【正文】 如圖 39所示。頂層應(yīng)用程序是最終提供給 用戶使用的具有完善測試界面和配置界面的應(yīng)用程序。 (1) Case結(jié)構(gòu) 一般測試系統(tǒng)分析功能都比較多，需要用合適的算法判定程序在各個時刻應(yīng)該運行哪種分析功能。為了提高運行速度，將原來的多個Case結(jié)構(gòu)合并為一個，合并后 Case結(jié)構(gòu)的輸入值不再是單一的布爾控件，而變成改進后的輸入值。默認(rèn)值為確定。它類似于普通編程語言中的 Do循環(huán)。 For循環(huán)將把它的框圖中的程序執(zhí)行指定的次數(shù)， For循環(huán)具有下面這兩個端子： N，計 數(shù)端子（輸入端子） — 用于指定循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)； i，周 期端子（輸出端子） — 含有循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程 27 重置信號如值為 TRUE，相位將被重置為相位控件的值，時間標(biāo)識將被重置為 0。 幅值是波形的幅值。默認(rèn)值為 0。如錯誤發(fā)生在 VI或函數(shù)運行之前， VI或函數(shù)將把錯誤輸入值傳遞至錯誤輸出。錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤并 VI或函數(shù)運行前已發(fā)生錯誤，值為 FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。如狀態(tài)的值為 TRUE，代碼將為非零 錯誤代碼 。 采樣信息包含采樣信息 ： Fs是每秒采樣率。 方波占空比是方波在一個周期內(nèi)高電平所占時間的百分比。 相位輸出是 波形的相位，以度為單位。右鍵單擊錯誤輸光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程 28 出的前面板顯示控件，從快捷菜單中選擇解釋錯誤可獲取更多關(guān)于該錯誤的信息。如狀態(tài)的值 為 FALSE，代碼將為 0或警告代碼。 本虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用 ，利用 LabVIEW強大的圖形化界面功能，快速地編制友好的用戶界面。確定了軟件系統(tǒng)的功能和任務(wù)劃分后，可以設(shè)計出主要程序結(jié)構(gòu)和程序流程圖，明確各個功能模塊的劃分，在定義的公用數(shù)據(jù)接口上，進行各模塊的編程。利用工具模板來添加開關(guān)、按鈕、數(shù)字顯示、圖表等輸入控制器和輸出指示器。對框圖程序的設(shè)計主要是對節(jié)點、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計。 本檢測系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法，各功能模塊以 LabVlEW子 VI的形式實現(xiàn)，檢測系統(tǒng)的基本流程圖如下圖 41所示： 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和性能測試系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計及流程 31 。首先查找錯誤，如果一個 VI程序存在語法錯誤，程序是不能執(zhí)行的，運行按鈕會變成一個折斷的箭頭。 (2) 框圖程序的設(shè)計：框圖程序相當(dāng)于源代碼，只有在創(chuàng)建了框圖程序以后該程序才能真正運行起來，實現(xiàn)功能。 系統(tǒng)設(shè)計可以分為三部分： (1) 首先創(chuàng)建前面板：前面板是用戶操作的面板，它使用戶實現(xiàn)對系統(tǒng)的執(zhí)行，而且用戶能觀察到的也是前面板，所以應(yīng)根據(jù)實際中的儀器面板以及該儀器所要實現(xiàn)的功能來設(shè) 計前面板。結(jié)構(gòu)化設(shè)計，即是要求自頂而下的把軟件從整體到局部進行層層細(xì)分，分析各個任務(wù)的細(xì)節(jié)，以及 相互之間的關(guān)系。 （ 5） XY圖的介紹： XY圖也是波形圖的一種，它需要同時輸入 X軸和 Y軸的數(shù)據(jù)， X， Y之間相互聯(lián)系不要求 X坐標(biāo)等間距，且能通過編程能方便地繪制任意曲線。 代碼是錯誤或警告代碼。如錯誤輸入表明在 VI或函數(shù)運行前已發(fā)生錯誤，錯誤輸出將包含相同的錯誤信息。默認(rèn)值為 50。 s是波形的采樣數(shù)。 源表示錯誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯誤或警告的 VI或函數(shù)名。 代碼是錯誤或警告代碼。如在 VI或函數(shù)運行時發(fā)生錯 誤， VI或函數(shù)將正常運行并在錯誤輸出中設(shè)置自身的錯誤狀態(tài)。 錯誤輸入表明 VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤。默認(rèn)值為 。 信號類型是要生成的波形的類型 表 32 0 Sine Wave （ 默認(rèn)） 1 Triangle Wave 2 Square Wave 3 Sawtooth Wave 頻率是波形頻率，以赫茲為單位。 圖 319 基本函數(shù)發(fā)生器 引腳 偏移量指定信號的直流偏移量。如圖 31 316所示。 (2) While循環(huán)結(jié)構(gòu) While循環(huán)條件循環(huán)結(jié)構(gòu)是一種無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，只要條件滿足，它就可以一直循環(huán)運行下去。 消息是對話框中顯示的文本。但是在 Case結(jié) 構(gòu)過多的情況下，將會在很大程度上影響系統(tǒng)的速度。因此，在 LabVIEW軟件平臺中具體表現(xiàn)為“從上至下”的設(shè)計，程序中的“底層”就是一個個 VI，當(dāng)設(shè)計編好一個 VI，你可以把它當(dāng)作一個 SubVI在比它更高的層中使用，而且這種層次是沒有限制的，一個個的 VI構(gòu)成整個系統(tǒng)程序的總體。 底層驅(qū)動程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括 LabVIEW圖形化編程環(huán)境和板卡的驅(qū)動程序。該模板上的每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。Enum〔環(huán)與枚舉 ) 環(huán)與枚舉的控制和顯示。Cluste( 數(shù)組和簇 ) 數(shù)組和簇的控制和顯示。包含各種布爾開 關(guān)、按鈕以及指示燈等。子模板中包括的對象，在功能方面用文字簡要介紹，如表 31所示。 (2) 控制模板 (Controls Palette) 該模板用來給前面板設(shè)置各種所 需的控制量 (Controls)和顯示量 (Indicators)，主要用來創(chuàng)建前面板中的對象，構(gòu)建程序的界面。 (1) 工具模板 (Tools Palette) 具模板如圖 37所示，該模板包含各種用于創(chuàng)建、修改 LabVIEW中的對象，并可對VI程序進行調(diào)試。 LabVIEW建立在易用的圖形化編程語言上，符合模塊 化程序設(shè)計思想，滿足了測試系統(tǒng)開發(fā)的需要。對于一個 VI，也可以在框圖程序中通過其他的 VI的圖標(biāo) /連接口來調(diào)用其他的 VI作為其子程序，這些被調(diào)用的 VI稱為 程序設(shè)計符合了模塊化的程序設(shè)計思想， 并對這種思想起了推進作用。如圖 36所示： 圖 36 程序框圖 VI的圖標(biāo) /連接口相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的接口，用來實現(xiàn)功能的擴展。用戶在使用虛擬儀器時，通過鼠標(biāo)、鍵盤來對儀器進行參數(shù)設(shè)定，并在顯示類控件中對測試結(jié)果進行顯示。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW提供 T Windows， UI VIX， Linux， Macintosh的多種版本。測試系統(tǒng)開發(fā)的需要。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。 LabVIEW集成了與滿足 GPIB， VXI，RS232和 RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。索引值 是 USB板模塊使用時非常重要的參數(shù)， USB7000系列模塊是靠索引值來區(qū)分的。 (2) 主要技術(shù)指標(biāo)： USB指標(biāo)： 處理器及 USB接口芯片： CY7C68013 通訊方式： USB接口 通訊距離：小于 5米 通訊協(xié)議： 模入部分： 輸入通道數(shù)：單端 48路；雙端 24路 輸入信號范圍： O～ 5V， 0～ lOV，177。 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過先進先出存儲器 (FIFO)緩存后由 USB總線讀出。具有真正的熱插拔、即插即用 (PnP)功能。讓計算機的外圍設(shè)備可以隨時移除，有著良好的移動和遷移性能。因此， USB數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備從低價位、單功能到高速、 16位多功能，應(yīng)有盡有。 本系統(tǒng)采用的是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司自己研發(fā) USB7360型數(shù)據(jù)采集卡。如果把分辨率增加到 16位，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的細(xì)分?jǐn)?shù)值就可以從 8增加到 2的十六次方，即 65536，它就可以更準(zhǔn)確的表示原始信號。一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號電壓較高 (高于 1V)，信號源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線較短 (低于)，且所有的輸入信號共用一個基準(zhǔn)地線。 ADC的性能和參數(shù)直接影響著采集數(shù)據(jù) 的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實際測量所需要的精度來選擇合適的 ADC。當(dāng)采集卡測量模擬信號時，必須考慮信號的輸入模式 (單端輸入或差分輸入 )、分辨率、輸入范圍、采樣范圍、采樣速率、精度和噪聲等因素，如果信號的特性不滿足直接利用采集卡進行測量，一般還需要對信號進行調(diào)理。接下來使用差動放大器?！?。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)硬件設(shè)計 本檢測系統(tǒng)的硬件主要有一臺電腦，數(shù)據(jù)采集卡 USB7360，溫度傳感器，日射強度計，萬用表，可變電阻、電線組成。但這 5種信號并不互相排斥，它只是電信號的 5種測量角度而已。例如熱電偶、電阻式測溫計 (RTD)、熱敏電阻器和 IC傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)變成 ADC可測量的模擬信號。電流電壓以及溫度信號經(jīng)采集卡傳到電腦上的 LabVIEW軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和保存，經(jīng)處理和保存過的數(shù)據(jù)在測試系統(tǒng)中再次被調(diào)用，同時通過日射強度計來采集光照強度，以此來分析光伏電池的特性。電池的輸出功率和效率隨溫度升高而減少，每升高 1℃，效率約下降 ％，使用壽命也降低。 光伏板模型及電磁特性 9 圖 24 串并聯(lián)電阻對填充因子的影響 [4] (6) 轉(zhuǎn)換效率 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻式的最大能量轉(zhuǎn)換效率，等于光伏電池的輸出功率與入射到光伏電池表面的能量之比： inmpp?? (28) 地面用光伏電池的測試標(biāo)準(zhǔn)為：大氣質(zhì)量為 ，入射的太陽輻照度為 1000W/ 2m ，溫度為 25℃，在此條件下光伏電池的輸出功率定義為光伏電池的峰瓦數(shù)，用符號表示為 Wp(peak watt)。 (5) 串聯(lián)電阻并聯(lián)電阻 串并聯(lián)電阻對填充因子有很大的影響，同時電池的短路電流只受串聯(lián)電阻的影響，而開路電壓只受并聯(lián)電阻的影響。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號 mu 和 mi 。 (2) 短路電流 短路電流 SCi ，就是將光伏電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時，流過光伏電池兩端的電流。這樣才可以獲得最大的功率輸出，提高太陽能的利用效率。 根據(jù)式 (2— 2)、 (2— 3)作圖，可得到光伏電池的伏一安特性曲線，如圖 2— 2所示，同時也可稱為 I— U曲線。負(fù)載兩端的電壓 Lu 稱為光伏電池的工作電壓。 SHR 為并聯(lián)電阻，它主要是有電池表面污濁和半導(dǎo)體晶體缺陷引起的漏電流所對應(yīng)的 PN結(jié)漏泄電阻和電池邊緣的漏泄電阻等組成。 光伏板模型及電磁特性 5 圖 21 光伏電池的等效電路 PHi 光伏電池的光電流； DD ui / 內(nèi)部 PN二極管的電流和電壓； SHR 由于表 面不均勻和光伏電池棱角電流損失，所以有一個并聯(lián)損失電阻； SR 由于硅片的軌道電阻和接觸，接頭損失，所以有一個串聯(lián)的損失電阻； SGSGui / 太陽能產(chǎn)生的電流和電壓； LLL uiR // 負(fù)載電阻，電流，電壓； 其中 LSH ii ? ， LSG uu ? 。 光伏電池各區(qū)對不同波長光的敏感型是不同的。 當(dāng)入射光照在電池表面時，光子穿過減反射膜進入硅中，能量大于硅禁帶寬度的光子在 N區(qū)， PN結(jié)空間電荷區(qū)和 P區(qū)中激發(fā)出光生電子 —— 空穴對。 硅光伏電池的基本材料為 P型單晶硅，厚度為 — 。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，砷化鎵，非晶硅，硒銦銅等，但是它們的發(fā)電原理基本相同，以晶體硅為例來描述光發(fā)電過程。光伏發(fā)電裝置的實際輸出功率隨光照強度的變化而變化，白天光照強度最強時，發(fā)電裝置輸出功率最大，夜晚幾乎無光照，輸出功率基本為零。以半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電技術(shù)，能滿足 人類的需要。利用 LabVIEW以及其它相關(guān) 軟件對所測試數(shù)據(jù)進行分析處理，完成數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示及存儲等功能。 緒論 3 本文所設(shè)計的基于虛擬儀器下的光伏電池組件測試平臺利用了反向偏壓電子負(fù)載的形式，可在極短時間內(nèi)同時測出多個點的 電壓、電流值，并且給出光伏電池組件由實時數(shù)據(jù)修正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電池功率。傳統(tǒng)儀器通常由信號的采集，信號的分析，信號的輸出 3部分組成；虛擬儀器同樣可以劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、顯示結(jié)果三大功能模塊。 虛擬儀器的概述 虛擬技術(shù)、計算機通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)最重要的組成部分，它們被稱為 21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。 同時作為新興的行業(yè)，太陽能電池產(chǎn)品的種類和性能變化非?？欤c之相適應(yīng)的太陽能電池測試技術(shù)卻沒有能夠立即跟上。其中引進計算機集散 控制系統(tǒng)來實施批量大規(guī)模的電池測試。主要的測試設(shè)備包括國產(chǎn)和進口的 A級太陽模擬器，用于電性能測量并開發(fā)了基于鎖相放大技術(shù)的太陽能電池光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)。總體來看，中國太陽能電池的國際市場份額和技術(shù)競爭力大幅提高。由此可以看出，太陽能 電池市場前景廣闊。在德、日、美等 40多個積極發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)的政府的推動下，目前太陽能終端用戶的需求量大大超過了產(chǎn)能 增長。 1998~2020年全球光伏發(fā)電產(chǎn)量的年平均增長率 (CAGR)以兩位數(shù)增加， 1998~2020年的 CAGR為 30％， 2020~2020年的 CAGR為 44％。 the optimal power point。最后 對自己所設(shè)計出來的界面進行調(diào)試，雖然沒有真正的組件測試，但是可以利用 LabVIEW中的函數(shù)信號發(fā)生器仿真電壓、電流，然后得到電壓、電流曲線， VI? 圖像、功率曲線，進而找到最佳功率點。 論文在分析任 務(wù)、 技術(shù)指標(biāo)及系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計了系統(tǒng)總體方案，并且從硬件和軟件兩個方面對系統(tǒng)整體的實現(xiàn)過程進行了詳細(xì)的介紹。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢