太陽能光伏陣列似乎每天都變得更便宜、更高效，這使得它們在可再生和/或遠程供電應用中越來越實用。盡管如此，任何給定陣列產生的電壓隨負載、入射光強度和溫度而顯著變化，因此通常需要某種形式的調節。

陣列性能可以顯著受益于最大功率點跟蹤 (MPPT) 和開關模式調節，如早期設計理念所示：太陽能陣列控制器不需要乘法器來最大化功率

但對于小型陣列，MPPT 和開關模式電路的額外復雜性似乎不合理，因此線性調節成為更簡單和更好的選擇。本設計理念針對此類系統，重點關注串聯穩壓器拓撲與并聯穩壓器拓撲的相對優勢。

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讓我們從一個假設的小型太陽能電池陣列開始，該陣列針對 12W 輸出（在完全陽光直射下 ~1kW/m 2）、1A 和 12V、20% 的光電轉換效率進行了優化，因此標稱面積為 ~0.06m 2 = ~ 100 英寸2 . 然后添加線性調節電路，以在負載電流從 0 到 1A 變化時保持恒定的 12V 輸出。?

圖 1說明了一個合適的串聯穩壓器，而圖 2是一個類似的并聯拓撲。為便于比較并聯穩壓與串聯穩壓的優勢，兩種穩壓器均采用基于古老的 LM10 組合基準 + 運算放大器的相同檢測/控制電路。

圖 1適用于小型太陽能電池陣列的串聯線性穩壓器。

圖 2適用于小型太陽能電池陣列的并聯線性穩壓器。

如圖所示，LM10 200mV 內部基準（引腳 1 + 8）通過提供輸入偏置電流補償的 R1 = R2R3/(R2 + R3) 驅動運算放大器反相輸入（引腳 2），而同相輸入（引腳3) 通過 60:1 R2:R3 分壓器連接到 Vout (Vsetpoint = 200mV(R3/R2 + 1))。因此，運算放大器輸出（引腳 6）將在

Vout < Vsetpoint 并且當 Vout > Vsetpoint 時為正。?

在圖 1（串聯穩壓器）中，引腳 6 通過限流 R4 連接到 D45 PNP 傳輸功率晶體管的基極，當 Vout < Vsetpoint 時增加驅動和負載電流，當 Vout > Vsetpoint 時減小它們。在圖 2（并聯穩壓器）中，引腳 6 驅動 D44 NPN 并聯晶體管的基極，當 Vout > Vsetpoint 時將更多的陣列電流路由到地，而在 Vout > Vsetpoint 時則更少。?

那么，哪種類型的調節（并聯或串聯）更好，何時以及為什么？

為了回答這個一般性問題，將考慮三類特定的電路性能：

穩壓器效率（在峰值需求時提供給負載的陣列功率的最大部分）

熱管理挑戰（主要由功率晶體管散熱器所需的熱容量決定，反過來又由最大晶體管功耗決定）

調節類型對太陽能電池陣列溫度的影響，從而對陣列轉換效率的影響

調節器效率

當 D45 傳輸晶體管導通并接近飽和時，串聯拓撲的滿載 (1A) 效率受三個因素的限制：

LM10 和 R2R3 分壓器的電流消耗 = 312uA（典型值）

D45 的基本驅動@Ic = 1A = 10mA（典型值）

D45 的飽和壓降 @Ic = 1A = 100mV(typ)

將這些損失相加，估計典型效率因子為 98%。

相比之下，在分流拓撲中，D44 功率晶體管在滿載時完全關閉，陣列和輸出之間的連接是直接的，只留下上述三個因素中的一個來競爭輸出電流：#1——312uA LM10 電流。這導致近乎完美的 99.97% 效率。

結論：就效率而言，串聯非常好，但并聯（實際上）是完美的。請注意，該結果與串聯穩壓效率通常高于并聯穩壓效率的普遍預期不同。

熱管理挑戰

D45 系列傳輸晶體管的最大熱耗散約為 1.33W，發生在 0.66A 負載電流時，可由小型夾式散熱器容納。的D44并聯晶體管的最大功耗，相比之下，發生在零負載電流和大得多：?4.5W，需要相當大和笨重的擠壓片，以限制可接受的溫度上升（?40 ?和自然對流的條件下C）輻射。

根據這個標準，串聯調節是明顯的贏家，（酷）因子大于 3。

調節方式對太陽能電池陣列溫度的影響

太陽能電池陣列吸收的總太陽能只能通過兩種方式： 1. 轉換為電能輸送到連接的電路；或 2. 陣列散發的熱量。熱力學第一定律規定后兩者之和必須始終完全等于前者。因此，連接的負載接受的電力越少，陣列必須以熱量的形式釋放的電力就越多，這不可避免地會增加陣列的溫度。?

串聯調節會導致大部分未被負載接受的功率被陣列耗散（記住 D45 保持多冷），而并聯調節則耗散 D44 晶體管和 R4 中被拒絕的功率。因此，在部分負荷，有20％的效率分流調節面板運行冷卻器比串聯調節面板，由多達10 ? C.太陽能陣列轉換效率0.3％與溫度的上升下降到0.4％/ ? C，使得在某些情況下，并聯調節面板的效率可能比串聯調節面板高 3% 或 4%。
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