【正文】 (3) 程序的調(diào)試：在前面板以及程序框圖設(shè)計好以后，程序執(zhí)行過程中可能會遇到錯誤，程序不能 正常運行，因此要對程序進(jìn)行調(diào)試。這樣使程序有條理，容易修改和維護(hù)。 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。 錯誤輸出包含錯誤信息。默認(rèn)值為 1000。默認(rèn)值為 FALSE。如重置信號的值為 FALSE， VI將忽略相位。默認(rèn)值為 FALSE。 While循環(huán)的框圖是一個大小可變的方框，用 于執(zhí)行框中的程序，直到條件端子接收到的布爾值為 FALSE。 圖 310 Case結(jié)構(gòu)輸入 16運行真分支時的顯示結(jié)果 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 24 圖 311 Case結(jié)構(gòu)輸入 3運行假分支時的顯示結(jié)果 圖 312 Case結(jié)構(gòu)假分支 圖 313 case結(jié)構(gòu)真分支 本 VI中用到的對話框單按鈕的用法： 圖 314 對話框按鈕引腳 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 25 單按鈕對話框 ： 顯示包含一條消息和一個按鈕的對話框 。對于論文所設(shè)計的性能測試系統(tǒng)，軟件編程所采用的是按照模塊化設(shè)計，層次調(diào)用、結(jié)構(gòu)化的思想，把任務(wù)分解為一系列任務(wù)，每一項任務(wù)還可以分解為更多項小任務(wù)，然后將其組合來完成更大的任務(wù)。 (3) 函數(shù)模板 (Functions Palette) 函數(shù)模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具，包含了編寫程序的過程中會用到的函數(shù)和 VI程序，主要用于構(gòu)建后面板的對象。 4 Arrayamp。 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 21 圖 38 控件模版 控件模板本次論文用到的包括如下所示的一些子模板。這些模板集中反映了該軟件的功能與特征，對 LabVIEW程序的創(chuàng)建、設(shè)計和調(diào)試具有重要的作用。像其他高級編程語言中，一個函數(shù)可以調(diào)用其他的函數(shù)作為它的子函數(shù)一樣。 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 18 VI前面板：前 面板類似于傳統(tǒng)儀器的模擬面板，主要由輸入控制器 ((Control)和輸出指示器 ((Indicate)組成。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高上作效率。 USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實物圖如圖 34所示： 圖 34 USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實物圖 [5] 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試中虛擬儀器的軟件平臺 LabVIEW 軟件介紹 LabVIEW是一種圖形化的編程語 言，它廣泛地被上業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程 17 受，而且被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。計數(shù)部分，本模塊有 3路 16位字長的計數(shù)器。 USB7360多功能數(shù)據(jù)采集卡適用于提供了 USB接口的 PC系列微機(jī)。 (1) USB7360采集卡的特點 USB數(shù)據(jù)采集卡是各種應(yīng)用的理想之選，從簡單的數(shù)據(jù)記錄到嵌入式 OEM系統(tǒng)，非常廣泛。例如， 3位模數(shù)轉(zhuǎn)換把輸入范圍細(xì)分為 2的三次方，即 8份，二進(jìn)制數(shù)從 000到 111分別代表每一份。在單端輸入中，輸入信號均以共同的地線為基準(zhǔn)。 一 個典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入，模擬輸出，數(shù)字 I/0，計數(shù)器 /計時器等。 AD590的 主要技術(shù)指標(biāo)： (1) 測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ ； (2) 電源電壓范圍為 4V～ 30V，可以承受 44V正向電壓和 20V反向電 壓，因而器件即使反接也不會被損壞； (3) 輸出電阻為 710mΩ； (4) 精度高， AD590在 55℃ ～ +150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差僅為 177。信號調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵和數(shù)字信號調(diào)理等。一個完整的 DAQ系統(tǒng)包括傳感器或變換器、信號調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析硬件、計算機(jī)、驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件等，如圖 32所示： USB 圖 32 典型的基于 PC的數(shù)據(jù)采集 (DAQ)系統(tǒng) 太陽 光伏電池板 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集 特性分析 光伏電池板面積 日射強度計 溫度傳感 電流 電壓 溫度 LABVIEW PC 被測對象 傳感器信號 調(diào)理信號 數(shù)據(jù)采集卡 DAQ PC LABVIEW 軟件 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 11 (1) 傳感器和變換器 傳感器感應(yīng)物 理信息并生成可測量的電信號。在給定光強下，光伏電池工作溫度的升高將影響電池的輸出功率。 FF的值始終小于 l?？捎酶邇?nèi)阻的直流毫伏計測量電池的開路電壓。 在短路狀態(tài)下， Lu =0，可得到短路電流 SCi ；在開路狀態(tài)下，且 Li =0時，電壓表示為 OCu ，用式表示為： ???????? ?? 1ln ODOC IiqnkTu (23) 式 (2— 3)是開路電壓的表達(dá)式，表明要提高光伏電池的開路電壓，必須提高短路電流和反向飽和電流的比值。 LR 為串聯(lián)電阻，它主要由電池的體電阻、表面電阻、電極導(dǎo)體電阻、電極與硅表面間接觸電阻和金屬導(dǎo)體電阻等組 成。當(dāng)光伏電池兩端接一負(fù)載后，光電池就從 P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至 N區(qū)，負(fù)載中就有功率輸出。這個過程 的 實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某個輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值。本論文研究內(nèi)容主要是利用多功能數(shù)據(jù)采集卡建立一個光伏電池性能測試平臺，對光伏電池性能參數(shù)進(jìn)行測試，以此來分析光伏電池的工作特性，在此過程中實現(xiàn)通過 LabVIEW軟件編程對數(shù)據(jù)采集卡的控制等。虛擬儀器是以計算機(jī)作為儀器的硬件支撐 ， 充分利用計算機(jī)獨具的運算、存儲、調(diào)用顯示及文件管理等智能功能 ， 把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化，使之與計算機(jī)結(jié)合起來融為一體，這樣便構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)儀器相同，同時又充分享用了計算機(jī)智能資源的全新的儀器系統(tǒng)。電池性能的檢測是通過檢測設(shè)備實現(xiàn)的，因此，提高檢測技術(shù)，提高檢測系統(tǒng)的適用性、穩(wěn)定性、可靠性對電池產(chǎn)品質(zhì)量水平的提高與電池行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，上世紀(jì)七十年代，我國投入了相當(dāng)大的人力和物力，建立了太陽電池測量實驗室，開始了太陽電池的標(biāo)定與測試技術(shù)的研究工作。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。世界各國紛紛立法，制定鼓勵政策，提出發(fā)展規(guī)劃，大力扶持，推廣應(yīng)用，促進(jìn)了光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，使其成為近十年來增速最快的能源產(chǎn)業(yè)之一。最終能對組件進(jìn)行功率測試，測試組件是否符合要求。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 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(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 the optimal power point。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。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。其中引進(jìn)計算機(jī)集散 控制系統(tǒng)來實施批量大規(guī)模的電池測試。 虛擬儀器的概述 虛擬技術(shù)、計算機(jī)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)。 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。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。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。 當(dāng)入射光照在電池表面時，光子穿過減反射膜進(jìn)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。 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 ? 。負(fù)載兩端的電壓 Lu 稱為光伏電池的工作電壓。這樣才可以獲得最大的功率輸出，提高太陽能的利用效率。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 。 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)。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(jìn)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。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。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。接下來使用差動放大器。 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。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。 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。讓計算機(jī)的外圍設(shè)備可以隨時移除，有著良好的移動和遷移性能。 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過先進(jìn)先出存儲器 (FIFO)緩存后由 USB總線讀出。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。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。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW提供 T Windows， UI VIX， Linux， Macintosh的多種版本。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(kuò)展。 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。 (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。包含各種布爾開 關(guān)、按鈕以及指示燈等。Enum〔環(huán)與枚舉 ) 環(huán)與枚舉的控制和顯示。 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。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。 (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。 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。默認(rèn)值為 。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)。 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。默認(rèn)值為 50。 代碼是錯誤或警告代碼。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(jìn)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。 (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。 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 。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。 本虛擬儀器測