MCU控制的光伏電池測試儀設計

為準確測量光伏電池的短路電流，加入1．5 V補償電源，采用TI公司低電壓大電流電源模塊PTH05010制作。若電壓測量值為U1，光伏電池兩端實際電壓為U=U1-1．5，當U1=1．5 V時，可測得光伏電池的短路電流。
2．4 輔助電路
測試儀供電電路有12 V和5 V兩種，分別供給單電源運放和其他芯片。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)，設計了5～12V電路。DC／DC電路開關頻率最高300 kHz，電源最大功率50 W。

3 軟件設計
軟件采用Keil編譯環(huán)境下的C語言編程。程序設計流程，通過PC機向MCU串口發(fā)送測量控制指令，并接受測量數(shù)據(jù)。下位機MCU接收到測量指令后，通過不斷改變控制電壓信號UD。來改變外接負載。每次測量開始，控制電壓增加△U，然后采集一個點的電壓電流。直到測量到短路電流，測量結(jié)束。考慮到光伏電池兩端電壓電流變化的延時性，用定時器控制采點時間，每隔50 ms采集一次數(shù)據(jù)。

4 試驗驗證
根據(jù)方案設計制作樣機進行試驗，采用英利產(chǎn)品，型號為110(17)P1470×680的多晶硅光伏電池板。在自然光照情況下，對單塊光伏電池進行測試。
廠家提供的Isc，Voc，IM和VM是在標準測試條件下(光強1 000 W／m2，電池溫度25℃)測得參數(shù)在實際測試中，很難實現(xiàn)，故按照下列方案進行：
(1)根據(jù)太陽能電池簡化數(shù)學模型，模擬理論輸出特性曲線。
根據(jù)固體物理理論推導出來的太陽能非線性I-V特性方程，其簡化數(shù)學模型是：

用直流電子負載PEL-300(臺灣固緯)采點測試當前自然條件下，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)的測試儀，與方案(1)同時測試，以保證相同的日照條件，測得的試驗數(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曲線吻合度較好，驗證了設計的可行性。并且比較兩者，考慮到影響光伏電池輸出特性的內(nèi)、外部因素復雜，實驗曲線比理論曲線更接近電池板實際工作狀況，因為方案(2)測試時間很短，更能確保不變的日照條件。

5 結(jié)語
本文基于MCU，設計了可以數(shù)控調(diào)節(jié)、有源、高速響應的可變電阻器模塊以及對應的測量電路，開發(fā)出了可獲取光伏電池I-V和P-V曲線測試儀。物理實驗測試表明，所獲得的光伏電池特性曲線，形態(tài)準確，數(shù)據(jù)精度高。該測試儀在光伏電池測試，太陽能資源評估，建立光伏電池模型和最大功率點跟蹤(MPPT)等方面有廣泛的應用。