太阳能电池I_V特性测试系统实现

计 算 机 与 现 代 化2010年第 3 期 J ISUANJ I YU X IANDA IHUA 总第 175 期文章编号 : 1006 22475 ( 2010 ) 0320148 203收稿日期 : 2009 208207作者简介 :许劲松 ( 19852) ,男 ,安徽安庆人 ,合肥工业大学材料科学与工程学院硕士研究生 ,研究方向 :计算机应用及自动化 。太阳能电池 I2V 特性测试系统实现许劲松 ,周汉义 ,刘洪杰(合肥工业大学材料科学与工程学院 ,安徽 合肥 230009 )摘要 :介绍基于 Del phi 的太阳能电池 I2V 特性测试系统的工作原理 、 硬件设计 、 程序说明及测量结果 ,该测量系统界面友好 、 操作方便 、 自动化程度高 ,具有实用价值 。关键词 : Del phi; 太阳能电池 ; I2V 特性中图分类号 : TM914 . 4 文献标识码 :A do i: 10. 3969 / j. issn. 1006 22475. 2010. 03. 042Testi ng System of Solar Cell I2V Specia lity Based on D elph iXU Jin2song, ZHOU Han2yi, L IU Hong2jie( School of Material Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China )Abstract: This paper introduces work princi ple, hardware design, p rogram demonstrati on and measure result of the solar cell I2Vcapability test system based on Del phi. The result shows that the test system has friendly interfaces, convenient operations, highroboticized 2degrees and app lied values.Key words: Del phi; solar cell; I2V capability1 绪 论太阳能电池 I2V 特性测试是指在一定光照下 ,输出到负载的电流和电池两端的电压 。传统的实验室测量 I2V 特性曲线方法是通过调节可变电阻的大小改变电池两端的输出电压 ,这种方法硬件设计简单 ,能达到良好的效果 ,但精度不高 ,不能满足实际应用中的需要 。本文所述的由高精度转换器 、 可调负载和配套软件组成的测试系统能够通过计算机对测试参数进行设置 ,并且读取数据 ,在计算机内进行数据处理 ,绘制I2V 曲线和显示其它参数并打印输出 ;系统还可根据客户的具体情况和特殊需求进行相应的系统扩展和改装 。测量系统结构框图如图 1所示 。由软件通过 D /A 转换获得连续变化的 、 高精度的输入电压送往 PWM 模块 。 通过调节 PWM 输入电压来控制输出脉冲占空比 ,经过电容充放电 ,从而得到相当大小的输出电压 ,由此控制太阳能电池输出电图 1 测量系统结构框图压 ,并测量此时的负载电流 。输出电压通过 A /D 转换送往计算机进行处理 ,绘制曲线并保存 。 电流电压的变化反映出负载的变化 , PWM 相当于模拟负载 ,其占空比高低表现为负载的大小 。2 硬件设计硬件原理图如图 2所示 。图 2 硬件原理图本系统的 PWM 模块核心选用的是 TL494 芯片 ,TL494 作为一款稳定性好 ,控制方便灵活 ,功能齐全的 PWM 控制芯片很受业内人士认可 。 TL494是一种频率固定的脉冲宽度控制器 ,它将脉宽调制所需的电2010年第 3 期 许劲松等 :太阳能电池 I2V 特性测试系统实现 149 路综合到一个单一的芯片上 ,包含两个误差放大器 ,一个片载可矫正的晶体振荡器 ,死区时间控制器 , 5%精度 , + 5V基准电压 ,低压锁定和输出控制电路 。PWM 模块控制开关电路的通断 ,当输出为 0时 ,回路断开 ,输出为 1,回路导通 。考虑两个极端 ,电路断开时 ,输出电压等于电池电动势大小 ,电流为零 ;占空比接近 1时 ,输出电压很小 ,电流达到最大 。曲线是单调变化的 ,只要在一定范围内调节占空比大小 ,电压变化时 ,得到一系列对应的电流值 。 电流值的大小可通过回路串联一个电阻测其两端电压得到 ,从而得到相应的 I2V 曲线 。3 软件说明Delphi作为软件开发平台 ,与其他主流 ID E相比 , Delphi 具有编译速度快 、 易上手 、 界面开发方便 、开发效率高等突出优点 。本文用 Delphi 开发界面程序及处理和传输数据。界面程序用来实时跟踪各个数值 ,绘制曲线。 测试时首先是输出控制电压并读取电路送来的电压电流值 ,这里要连接一个专门的可进行 A /D 和 D /A 转换的工控板 ,计算机可对其寻址从而获取并发送数据 ,本文选用基于 ASI总线的 PS22104A多功能板 ,具有 32路 12位 A /D 转换通道和 2路 12位 D /A 转换通道 ,转化时间仅 20μ s,D /A 转换范围 0V ～ 5V,对应数字量 2048～4097,送往 PWM 输入端 ,输出的占空比对应为 100% ～0% ,测量精度高。 该卡口地址可以在 0～ 03FFH间设置。 通过 Delphi 内嵌汇编语言编写 A /D 和 D /A 转换函数 ,供主函数调用。 再添加一个定时器 ,就可以定时读取数据并保存进数据库。 为了直观地显示输出电流电压及输出功率和负载的变化 ,使用 Delphi 里 Canvas类的画笔实时绘制曲线。 端口数据读写及 A /D 和 D /A 转化函数的相关代码如下 :/ /3 3 3 3 3 3 3 3 读端口值 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 / /functi on TForm2. in_put ( port_addr: word ) : byte;assembler; register;asmPUSH BXMOV DX, port_addrIN AL, DXPOP BXend;/ /3 3 3 3 3 3 3 3 3 写端口值 3 3 3 3 3 3 3 3 / /p rocedure TForm2. out _ put ( port _ addr: word; data _ byte:byte) ;asmPUSH BXMOV DX, port_addrMOV AL, data_byteOUT DX, ALPOP BXend;p rocedure TForm2. DA_contr oll ( outdata: integer) ;varH ighEightB it, LowFour B it: byte;beginH ighEightB it: = outdata shr 4; / /右移取高 8 位 ( outdata 应在 2048 ～ 4095 )LowFourB it: = outdata and 15; / /取低 4 位out_put ( 02E0 + 2, H ighEightB it) ; / /送高 8out_put ( 02E0 + 3, LowFourB it ) ; / /送低 4out_put ( 02E0 + 1, 2 ) ; / /启动 D /A 转换end;Functi on TForm2. AD_read ( channel: byte) : real;varH, L: integer;k: real;beginout_put ( 2E0 + 0, 32 + channel ) ; / /选择通道out_put ( 2E0 + 1, 0) ; / /送通道sleep( 3) ; / /延迟H: = in_put ( 2E0 + 2) ; / /读高 8位L: = in_put ( 2E0 + 3) ; / /低 4位k: = H 3 16 +L /16;k: = 2. 4414 3 k25000;AD_read: = k;end;数据采集过程中不可避免会出现数据的波动 ,如受光照不稳定的影响等 。 为了提高测量精度 ,编程还应考虑到应使采样时间间隔尽量短 ,一次采集尽可能多的数据取平均数 。 充电电容的选取也是至关重要 ,试验表明 ,当使用 63V /1000uF 电容的时候 ,由于充放电时间长 ,曲线波动较大 ,不能得到正确的数据 ,所以应选择合适规格的电容 。4 数据分析系统所测太阳能电池伏安特性曲线如图 3所示 。另外电池功率曲线的测定也有很大的实用价值 ,可以据此调节输出最大功率 ,使电池能量利用率达到最大 。各曲线已在图 4 中标出 ,其中功率曲线基本平滑 ,很好地消除了干扰 ,测量的精度高 ,而且方便快捷 ,并与 Access数据库构成实用的查询系统 ,可随时调用 ,具有很强的使用价值 。150 计 算 机 与 现 代 化 2010 年第 3期图 3 实测伏安曲线图 4 实测功率曲线参考文献 :[ 1 ] Holstr oemn I R. 太阳能电池与太阳能电池电子线路[M ]. 上海 :上海科学技术文献出版社 , 1986.[ 2 ] Hovel H J.太阳能电池 [M ]. 黑龙江 :黑龙江科学技术出版社 , 1984.[ 3 ] 童诗白 . 模拟电子技术基础 (第 3版 ) [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2001.[ 4 ] 李晓明 . 电路与电子技术 (第 2 版 ) [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2009.[ 5 ] 李东生 . Protel99SE 电力设计技术入门与应用 [M ]. 北京 :电子工业出版社 , 2002.[ 6 ] Steve Teixeira. 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