太陽(yáng)能電池板的能量輸出取決于幾個(gè)因素，包括面板類型，太陽(yáng)跟蹤能力，位置，一年中的時(shí)間和一天中的時(shí)間（輸出在一夜之間降至零）。太陽(yáng)能電池的最大能力隨時(shí)間而變化，輸出通常基于若干因素而降低。對(duì)于努力充分利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程師而言，重要的是要考慮確定太陽(yáng)能電池功率輸出的物流因素以及可以采取哪些措施來(lái)最大限度地提取能量。

并非地球上的每個(gè)地點(diǎn)都足夠幸運(yùn)全年都有長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射。但內(nèi)華達(dá)州是美國(guó)最著名的持續(xù)日照地點(diǎn)之一，可能是最可靠的。也許這就是為什么美國(guó)空軍（美國(guó)空軍）選擇內(nèi)利斯空軍作為其最大的光伏裝置的地點(diǎn)。 Nellis于2006年竣工，是世界上最大的光伏裝置，最大輸出功率為14兆瓦。但峰值或最大輸出規(guī)格僅提供最佳情況。即使在內(nèi)華達(dá)州，太陽(yáng)的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，無(wú)論位置如何，太陽(yáng)能電池的潛在輸出功率都會(huì)發(fā)生變化。為了正確看待這一點(diǎn)，請(qǐng)比較兩個(gè)美國(guó)地區(qū)的太陽(yáng)能輸入參數(shù)非常不同的典型輸出。拉斯維加斯在美國(guó)主要城市名單中排名第一，在210天內(nèi)完成了3，825小時(shí)的太陽(yáng)。最下端是紐約州布法羅市，僅有54天晴天，總共有2，207小時(shí)的太陽(yáng)。使用國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）提供的數(shù)據(jù)，圖1顯示了應(yīng)用降額因數(shù)的4 kW裝置的預(yù)期月功率輸出。注意位置之間的差異。即使在夏季最長(zhǎng)的日子里，布法羅（以及許多其他東北地區(qū)）的光伏裝置也只能實(shí)現(xiàn)略低于80％的功率輸出，而內(nèi)華達(dá)州的類似4千瓦裝置。

圖1：比較12個(gè)月內(nèi)紐約布法羅和內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯的4千瓦太陽(yáng)能裝置的預(yù)期功率輸出。

太陽(yáng)能輸入是確定太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能量收集潛力的起點(diǎn)。當(dāng)然，在我們進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換鏈時(shí)，還有許多其他因素需要考慮。

在創(chuàng)建安裝光伏電站的商業(yè)計(jì)劃時(shí)，位置通常不是變量。然而，預(yù)期的位置和太陽(yáng)能輸入將決定光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

光伏能源轉(zhuǎn)換材料并非都是平等的。市售太陽(yáng)能電池板具有廣泛的電池效率。由于制造各種材料的成本可能非常不同，因此潛在產(chǎn)出的每峰值瓦特的價(jià)格也包括在很寬的范圍內(nèi)。

當(dāng)將太陽(yáng)的光子轉(zhuǎn)換成電子時(shí)，效率只是一個(gè)性能指標(biāo)。對(duì)于期望大多數(shù)明亮，晴朗的地區(qū)，簡(jiǎn)單的效率數(shù)字應(yīng)該是主要關(guān)注點(diǎn)。在多云的地方，決策可能會(huì)變得更加復(fù)雜。

某些細(xì)胞類型相對(duì)于最大輸出提供更高的性能，而某些地區(qū)普遍存在較弱的漫射光。例如，已知諸如Sanyo a-Si電池的非晶硅電池捕獲更寬范圍的入射光并且在這些環(huán)境中工作良好。

還有串聯(lián)或多結(jié)電池，它們將非晶硅與多晶吸收層堆疊在一起，進(jìn)一步加寬光子網(wǎng)。

由地理位置和細(xì)胞類型引起的電力輸出變化非常明顯。但還有其他因素。也許一天中的時(shí)間是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)樵诿總€(gè)24小時(shí)周期的很大一部分中輸出將降至零。但是時(shí)間不是二元因子，如預(yù)測(cè)輸出功率的示例圖所示。這些圖表使用國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）PVWatts應(yīng)用程序，使用“氣象典型”太陽(yáng)入射數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)太陽(yáng)能電池板輸出功率。輸出計(jì)算假設(shè)陣列的固定傾斜角度與4kW峰值輸出陣列的位置緯度匹配，并且DC-AC降額因子為0.77。

看一整天的變化（圖2），可以清楚地看到，在“光線充足”的白天，當(dāng)可以預(yù)期顯著的功率輸出時(shí)，仍然存在很大的變化。雖然布法羅和拉斯維加斯的每小時(shí)預(yù)期功率輸出圖表顯示了地理對(duì)電力的影響，但從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，重點(diǎn)應(yīng)放在預(yù)期在固定位置遇到的變化。

圖2：6月20日“典型”的4千瓦安裝的每小時(shí)能量輸出，比較布法羅和拉斯維加斯。

存在用于全天跟蹤太陽(yáng)以減少每小時(shí)變化的系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)復(fù)雜且昂貴。通常，它們?cè)谟邢薜氖褂们闆r下在經(jīng)濟(jì)上是可行的。即使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者接受增加多軸傾斜和跟蹤能力的成本，功率輸出波動(dòng)肯定仍然是充電控制電子設(shè)備應(yīng)該處理的問(wèn)題，以最大化從面板的能量提取。

除了電力輸出的日常和季節(jié)性變化之外，太陽(yáng)能電池在一生中經(jīng)歷長(zhǎng)期退化。根據(jù)電池中特定的光伏材料，有幾種物理機(jī)制歸因于此，但設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮太陽(yáng)能電池板在數(shù)十年的使用中將經(jīng)歷的強(qiáng)光，加熱和冷卻循環(huán)以及其他環(huán)境因素。

許多系統(tǒng)應(yīng)用包括在太陽(yáng)能過(guò)剩（白天）期間存儲(chǔ)電力的電池，以供在赤字期（夜間）使用。對(duì)于任何太陽(yáng)能電池隨時(shí)間輸出功率的不可避免的變化，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部件將是充電控制電子設(shè)備。最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)將需要阻塞二極管，以便在面板輸出降至零時(shí)防止電池放電。但是，有許多更復(fù)雜的解決方案可用于在輸出的細(xì)微變化上提高系統(tǒng)性能。

這類智能功率控制IC稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體SolarMagic TM 產(chǎn)品線一直是Photon International進(jìn)行功率優(yōu)化研究的重點(diǎn)。在確定各種真實(shí)陰影場(chǎng)景對(duì)面板輸出的影響的測(cè)試中，SolarMagic功率優(yōu)化器能夠提供顯著的性能優(yōu)勢(shì)，恢復(fù)高達(dá)71％的損失產(chǎn)量。

SolarMagic SM3320-RF-EV射頻評(píng)估和開(kāi)發(fā)套件集成了功率優(yōu)化器和低成本2.4 GHz無(wú)線電，為光伏系統(tǒng)增加了遠(yuǎn)程關(guān)閉功能。在安裝，維護(hù)或緊急情況下，可以使用此功能來(lái)斷開(kāi)光伏系統(tǒng)的電源。

充電控制系統(tǒng)MPPT IC需要一些額外的電子設(shè)備。例如，National Semiconductor SM72442 MPPT的參考設(shè)計(jì)（圖3）建議使用柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能電池板和負(fù)載之間的一對(duì)FET。建議使用SM72482E。

圖3：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體SolarMagic最大功率點(diǎn)跟蹤的參考設(shè)計(jì)。

太陽(yáng)能是一種豐富的可再生能源清潔電力來(lái)源。但在設(shè)計(jì)完整的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮幾個(gè)因素。太陽(yáng)并不總是閃耀，即使它是，它的可用功率也會(huì)有很大差異。如果使用專門設(shè)計(jì)太陽(yáng)能的組件將某些變化考慮在設(shè)計(jì)中，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能裝置的最大性能。