專利名稱：一種測量太陽電池參數(shù)的儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量儀器，尤其涉及一種測量太陽電池參數(shù)的儀器。
背景技術(shù)：
太陽能電池參數(shù)是衡量太陽電池品質(zhì)優(yōu)劣的重要依據(jù)，是衡量光電轉(zhuǎn)換效率的的具體目標(biāo)，對太陽電池的參數(shù)進(jìn)行精確測量意義重大。目前，太陽電池參數(shù)測試儀多是基于PC機(jī)，如西安交通大學(xué)開發(fā)的JDSGC-8/9系列太陽電池檢測儀，這種裝置設(shè)備體積龐大、且成本高，不適于大規(guī)模批量電池的測試使用，還有如基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)[楊志剛等，一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，發(fā)明專利號:CN102621469A]，雖然結(jié)構(gòu)較為簡單，但其數(shù)據(jù)處理及圖像顯示部分仍在PC機(jī)上完成。便攜式太陽電池參數(shù)提取設(shè)備還處于大量空白，已知有以DSP為核心的太陽電池參數(shù)測試裝置[黎步銀等，一種太陽電池參數(shù)測試裝置，發(fā)明專利號:CN101551437B]，該發(fā)明中的太陽電池參數(shù)測試儀采用DSP處理作為控制核心，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成功擺脫了對PC機(jī)的依賴，但其獲取參數(shù)少，且參數(shù)測量精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有便攜式太陽電池參數(shù)測量裝置參數(shù)測量不全，精度較低的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種擁有較高精度以及全面參數(shù)測量的便攜式太陽電池參數(shù)提取設(shè)備，同時(shí)又有操作簡單、體積小、功耗低的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，包括DSP、電子負(fù)載模塊、電流采集模塊、電壓采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、存儲模塊和DAC模塊，其中ADC模塊采用DSP內(nèi)置的AD芯片；DSP與電流采集模塊、電壓采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、存儲模塊和DAC模塊相連接，電子負(fù)載模塊經(jīng)電流、電壓采集模塊輸出電壓和電流信號，送入DSP，經(jīng)DSP內(nèi)置的ADC模塊采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量作濾波后，可將多組電流、電壓值存入存儲器；DSP對電子負(fù)載模塊、顯示模塊、存儲模塊和DAC模塊在發(fā)出控制信號；對濾波后的多組電流、電壓值作運(yùn)算處理，處理結(jié)果送至顯示模塊。為獲得更高的參數(shù)測量精度，采取以下措施:
一、在電壓、電流采集模塊中設(shè)計(jì)量程選擇電路，各設(shè)有兩個(gè)量程，可依據(jù)太陽電池輸出電壓范圍進(jìn)行選擇，這樣可以提高AD轉(zhuǎn)換后的精度；
二、采用變頻采樣，采樣過程分三個(gè)階段:第一階段，當(dāng)電壓小于開路電壓的69%時(shí)，電壓變化較大，電流變化緩慢，采樣頻率設(shè)為F1，F(xiàn)1為0.7MHz ;第二階段為電壓位于開路電壓的69%到93%之間時(shí)，電壓和電流變化劇烈，IV曲線變化較大，需要提高采樣頻率，采樣頻率設(shè)為F2=F1*4 ;第三階段為電壓大于開路電壓的93%時(shí)，電壓變化較慢，電流變化較大。采樣頻率設(shè)為F3=F1*2 ；
三、采用恒壓、恒流兩種電子負(fù)載，以提高整體的采集精度。
為獲得全面的參數(shù)值，編程實(shí)現(xiàn)太陽電池的Iph-光生電流、I。-反向飽和電流、η- 二極管影響因子、Rs-串聯(lián)電阻、Rsh-并聯(lián)電阻、Isc-短路電流、V。。-開路電壓、Pmax最大輸出功率、Vm-最佳工作電壓、Im-最佳工作電流、FF-填充因子和1-V曲線這十二個(gè)參數(shù)的求解，其求解方法如下:
對恒流型負(fù)載采集的電壓電流數(shù)據(jù)作AD轉(zhuǎn)換后，將得到的電壓值和電流值分別進(jìn)行數(shù)字濾波處理，進(jìn)而將得到的多組電壓值V和電流值I相乘得各點(diǎn)的功率值P，將各功率點(diǎn)進(jìn)行比較得最大功率值Pmax，其對應(yīng)的電壓值和電流值分別為最佳工作電壓Vm和最佳工作電流Im，取I接近零的一些點(diǎn)用最小二乘法作直線擬合得到其I=O時(shí)電壓值開路電壓V。。，及其斜率值的倒數(shù)Ki ;同理，對恒壓型電子負(fù)載采集的電壓電流數(shù)據(jù)作AD轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波處理后，得多組電壓值V和電流值I，進(jìn)而將得到的多組電壓電流值輸出到顯示模塊上得到1-V曲線，取1-V曲線上靠近V=O處的一些點(diǎn)的做線性擬合得到其斜率值的倒數(shù)Kv及其與電流坐標(biāo)軸的交點(diǎn)值短路電流Is。，并由以下公式可求得其他各參數(shù)的值:
權(quán)利要求
1.一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，包括DSP處理器、電子負(fù)載模塊、電流采集模塊、電壓采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、存儲模塊和DAC模塊，其特征是ADC模塊采用DSP內(nèi)置的ADC模塊；DSP處理器與電流采集模塊、電壓采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、存儲模塊和DAC模塊相連接，電子負(fù)載模塊經(jīng)電流、電壓采集模塊輸出電壓和電流信號，送入DSP處理器，經(jīng)DSP處理器內(nèi)置的ADC模塊采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；DSP處理器對電子負(fù)載模塊、顯示模塊、存儲模塊和DAC模塊在發(fā)出控制信號，對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量作濾波和計(jì)算處理后，處理結(jié)果送至顯示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的電壓采集電路由兩個(gè)三極管、兩個(gè)MOSFET和四個(gè)電阻組成，采樣電阻R6、R8、Rl7依次串聯(lián)接于太陽電池輸出端，其中電阻R6接于太陽電池正向輸出端，電阻R17接地，電阻R16的一端接電阻R6與R8之間的連接點(diǎn)，另一端引出電壓信號；VRC為量程選擇端，VRC接低電平時(shí)，三極管Q4導(dǎo)通M0SFETQ3截止，電阻R8與Rl7之間的節(jié)點(diǎn)接地，采集的電壓為太陽電池輸出電壓的R8/(R6+R8)倍；VRC接高電平時(shí)，M0SFETQ3導(dǎo)通三極管Q4截止，此時(shí)采集電壓為太陽電池輸出電壓的(R8+R17)/(R6+R8+R17)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的電子負(fù)載模塊由恒壓型電子負(fù)載、恒流型電子負(fù)載和負(fù)載選擇電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的恒流型電子負(fù)載主要由三個(gè)電阻、兩個(gè)MOSFET和一個(gè)運(yùn)算放大器組成，運(yùn)算放大器的正向輸入端接DA芯片輸出端，反向輸入端與電阻R33以及M0SFETQ9、Q10的漏極相連，電阻R33的另一端引出電流信號，R31、R32 一端依次分別與M0SFETQ9、QlO的柵極相連，另一端接于元算放大器的輸出端，其中，太陽電池的負(fù)端接地，電阻R5接于太陽電池正向輸出端，VRCl為高電平，VRC2為低電平時(shí)，太陽電池輸出電流將穩(wěn)定在V+/R33。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的恒壓型電子負(fù)載模塊主要由五個(gè)電阻、兩個(gè)MOS`FET和和一個(gè)運(yùn)算放大器組成，運(yùn)算放大器的反向輸入端接DA芯片輸出端，正向輸入端接于電阻R5與R7之間，電阻R5、R7、RlO依次串聯(lián)接于太陽電池兩輸出端，其中，太陽電池的負(fù)端接地，電阻R5接于太陽電池正向輸出端，M0SFETQ5、Q6的柵極分別與電阻RIO、R14連接，源極均接于太陽電池正向輸出端，電阻RIO、R14的另一端均與運(yùn)算放大器輸出端相連，VRC接低電平時(shí)電阻R7也接地，其兩端的電壓穩(wěn)定在(R5+R7)/R7*V_ ;VRC接高電平時(shí)，電子負(fù)載兩端電壓則穩(wěn)定在(R5+R7+R15)/(R7+R15)*V_，V_為運(yùn)算放大器的反相輸入端的電壓值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的模塊選擇電路由四個(gè)電阻、兩個(gè)MOSFET和兩個(gè)三極管組成，其中電阻R34、R36的一端分別與VRCl和VRC2相連，另一端分別與三極管Q13、Q14的基極相連，電阻R35、R37的一端接地，另一端分別與三極管Q14集電極M0SFETQ11柵極的連接點(diǎn)和三極管Q13集電極M0SFETQ12柵極的連接點(diǎn)相連，M0SFETQ11、Q12的源極分別相連并接于太陽電池的正向輸出端，三極管Q13、Q14的發(fā)射極均接于地，VRCl為高電平，VRC2為低電平時(shí)恒流型電子負(fù)載接通，反之，則恒壓型電子負(fù)載接通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的電流采集模塊由大量程電流采集電路、小量程電流采集電路組成和電流量程選擇電路組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的大量程電流采集電路由一個(gè)線形電流傳感器、一個(gè)運(yùn)算放大器和五個(gè)電阻組成，線形電流傳感器正向輸入端接M0SFETQ5、Q6的漏極，限流電阻R22跨接在線形電流傳感器輸出端與運(yùn)算放大器反向輸入端之間，反饋電阻R26跨接于運(yùn)算放大器反向輸入與輸出端之間，分壓電阻R28、R29大小相等串聯(lián)接于5V電源的正負(fù)極，從兩電阻間引出電壓接于運(yùn)算放大器正向輸入端，此電流采集電路的量程為0—2.5R22/SR26，δ為線形電流傳感器的輸出靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的小量程電流采集電路主要由一個(gè)運(yùn)算放大器和三個(gè)電阻組成，其中電阻R9的一端接運(yùn)放正向輸入端和大量程電流采集電路中線形電流傳感器的反向輸入端，另一端接地；電阻R12、R13串聯(lián)，其中電阻R12的另一端接地，電阻R13的另一端接運(yùn)放輸出端，電阻R12與R13之間的連接點(diǎn)接至運(yùn)放的反向輸輸入端，其量程為0-3.3R12/(R12+R13)R9 A。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的流量程選擇電路一個(gè)三極管，一個(gè)MOSFET和兩個(gè)電阻組成，CRC接高電平時(shí)，三極管Ql導(dǎo)通M0SFETQ2截止，小量程電流采集電路正常工作；CRC接低電平時(shí)，三極管Ql截止M0SFETQ2導(dǎo)通R9被短路，小 量程電流采集電路無輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，其特征在于:所述的參數(shù)計(jì)算程序主要流程如下: 一通過恒流型負(fù)載采集的電流值1、電壓值V得各點(diǎn)的功率值P，將各功率點(diǎn)進(jìn)行比較得最大功率值Pmax，其對應(yīng)的電壓值和電流值分別為最佳工作電壓Vm和最佳工作電流Im，取I接近零的一些點(diǎn)用最小二乘法作直線擬合得到其I=O時(shí)電壓值開路電壓V。。，及其斜率值的倒數(shù)Ki ； 一將恒壓型電子負(fù)載采集的多組電壓值V和電流值I，輸出到顯示模塊上得到1-V曲線，取1-V曲線上靠近V=O處的一些點(diǎn)的做線性擬合得到其斜率值的倒數(shù)Kv及其與電流坐標(biāo)軸的交點(diǎn)值短路電流Is。; 取1-V曲線上靠進(jìn)V=O處的一些點(diǎn)用最小二乘法作直線擬合得到其與電流坐標(biāo)軸的交點(diǎn)值短路電流Is。，及其斜率值的倒數(shù)κν，同理，取靠近I=O處的一些點(diǎn)的做線性擬合得到其與電壓坐標(biāo)軸的交點(diǎn)值開路電壓V。。，其斜率值的倒數(shù)Ki ； 一由Vm、Im、Is。、Kv、V。。、Ki的值，根據(jù)如下六個(gè)公式求出其余五個(gè)參數(shù)Iph-光生電流、10-反向飽和電流、Π- 二極管影響因子、Rs-串聯(lián)電阻、Rsh-并聯(lián)電阻和FF-填充因子，并退出函數(shù)； R — -KjKjL.Fj-KlIKjmvJkx: 一 r-1J-v^(kVjKjct -vsc) ’ Rik=-R^-Kv ; r r ι R-"] 一 I ^hj
全文摘要
一種測量太陽電池參數(shù)的儀器，用于測量太陽電池的光生電流、反向飽和電流、二極管影響因子、串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻、短路電流、開路電壓、最大輸出功率、最佳工作電壓、最佳工作電流、填充因子和IV曲線這十二個(gè)參數(shù)。本儀器主要包含DSP、電子負(fù)載模塊、電流采集模塊、電壓采集模塊、濾波模塊和DA轉(zhuǎn)換模塊。本發(fā)明中，DSP的使用使其擺脫了對PC機(jī)的依賴，為提高參數(shù)測量精度，采用恒壓、恒流兩種電子負(fù)載，電壓、電流采集模塊均設(shè)有兩個(gè)量程，并采用變頻采樣技術(shù)。
文檔編號G01R31/26GK103207363SQ20131013797
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月21日
發(fā)明者曹期軍, 曹華翔, 卓儒盛, 肖文波, 張青, 馬冰洋, 林萬云, 楊志偉, 袁永標(biāo) 申請人:南昌航空大學(xué)