MCU控制的光伏電池測(cè)試儀設(shè)計(jì)

為準(zhǔn)確測(cè)量光伏電池的短路電流，加入1．5 V補(bǔ)償電源，采用TI公司低電壓大電流電源模塊PTH05010制作。若電壓測(cè)量值為U1，光伏電池兩端實(shí)際電壓為U=U1-1．5，當(dāng)U1=1．5 V時(shí)，可測(cè)得光伏電池的短路電流。
2．4 輔助電路
測(cè)試儀供電電路有12 V和5 V兩種，分別供給單電源運(yùn)放和其他芯片。為了兼顧供電效率和電源質(zhì)量，采用降壓式DC／DC控制器MAX1745(效率90％以上)，結(jié)合低壓差穩(wěn)壓器(LDO)TLV1117(線性穩(wěn)壓紋波很小)，設(shè)計(jì)了5～12V電路。DC／DC電路開關(guān)頻率最高300 kHz，電源最大功率50 W。

3 軟件設(shè)計(jì)
軟件采用Keil編譯環(huán)境下的C語言編程。程序設(shè)計(jì)流程，通過PC機(jī)向MCU串口發(fā)送測(cè)量控制指令，并接受測(cè)量數(shù)據(jù)。下位機(jī)MCU接收到測(cè)量指令后，通過不斷改變控制電壓信號(hào)UD。來改變外接負(fù)載。每次測(cè)量開始，控制電壓增加△U，然后采集一個(gè)點(diǎn)的電壓電流。直到測(cè)量到短路電流，測(cè)量結(jié)束?？紤]到光伏電池兩端電壓電流變化的延時(shí)性，用定時(shí)器控制采點(diǎn)時(shí)間，每隔50 ms采集一次數(shù)據(jù)。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)方案設(shè)計(jì)制作樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采用英利產(chǎn)品，型號(hào)為110(17)P1470×680的多晶硅光伏電池板。在自然光照情況下，對(duì)單塊光伏電池進(jìn)行測(cè)試。
廠家提供的Isc，Voc，IM和VM是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下(光強(qiáng)1 000 W／m2，電池溫度25℃)測(cè)得參數(shù)在實(shí)際測(cè)試中，很難實(shí)現(xiàn)，故按照下列方案進(jìn)行：
(1)根據(jù)太陽能電池簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，模擬理論輸出特性曲線。
根據(jù)固體物理理論推導(dǎo)出來的太陽能非線性I-V特性方程，其簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型是：

用直流電子負(fù)載PEL-300(臺(tái)灣固緯)采點(diǎn)測(cè)試當(dāng)前自然條件下，Isc=4．2 A，Voc=20．5 V，IM=3．6 A和VM=15．3 V。將上述參數(shù)帶入簡(jiǎn)化模型，求得理論近似I-V曲線和P-V曲線。
(2)使用本文開發(fā)的測(cè)試儀，與方案(1)同時(shí)測(cè)試，以保證相同的日照條件，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，如圖5和表1所示。

二種方案所得的理論和試驗(yàn)曲線吻合度較好，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。并且比較兩者，考慮到影響光伏電池輸出特性的內(nèi)、外部因素復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)曲線比理論曲線更接近電池板實(shí)際工作狀況，因?yàn)榉桨?2)測(cè)試時(shí)間很短，更能確保不變的日照條件。

5 結(jié)語
本文基于MCU，設(shè)計(jì)了可以數(shù)控調(diào)節(jié)、有源、高速響應(yīng)的可變電阻器模塊以及對(duì)應(yīng)的測(cè)量電路，開發(fā)出了可獲取光伏電池I-V和P-V曲線測(cè)試儀。物理實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，所獲得的光伏電池特性曲線，形態(tài)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)精度高。該測(cè)試儀在光伏電池測(cè)試，太陽能資源評(píng)估，建立光伏電池模型和最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)等方面有廣泛的應(yīng)用。