設計太陽能嵌入式系統的 PCB 設計標準

在設計用于戶外應用的太陽能嵌入式系統時，我采取了同樣謹慎的方法。 它與使用穩壓電源的嵌入式系統完全不同。 像往常一樣，我學會了謹慎，因為我的第一個太陽能原型機在雨天甚至沒有用完。

有很多方面需要考慮和規劃，以確保您的太陽能嵌入式系統可以在沒有陽光的情況下繼續工作幾天。

設計太陽能嵌入式系統時要考慮的變量

1. 太陽能電池板

不用說，太陽能電池板是太陽能系統中最關鍵的部分。 單晶是太陽能電池板的首選，因為它們比多晶或薄膜更有效，并且在炎熱天氣下表現良好。 一些面板可以將高達 22% 的陽光轉化為電能。 話雖如此，單晶和多晶的能源效率可能因供應商而異，因此最好提前確認這些細節。 PCB 組裝和 PCB 加工制造商解釋了設計太陽能嵌入式系統的 PCB 設計標準。

2、電池容量

對于太陽能嵌入式系統，一個重要的參數是當太陽能電池板的效率下降到0%時系統的持續時間。 環境因素可能會導致您的太陽能電池板數天或數周無法接受任何陽光。 您需要一塊容量足夠的電池，還需要確保太陽能電池板的充電率高于電池的使用率。 如果充電需要 5 小時，放電僅需 2 小時，效率不是很高。

3. 陽光

從某種程度上來說，太陽能技術非常簡單。 沒有陽光，就沒有電。 然而，不一定要有8小時的陽光，這意味著你的太陽能電池板可以有效發電8小時。 還有一個術語叫“峰值日照時間”，此時太陽在天空中最高，太陽能電池板的能源效率最高。 了解這個變量并計算您的峰值日照時數是一件好事。

4、堵塞和灰塵

曾經有一段時間，我們的一臺太陽能開放式停車機沒電了。 經過幾個小時的檢查，我們發現每個硬件都安裝在樹下，陰影遮住了部分太陽能電池板。 如果太陽能電池板的一小部分被灰塵、陰影或落葉覆蓋，其效率將大大降低。 這就是為什么最好為要使用的位置規劃太陽能設計指南。

5.功率增強模塊

使用大量電量的模塊將使您的電池運行得更快。 然而，某些應用需要耗電模塊，例如熱敏打印機、WiFi 或 GSM 模塊。 在這種情況下，有必要了解和預測組件的用電量，以便您可以預算太陽能電池板和電池的容量。 例如，系統可能只需要每天激活GSM模塊兩次即可將信息傳輸到數據中心。 正確估計數據的估計大小和傳輸速度將提供一個數字，指示傳輸期間將消耗多少功率。

6. 固件架構

盡管固件程序員可以將微控制器推向非太陽能應用的極限，但太陽能使這個過程更加微妙。 需要一些時間來獲得正確的固件結構。 它允許您的太陽能嵌入式系統在多云天氣下持續數周而不是數天。 開發太陽能系統固件的最佳方法是在不使用微控制器時將其置于深度睡眠模式。 微控制器只能通過選定的中斷或預定的定時器從深度睡眠模式中喚醒。

7. 節能硬件設計

在設計太陽能嵌入式系統的硬件時，必須最小化空閑電流。 在非太陽能供電系統中，節省1mA的電流可能可以忽略不計，但在太陽能供電系統中，陰天時可以延長工作時間。 一個好的策略是為微控制器和外圍 IC 控制的邏輯提供單獨的電源通道。 無論微控制器采用何種工作模式，這都可以消除系統不使用時不必要的功耗。

最好的太陽能嵌入式系統在閑置時消耗的電量最少。

為什么需要分析您的傳輸網絡

當你被困在沙漠里的時候，你才會意識到水的珍貴，尤其是當你快要倒下最后一滴水的時候。 同樣的原理也適用于太陽能嵌入式系統的電源效率。 電力傳輸網絡分析使您能夠評估 PCB 上的銅布線是否足以有效地將電力傳輸到負載。 您需要避免銅平面之間的狹窄空間或小過孔。 這會導致電阻損失并產生不必要的熱量。 您可以在設計階段避免這種潛在的功耗，因此如果您的軟件提供此功能，則值得利用它。 PCB 組裝和 PCB 加工制造商解釋了設計太陽能嵌入式系統的 PCB 設計標準。