基于虚拟仪器和Matlab的太阳能电池测试系统

论文摘要

世界经济发展、常规能源供给危机以及环境保护等问题使得太阳能技术得到世界广泛的关注。相应的,太阳能电池产业进入了快速增长期,太阳能电池技术也得到不断发展。因此,作为太阳能电池及其相关产品的生产、研究过程中的重要设备,高性能太阳能电池测试系统的研制有着十分重要的意义。本文主要设计研制了一种高性能具有软件复现功能的太阳能电池测试系统。本文利用短弧氙灯作为模拟太阳光源,设计了氙灯供电电源系统,并通过氙灯光谱特性计算出AM1条件要求的测试距离。本测试光源具有光谱接近日光、能获得大面积均匀光强等优点,同时价格低廉、光强恒定,性价比很高。本文设计的测试系统在硬件上,利用虚拟仪器使硬件设备软件化的概念,依托数据采集卡和计算机强大的功能实现了快速准确的太阳能电池主要参数和I-V特性曲线的测试。软件上,本文采用LabVIEW和MATLAB混合编制。在LabVIEW平台上完成I-V特性曲线的显示和开路电压、短路电流、最大功率点、填充因子、转换效率等参数的跟踪计算,最高测试误差率为0.370%,测试稳定性能良好。MATLAB平台上,本文建立了一套有效可行,能够准确地把非标测试条件下的测试结果转化到标准条件的测量结果的理论和工程方法,基于神经网络建立了复现因子计算的相关模型,实现了软件复现的功能。复现后,开路电压短路电流修正值误差分别为0.46%和0.40%,符合IEC规定标准。既能满足工业生产所要求的测试高效性和友好性,也符合科研单位所需要的测试可调性和多样性。本文最后对测试系统进行了评估,并提出改进系统的设想和方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 能源现状与太阳能光伏发电
• 1.2 太阳能电池测试设备现状
• 1.3 本课题的来源及所做工作
• 2 太阳能电池测试原理
• 2.1 太阳能电池测试相关参数概述
• 2.2 太阳能电池伏安特性测试原理
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 直接法测太阳电池负载特性
• 2.2.3 补偿法测试太阳电池负载特性
• 3 太阳光模拟系统
• 3.1 太阳辐射光谱的性质
• 3.2 氙灯的光谱特点
• 3.3 氙灯太阳光模拟器的设计
• 3.3.1 点燃方式
• 3.3.2 氙灯稳压电源系统
• 3.3.3 太阳能电池和氙灯光源的距离
• 4 测试系统的软硬件设计与实现
• 4.1 虚拟仪器概述
• 4.2 数据采集卡
• 4.3 LabVIEW 软件程序
• 4.4 软件模块功能划分
• 4.4.1 电压信号输出模块
• 4.4.2 数据采集模块
• 4.4.3 信号处理模块
• 4.5 系统调试
• 4.6 测试结果及分析
• 5 太阳能电池测试复现算法
• 5.1 复现理论与数学模型
• 5.1.1 光谱失配模型
• 5.1.2 温度失配模型
• 5.2 复现因子数学模型的实现
• 5.2.1 复现因子模型参数的提取
• 5.2.2 建模的方法
• 5.2.3 神经网络建模开发环境
• 5.2.4 模型在复现因子计算中的应用
• 5.3 复现模型的验证
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间参与发表的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
• 附录3 复现算法部分代码