太阳电池阵列特性现场测试设备研究

论文摘要

随着经济的发展,能源问题越来越突出,作为可再生能源的太阳能光伏产业在未来将会有更大的发展空间。为合理配置太阳能电站的电池阵列、提高发电效率、降低发电成本,需要对太阳电池阵列的特性进行现场测试并做出分析。在比较分析了现有的太阳能电池阵列现场测试方法的基础上,本文采用了动态电容充电测量的测试方法,设计并研制出基于TI公司的TMS320F2806DSP的太阳电池阵列测试仪样机。本文主要工作及创新在于:1.在基于TMS320F2806DSP下位机测试控制部分的硬件电路中为电压和电流采样各设置了四路不同量程的采样通道。采样时通过软件判断自动选择最合适的量程,提高电压和电流大范围测量时的精度;2.在为电压和电流选择合适的量程及采样周期时,除采用预采样的方法外,在本测试仪样机中还尝试采用公式估算的方法。与预采样的方法相比,公式估算的方法只需要对电容进行一次充放电操作就能完成整个测量过程,使测试过程更加快速;3.对测试得到的数据按电压值进行了从小到大的升序重组,对电流数据进行了递推中位值平均滤波法的数字滤波处理,可消除由于偶然出现的脉冲性干扰所引起的采样值偏差;4.对辅助电源、测试控制电路和液晶显示进行了一体化的设计,使太阳电池阵列特性的测量和显示可以在本测试仪上一次完成。5.本测试仪样机可以利用太阳电池的数学模型以及测量的实时数据对阵列特性曲线进行预估、分析。通过对太阳电池阵列进行实际测量,实验结果表明:该样机测试系统运行稳定、携带方便、测量精度较高、一次完整的测试只需10s左右,测试比较快速,并且测量得到的伏安特性可以在液晶上直接以曲线的形式显示,使测得的阵列特性更为直观,能满足工程应用的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电概述
• 1.1.1 太阳能光伏发电系统的种类及用途
• 1.1.2 世界太阳能光伏发电发展现状与展望
• 1.1.3 我国太阳能光伏发电发展现状与展望
• 1.2 本课题的意义及所做的工作
• 1.3 本系统的设计指标及性能
• 第2章 太阳电池的原理、分类、基本特性及测量方法
• 2.1 太阳电池的原理
• 2.2 太阳电池的分类
• 2.2.1 晶体硅太阳电池
• 2.2.2 非晶硅太阳电池
• 2.2.3 化合物半导体太阳电池
• 2.2.4 纳米晶太阳电池
• 2.3 太阳电池的伏安特性
• 2.3.1 太阳电池的伏安特性
• 2.3.2 日照强度及温度对太阳电池的伏安特性的影响
• 2.3.3 串联电阻对太阳电池的伏安特性的影响
• 2.4 太阳电池阵列伏安特性现场测试方法
• 2.4.1 可变功率电阻器现场测试方法
• 2.4.2 动态电容充电现场测试方法
• 2.4.3 可变电子负载现场测试方法
• 第3章 太阳电池的数学物理模型
• 3.1 太阳电池的数学物理模型的建立
• 3.2 太阳电池的工程用数学模型
• 3.3 反映日照强度、温度对太阳电池特性影响的方案
• 3.4 太阳电池阵列 I-V特性曲线的预估
• 第4章 太阳电池阵列 I-V特性测试设备软硬件设计
• 4.1 测试控制部分硬件设计
• 4.1.1 动态电容充放电主电路设计
• 4.1.2 驱动电路
• 4.1.3 基于 TMS320F2806DSP的控制单元设计
• 4.1.4 采样电路
• 4.1.5 通讯模块电路
• 4.1.6 系统电源
• 4.2 测试控制部分软件设计
• 4.2.1 测试控制部分主流程
• 4.2.2 通讯处理模块
• 4.2.3 采样控制模块
• 4.2.4 数据处理
• 4.3 液晶显示模块介绍
• 4.3.1 液晶显示模块的硬件组成
• 4.3.2 液晶显示模块的主程序结构
• 4.3.3 测试系统的通讯协议
• 第5章 实验结果与总结
• 5.1 实验结果
• 5.2 全文总结
• 5.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文