基于FPGA的手持式光伏电池测试仪设计

论文摘要

在能源紧张的今天,太阳能作为一种清洁可再生能源,受到了越来越多的重视,而对太阳能电池性能作出准确评价的仪器的需求也在相应增加。为了对部署在户外的光伏阵列进行性能测试,市场需要一种手持式的光伏测试仪,其性能特点是:方便携带、快速测量、功耗低、准确测量。本文设计了一款基于FPGA的光伏测试仪。采用电容作为电子负载。在光伏电池对电容的充电过程中,对充电电流和电压数据进行采样,通过对数据处理和分析,在液晶屏上显示出光伏电池的相关特性。相对于传统的基于MCU的设计,本设计用FPGA生成采样模块,采样频率大大提高,同时采用变频采样的方法,以解决传统电容式测试仪I-V曲线数据过度密集在开路电压附近的小部分区域,而曲线主体部分较稀疏的问题。本文设计包括系统硬件部分和FPGA数字部分。系统硬件部分包括电源设计,充电电路设计,放大电路设计,采样电路设计,环境参数采集电路设计,FPGA配置设计;FPGA数字部分是FPGA内部数字模块的设计,包括:主控制部分、采样初始化部分、变频采集部分、存储部分、滤波部分、显示部分、以及RS232串口发送部分。通过对开路电压为72. 3V,短路电流为1. 8A的太阳能电池组件的测试。来进行系统验证。该系统和传统系统的对比验证结果表明:在总采集数据量相差不大,不增加存储负担的前提下,由本系统得到I-V曲线主体部分的数据量大大超过传统系统。数据量越多使得干扰更易排除,从而滤波后,得到的I-V曲线更加平滑;参数Im、Vm、Pm、FF多次测量的最大相对偏差分别从传统系统的5. 5%,5. 9%,1. 41%,1. 41%优化到本系统的2. 7%,2. 8%,0. 37%,0. 37%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 太阳能的特点和发展前景
• 1.2 太阳能发电技术的发展现状
• 1.3 太阳能检测技术的发展
• 1.4 本课题的目的和意义
• 2 光伏电池工作原理及特性
• 2.1 光伏电池的分类
• 2.2 硅电池工作原理及输出特性
• 3 太阳能电池测试原理
• 3.1 太阳能电池特性参数计算
• 3.2 温度和光照对太阳能电池伏安特性曲线的影响
• 3.3 测量数据的标准化
• 3.4 变频测试原理
• 4 系统硬件设计
• 4.1 充电电路设计
• 4.2 放大电路设计
• 4.3 采样电路设计
• 4.4 环境参数采集电路设计
• 4.5 电源设计
• 4.6 FPGA 配置
• 5 FPGA 数字模块设计
• 5.1 整体结构
• 5.2 初始化部分
• 5.3 变频采样部分
• 5.4 存储部分
• 5.5 串口发送模块
• 5.6 显示模块
• 6 结论与展望
• 6.1 试验结果
• 6.2 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 部分数字模块 Verilog 代码