光伏电池板数据采集和测试系统设计

编号：清华大学本科毕业论文光伏电池板数据采集和测试系统设计院系：电子工程系姓名：***学号：***专业：电子信息工程年级：2008级指导教师：***职称：副教授完成日期：2012年5月摘要基于虚拟仪器光伏电池组件的测试系统采用灯光照射和过滤器为光伏电池板设备提供了一个模拟的太阳光，抛物面发射装置实现高均匀度的模拟太阳光，从而避免了因稳态的温度对测试的影响。

测试组件时环境温度要求在25℃。

利用虚拟仪器技术，利用多功能数据采集卡等设备，建立了光伏电池性能测试平台，对光伏电池性能参数进行测试。

论文在分析任务、技术指标及系统功能的基础上，设计了系统总体方案，并且从硬件和软件两个方面对系统整体的实现过程进行了详细的介绍。

首先介绍了太阳能电池发电的原理以及数据采集卡的选择。

选用NI公司的LabVIEW软件控制数据采集卡实现对光伏电池电压、电流数据的采集、显示及存储等功能，并对所测数据进行分析处理。

最终能对组件进行功率测试，测试组件是否符合要求。

最后对自己所设计出来的界面进行调试，虽然没有真正的组件测试，但是可以利用LabVIEW中的函数信号发生器仿真电压、电流，然后得到电压、电流曲线，VI 图像、功率曲线，进而找到最佳功率点。

关键词：数据采集；信号调理；最佳功率点；LabVIEWAbstractThe testing system, which is based on photovoltaic cell module using virtual instrument, provides stimulated sunlight for photovoltaic equipment by using lights and filters. A parabolic launch device succeeds in stimulating solar light of high uniformity so that the steady temperature will have no influence on the test. When tested, the ambient temperature should be 25℃. The photovoltaic cell performance testing platform is established to test parameters of the photovoltaic cell performance, making use of the virtual instrument technology and data collection card with multi-function and other equipment.This paper, on the basis of analysis the task, technical index and system function, designs an overall scheme of the system and makes a detailed introduction of the whole implementation process of the system from two aspects of hardware and software. Firstly, it introduces the principle of the solar power generation and the selection of data acquisition card. The use of NI Company's LabVIEW, by controling the data acquisition card, can make it possible to collect, display, and store the solar battery voltage, to analyse and process the measured data. Its ultimate purpose is to achieve power sub-file and test if the testing components meet those requirements. Finally, the interface that has been designed will be debugged. Although there is no real module testing, the optimal power point can be found by using the function signal generator in the LabVIEW to stimulate the voltage and current to get their curves, the VI graph, and the power curve.Key words: data acquisition; signal regulation; the optimal power point; LabVIEW目录1 绪论 (1)1.1光伏电池领域现状与发展趋势 (1)1.2 虚拟仪器的概述 (2)1.3 本文研究的内容和目的 (2)1.4 本文研究的意义 (3)2 光伏板模型及电磁特性 (4)2.1 光伏电池的结构和原理 (4)2.2 光伏系统的状态分析 (5)2.2.1 电池的伏安特性曲线 (5)2.2.2 功率匹配 (7)2.3 光伏电池的检测参数 (8)3 光伏电池板数据采集和测试系统开发设计过程 (10)3.1 光伏电池板数据采集和测试系统总体结构 (10)3.2 光伏电池板数据采集系统 (10)3.3 光伏电池板数据采集和测试系统硬件设计 (11)3.3.1 传感器的选择 (11)3.3.2 数据采集卡的选择 (13)3.3.3 USB7360数据采集卡 (14)3.4 光伏电池板数据采集和测试中虚拟仪器的软件平台 (16)3.4.1 LabVIEW软件介绍 (16)3.4.2 LabVIEW的操作模板 (20)3.4.3 光伏电池板数据采集和测试中软件设计的层次结构 (23)3.4.4 光伏电池板数据采集和测试中软件设计的程序结构 (23)4 光伏电池板数据采集和性能测试系统的软件界面设计及流程 (30)4.1 软件界面设计思想 (30)4.2 子程序的调用 (31)4.3 转换效率的检测 (33)4.4 最大功率 (34)4.5 串联电阻和并联电阻的检测 (34)4.6 填充因子的检测 (36)4.7 滤波子程序 (36)4.8 整体界面的显示 (37)5 结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1.1 光伏电池领域现状与发展趋势太阳能光伏发电产业在上世纪末本世纪初受到了世界各国的重视。

目前光伏发电居世界各国前列的是日本、德国和美国。

世界各国纷纷立法，制定鼓励政策，提出发展规划，大力扶持，推广应用，促进了光伏产业飞速发展，使其成为近十年来增速最快的能源产业之一。

1998~2008年全球光伏发电产量的年平均增长率(CAGR)以两位数增加，1998~2003年的CAGR 为30％，2003~2008年的CAGR 为44％。

光伏发电的安装量从2003年的245MW 猛增到2008年的1460MW ，年平均增长率达43％。

其中德国为80％，美国为35％，日本为25％，欧洲其他地区为43％，世界其他地区为13％[8~10]。

光伏发电产业在未来十年仍将保持调整发展的势头。

在德、日、美等40多个积极发展太阳能产业的政府的推动下，目前太阳能终端用户的需求量大大超过了产能增长。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上[11~12]。

这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

我国光伏发电产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目、政府项目的启动和市场的拉动。

近5年来，中国光伏电池产量年增长速度达到了100％一300％，光伏电池产量占全球产量的比例也由2005年1.07％增长至2011年的近15％。

商业化晶体硅太阳能电池的效率也从3年前的13％-14％提高到16％-17％[13~17]。

总体来看，中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。

在产业布局上，中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。

在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

随着光伏技术的发展，上世纪七十年代，我国投入了相当大的人力和物力，建立了太阳电池测量实验室，开始了太阳电池的标定与测试技术的研究工作。

主要的测试设备包括国产和进口的A 级太阳模拟器，用于电性能测量并开发了基于锁相放大技术的太阳能电池光谱响应测量系统。

然而太阳电池的量值统一在全世界也是一个待解的难题。

我国的电池检测设备1992年以前除少数企业引进少量进口设备以外，均采用比较粗糙而且落后的方法对产品进行测试。

此时，一些公司、科研院所相继进入电池检测领域。

其中引进计算机集散控制系统来实施批量大规模的电池测试。

以DKl00为代表的电池综合测控系统实现了对电池检测和分选的自动化。

我国的电池测试行业一直在持续不断的发展，但与国际先进水平相比还存在着一定的差距。

电池性能的检测是通过检测设备实现的，因此，提高检测技术，提高检测系统的适用性、稳定性、可靠性对电池产品质量水平的提高与电池行业的发展至关重要。

同时作为新兴的行业，太阳能电池产品的种类和性能变化非常快，与之相适应的太阳能电池测试技术却没有能够立即跟上。

例如，多结太阳能电池测试技术。

近几年我国研制出各种多结太阳能电池新品，对于多结太阳能电池，如果还采用传统的太阳能电池测试设备，必将产生无法估量的测试误差。

随着新兴的虚拟仪器技术的发展以及其在各行各业的应用，本文利用虚拟仪器技术建立了一整套光伏电池数据采集和检测装置，对于光伏电池的生产以及在应用时进行数据采集和检测，系统具有很好的可扩展性，适用性和稳定性。