまざまな照明条件下でシステム動作を中断しないようにするさまざまなソリューションを提供します。本稿では、一般的なアプリケーションの制限を克服する太陽光発電給電用ソリューションとして、MP2731を紹介しました。MPSのその他の急速充電、精度、安全性、および簡単なカスタマイズを提供するバッテリ管理ソリューションもご覧ください。

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