太阳能车载电子标签电源技术方案研究
早在数十年前,非晶硅太阳能电池即已在计算器等消费类电子产品中大量应用。1990年,美国采用非晶硅太阳能电池作为能量来源的太阳能飞机实现跨大陆飞行。为解决长期使用过程中电量补充的问题,金溢科技在大量的电源方案试验基础上,对比分析太阳能电池及相关的储能器件特性,探索出一条使OBU具有源源不断的电源供应的新方向。
如图2所示,基于太阳能的车载电子标签电源技术方案主要由太阳能电池、电能存储器、电源管理模块、备用电池组成其中,太阳能电池完成光电转换,在电源管理模块的控制下,向电能储存器充电储能,备用电池仅在车辆长期(深
圳金溢SOphia-V90产品为一个月以上)得不到阳光照射的情况下才需要发挥作用。在太阳能电池、电能存储器及后备电池的支持下,电源管理模块统一向OBU供电。
太阳能电池分类及选用
根据相关文献,硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池3种。单晶硅太阳能电池转换效率最高,规模生产时的光电效率为15%到17%。由于单晶硅价格高,大幅度降低其成本很困难,为
了节省硅材料,发展了多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池(本文简称非晶硅太阳能电池)作为单晶硅太阳能电池的替代产品。
非晶硅太阳能电池成本更有优势,规模生产时的光电转换效率为6%到10%,其余优势包括:
更好的弱光性能
一般而言,晴天下的日照强度在10万lL1X (勒克斯,光强度单位)左右。在l000 L L1X以下可认为是较弱的光线条件。在阳光不太强的早晨、傍晚、阴天以及有临近建筑物遮挡的情况下这类情况较为常见。由于物理结构的原因,非晶硅太阳能电池对可见光有较高的吸收系数,对环境中的散射光利用率高,对各种光线条件的适应性更好,弱光环境下也能有稳定电力输出。考虑到停车时的遮挡,阴雨天气,以及上下班时间上路等情况,此时光线照度多在一百到几千勒克斯之间,再加上汽车玻璃对光线的衰减,此时唯有非晶硅太阳能电池有较大的电功率输出,而且电压输出也比较稳定,较好地满足工作要求。
较低的温度系数和优良的伏安特性
由于非晶硅太阳能电池禁带宽度大,随制备条件的不同约在1.5-2.0 eV的范围内变化,电池的开路输出电压高,在相同的环境条件下,具有较低的温度系数和优良的伏安特性,充电效率高。
成本更低
非晶硅能够沉积在廉价的衬底上,加工温度低(约200℃左右),可实现大面积薄膜淀积。仅以硅原料消耗计算,生产功率达到l兆瓦晶体硅太阳能电池,需要10—12吨高纯硅,同样的硅材料用以生产薄膜非晶硅太阳能电池,其功率输出可以达到200兆瓦,体现出在制造过程中节约能源、减少碳排放,易于低成本大批量生产的特点。
综上所述,车载电子标签选用非晶硅太阳能电池比单晶硅或多晶硅更为合适。
两种太阳能电池在弱光环境下的对比测试数据作为比较,这里列出一种非晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池在常见的弱光低照度条件下的实验室对比测试数据,参考表1。
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