简易太阳能电池测试系统的硬件设计.doc

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简易太阳能电池测试系统的硬件设计

目前，世界各国对于光伏发电技术都非常重视，都在增加对光伏产业的研究及投入，太阳能电池组件每年都在以几十，甚至几百MW的速度在批量生产。对太阳能电池系统质量的检测尤为重要，需要建立一套自动化测试系统。自动化测试系统能在较短的时间内测出太阳能电池的工作电压、电流及最大功率点，并能自动绘出其特性曲线，并能给出其数据拟合的模型。
一、测试系统的结构分析^p
基于虚拟仪器的测试系统结构一般分为4层：(1)测试管理层；(2)应用程序开发层；(3)仪器驱动层；(4)I/O总线驱动层。虚拟仪器的发展随着微机的发展以及采用的总线方式的不同，分为六种虚拟仪器系统：PC总线插卡型虚拟仪器系统；GPIB总线方式的虚拟仪器系统；V_I总线方式的虚拟仪器系统；P_I总线方式的虚拟仪器系统；并行式虚拟仪器系统；串行口虚拟仪器系统。在本文中所研究的是基于PC总线方式的测试系统。
二、测试系统的需求分析^p
系统需求分析^p工作是系统开发中的重要一步。只有通过需求分析^p，才能把系统功能和性能的总体概念描述为具体的软、硬件需求说明，从而奠定整个系统的开发基础。需求分析^p是把用户的要求明确地表达描述出来，解决系统“做什么”的问题。
需改变相应的数据采集子模块，所以测试系统应具有较好的可维护性。
系统硬件部分是整个测试试验的基础。本文所研究的太阳能电池测试系统的硬件包括基础硬件和外围硬件，系统的基础硬件平台选用PC机平台，作为硬件系统的核心，集中控制总成的信号采集、分析^p处理、数据存储、打印输出；外围硬件则主要实现信号的采集与处理功能，它包括用于本测试系统信号调理电路、多功能数据采集卡和各种计算机内置卡槽等。
（一）数据采集卡的选择。
数据采集卡是实现将测试信号从模拟信号变成计算机能接受和处理的数字信号功能的硬件。它主要由多路开关、放大器、采样/保持器、A/D转换器等环节组成。对数据采集卡的选择，要注意数据分辨率和精度、采样速度、通道数、数据总线接口类型等方面来综合选择。
（二）信号调理。
信号调理模块属智能化测量仪器的范畴，其基本任务是对输出信号按照一定的要求进行调理，并将输出信号送至记录仪器。
信号调理模块是将待测量输出信号送入数据采集装置的门户和预处理接口。其主要功能如下：1、接受控制单元的指令，对信号调理模块主要参数进行可编程控制；2、将数据传输给PC机，作后续处理。
由于选择了ADLINK公司数据采集卡的最大输入电压范围为±10V，当需测量电池的电压超过最大量程时，需选择一个信号调理模块，SC_I-1000信号调理模块就是一个不错的选择。
（三）测试原理。
测试原理如图2-1所示，只要在2点加入一个满足的可变电压，就可以实现物理电路电桥的作用。而在1点和2点采集两个电压值，通过式(2-1)就可以得到电流I的值，这样就可以通过采集1点和2点的电压值，来得到最终的负载曲线，求得电池的I-V特性。而关于取样电阻Rs的值，我们可以采用一比线路阻抗大的多的定值电阻代替，这里的取样电阻的取值为1000欧姆。
对太阳能电池测试系统要求：能够根据测试时间控制太阳光模拟器的开关，通过采样电路、温度传感器和数据采集卡(DAQ)读取太阳能电池的即时电流、电压和相应的温度和光谱测量值等参数，经过计算机的数值运算处理，得到逼近标准测试条件下的I、V值，从而绘出逼近标准测试条件下的I-V特性曲线，并计算得出填充因子、光电转换效率等参数。测试系统框图如图2-2所示。
三、结论
本文设计了一个基于虚拟仪器的太阳能测试系统上网硬件部分。分析^p了测试系统特性，测试系统的硬件组成，阐述了系统的测试原理。