基于恒流模式電子負(fù)載的太陽能電池iv測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域與測(cè)量與自動(dòng)控制領(lǐng)域的結(jié)合，特別涉及一種基于恒流模式電子負(fù)載的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展，能源需求量在全球范圍變得越來越大，而傳統(tǒng)非可再生礦物能源卻在逐漸枯竭，對(duì)可再生新能源的開發(fā)利用已經(jīng)成為世界各國(guó)的熱點(diǎn)研宄課題。太陽能因其潔凈性與可再生性等諸多優(yōu)點(diǎn)越來越受到世界關(guān)注。在“節(jié)能、減排、開發(fā)綠色能源”的背景下，開發(fā)光伏能源及其應(yīng)用價(jià)值成為當(dāng)下科研的一個(gè)重要方向。在光伏電池生產(chǎn)中，電池性能的好壞直接影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。因此，對(duì)太陽電池光伏特性的精確快速檢測(cè)，就顯得尤為重要。這不僅利于企業(yè)生產(chǎn)效率的提高，更有助于科研活動(dòng)的進(jìn)一步開展。目前，國(guó)內(nèi)外多家公司針對(duì)太陽電池特性已經(jīng)開發(fā)出多款1-V測(cè)試系統(tǒng)，用于滿足光伏研宄與生產(chǎn)的需要。如美國(guó)Newport公司開發(fā)的Oriel 1-V測(cè)試系統(tǒng)，可對(duì)太陽能電池的光電特性和參數(shù)進(jìn)行全面的測(cè)量。美國(guó)吉時(shí)利公司開發(fā)的4500-MTS 1-V測(cè)試系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)36通道高速并行測(cè)試。國(guó)內(nèi)的賽凡光電、巨力科技、及卓立漢光等光電科技公司，也相繼開發(fā)出各種1-V測(cè)試系統(tǒng)用于光伏企業(yè)生產(chǎn)與科研活動(dòng)。另外，科研院校也在1-V測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)中，嶄露頭角。1994年，Hovinen A等人提出了 IV曲線到電池二極管模型的擬合方法。2004年，Guvench.M.G.等人基于PC硬件與數(shù)學(xué)編程研制了 IV測(cè)試系統(tǒng)用于大面積光伏電池特性的測(cè)試。2009年，Aranda.E.D等人提出一種基于DC-DC轉(zhuǎn)換器的光伏電池測(cè)試方法。2010年，Chen Fengxiang等人基于單片機(jī)開發(fā)了光伏1-V測(cè)試系統(tǒng)，電池主要參數(shù)測(cè)量誤差最小于5%。2013年，Herman M等人提出了太陽能電池IV測(cè)試時(shí)間最優(yōu)化方法。但目前的光伏1-V測(cè)試系統(tǒng)，由于體積龐大、成本昂貴、攜帶不便等突出缺點(diǎn)，無法滿足多樣化的市場(chǎng)需求。因此，提出一種和傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)相比，體積輕巧、成本較低、攜帶方便、準(zhǔn)確度高的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)變得十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于恒流模式電子負(fù)載的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)，具有以下顯著特點(diǎn):
[0004]1、巧妙利用電路的對(duì)稱性消除了運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓對(duì)測(cè)量精度的影響，保證測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
[0005]2、在消除溫度漂移影響的情況下增加了電子負(fù)載驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，提高了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。
[0006]3、巧妙地設(shè)計(jì)了供電穩(wěn)壓部分，有效解決由于電路漏電造成的過零點(diǎn)問題，保證測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
[0007]4、加入了過壓保護(hù)電路，克服了非正常情況帶來的瞬時(shí)高壓的影響，提高電路的可靠性。
[0008]5、系統(tǒng)在保證測(cè)量準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，體積小巧，利于攜帶和規(guī)?；a(chǎn)。
[0009]本發(fā)明提供一種基于恒流模式電子負(fù)載的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)，包含:
[0010]一模擬部分和數(shù)字部分，其中:
[0011]該模擬電路部分包括:
[0012]—電子負(fù)載模塊；
[0013]—驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊，其輸入端與電子負(fù)載模塊的端口 I連接，該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊并與一太陽電池串連；
[0014]一第一保護(hù)電路，其輸入端與驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊的電壓檢測(cè)端口 5連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位ADO端口 6連接；
[0015]一第二保護(hù)電路，其輸入端與驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊的電流檢測(cè)端口 4連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位ADl端口 5連接；
[0016]該數(shù)字電路部分包括:
[0017]一 MCU主控模塊，其是C8051F芯片；
[0018]一鍵盤控制模塊，其與MCU主控模塊的端口 2連接；
[0019]一液晶顯示模塊，其與MCU主控模塊的端口 I連接，該液晶顯示模塊是帶中文字庫(kù)12864液晶；
[0020]一接口通訊模塊，其與MCU主控模塊的端口 3連接；
[0021]一供電穩(wěn)壓模塊，該供電穩(wěn)壓模塊向整個(gè)太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)供電。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]1、巧妙利用電路的對(duì)稱性消除了運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓對(duì)測(cè)量精度的影響，保證測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
[0024]2、在消除溫度漂移影響的情況下增加了電子負(fù)載驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，提高了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。
[0025]3、巧妙地設(shè)計(jì)了供電穩(wěn)壓部分，有效解決由于電路漏電造成的過零點(diǎn)問題，保證測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
[0026]4、加入了過壓保護(hù)電路，克服了非正常情況帶來的瞬時(shí)高壓的影響，提高電路的可靠性。
[0027]5、系統(tǒng)在保證測(cè)量準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，體積小巧，利于攜帶和規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說明】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]圖1是基于恒流模式電阻負(fù)載的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖2是電子負(fù)載模塊I局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0031]圖3是驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊2局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0032]圖4是鍵盤控制模塊4局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0033]圖5是液晶顯不t旲塊5局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0034]圖6是接口通信模塊6局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0035]圖7是保護(hù)電路模塊7和保護(hù)電路模塊V局部細(xì)節(jié)電路圖；
[0036]圖8是穩(wěn)壓供電模塊8局部細(xì)節(jié)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]請(qǐng)參閱圖1至圖8所示，本發(fā)明提供一種基于恒流模式電子負(fù)載的太陽能電池IV測(cè)試系統(tǒng)，包含:
[0038]一模擬電路部分10和數(shù)字電路部分20，其中:
[0039]該模擬電路部分10包括:
[0040]—電子負(fù)載模塊1，所述電子負(fù)載模塊I由三個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的運(yùn)算放大器和四個(gè)分壓電阻和一個(gè)采樣電阻組成(參閱圖2)，其作用是將MCU主控模塊3的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAO輸入的激勵(lì)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，精確控制流過太陽能電池電流。具體的工作方式和連接方式為，電子負(fù)載有抑11^￥0:、￥55，5個(gè)主要外接端口:端口 Vb連接被測(cè)太陽能電池的正輸出極；端口 VI連接MCU的DAO輸出管腳并通過保護(hù)電路連接MCU的ADl輸入管腳；端口 VU通過保護(hù)電路連接到MCU的ADO輸入管腳；VCC和VSS接口負(fù)責(zé)整個(gè)電子負(fù)載模塊的供電。電子負(fù)載的功能可以通過公式I.= V ^Rsam來描述，電子負(fù)載可以使DAO的輸入激勵(lì)電壓V1全部施加在采樣電阻Rsam兩端，從而起到精確控制I.的功能；
[0041]一驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊2，其輸入端與電子負(fù)載模塊I的端口 I連接，該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊2并與一太陽電池串連，所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊2由對(duì)稱結(jié)構(gòu)的四個(gè)三極管和兩個(gè)分壓電構(gòu)成(參閱圖3)，具體的工作方式和連接方式為，驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊有V1、V2、VSS和VCC，4個(gè)主要外接接口:接口 Vl連接運(yùn)放OPO的輸出端口 ；接口 V2連接采樣電阻RSAM的一端和運(yùn)放OPl的正向輸入端；接口 VCC和VSS負(fù)責(zé)整個(gè)驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模塊的供電。恒流模式電子負(fù)載具有很好的恒流控制特性，但其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力比較差。流過太陽能電池的電流ICELL全部由運(yùn)算放大器OPO的輸出端提供，而運(yùn)放的輸出端的驅(qū)動(dòng)能力是十分有限的，從而造成電路的驅(qū)動(dòng)能力嚴(yán)重不足，而驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路引入，可以完美解決這個(gè)問題。其次，Q3和Q4與Ql和Q2都是BJT三極管，因此他們隨溫度的漂移特性非常接近，結(jié)合電路的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，非常有效消除由于溫度漂移