【正文】 (4)采用虛擬儀器的軟硬件測試手段，在不同的負(fù)載電阻和光照強(qiáng)度變化條件 下對(duì)太陽能電池的輸出特性進(jìn)行了模擬光照射試驗(yàn)，完成了對(duì)太陽能電池的性能測試。 (d)噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號(hào)波形顯示 。它類似于普通編程語言中的 Do 循環(huán)。 軟件設(shè)計(jì)的程序結(jié)構(gòu) 軟件的程序結(jié)構(gòu)是一種程序流程控制節(jié)點(diǎn)，它們放置在程序框圖中，外形一般是一個(gè)大小可以縮放的邊框，當(dāng)它與其他節(jié)點(diǎn)的連線由數(shù)據(jù)傳遞過來時(shí)，邊框內(nèi)的一段代碼或者反復(fù)執(zhí)行，或者有條件執(zhí)行，或者按照一定順序執(zhí)行，下面來介紹在本文研究的性能測試系統(tǒng)中控制程序運(yùn)行的幾種常用結(jié)構(gòu)。 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(jì)思想，滿足了 測試系統(tǒng)開發(fā)的需要。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 23 VI 的圖標(biāo) /連接口相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的接口，用來實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。 LabVIEW 環(huán)境下開發(fā)的程序稱為 VI (Virtual Instrument)。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、 圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的上具。信號(hào)調(diào)理模塊的電路如圖 38 所示。2 .5v 的的信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)的 PCI 總線擴(kuò)展槽中 ,數(shù)據(jù)傳輸速度快 ,控制方式靈活 ,能適應(yīng)不同的測試需求。通過不同功能模塊的設(shè)計(jì) ,實(shí)現(xiàn)各種儀器的功能 ,如 :示波器、萬用表、分析儀等。 圖 34 MAX 的界面 系統(tǒng)中沒有 DAQ 設(shè)備，也沒有關(guān)系，因?yàn)榭梢栽谙到y(tǒng)中添加仿真設(shè)備，并在MAX 中配置和測試，然后在 Labview 中從仿真設(shè)備采集數(shù)據(jù)。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要考慮 DAC 的參數(shù)指標(biāo)，例如，如果需要用 DAC 的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)加熱器，則不需要使用速度很快的 AC，因?yàn)榧訜崞鞯臏囟缺?來就難以快速地跟蹤電壓變化。 PCI6221 卡的基本參數(shù)： (a)10 條數(shù)字 I/O 線 ,32 位計(jì)數(shù)器 ,數(shù)字觸發(fā)； (b)關(guān)聯(lián)（ Correlated） DIO（ 2 條時(shí)鐘線， 1MHz）； (c)另有 5 倍采樣速率的高速 M 系列和 4 倍分辨率的高精度 M 系列可供選擇； (d)包括 NIDAQmx、 VILogger Liter 數(shù)據(jù)記錄軟件和其他測量服務(wù)； (e)最大輸入電壓范圍（ 10V~+10V）； (f)2 路 16 位模擬輸出（ 833ks/s）； (g)16 路 16 位模擬輸入（ 250ks/s）。 PCI6221 是基于 PCI 總線的數(shù)據(jù)采集板卡， PCI 總線是一種同步的獨(dú)立于 CPU的 32 位或 64 位局部總線。 (3)模擬輸入通道數(shù) 表明數(shù)據(jù)采集卡 所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的選擇，要注意數(shù)據(jù)分辨率和精度、采樣速度、通道數(shù)、數(shù)據(jù)總線接口類型等方面來綜合選擇 。表示數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如 FFT 等。 采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯 特頻率（ fs/2=50 Hz ）的信號(hào)可以被正確采Magnitude0 F r e q u e n c yF 125 Hzfs / 2 = 50Ny q u is t Fre q u e n c yF 270 Hzfs / 2 = 100S a mp li n g F r e q u e n c yF 3160 Hz500F 4510 Hz//鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 16 樣。 如果對(duì)信號(hào) x(t) 采集 N 個(gè)采樣點(diǎn)，那么 x(t) 就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示：x={x[0],x[1],x[2],x[3],… .,x[n1]}這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào) x(t) 的數(shù)字化顯示或 顯示。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。例如： C， VC， Matlab， Microsoft Access。 基于虛擬儀器的光伏發(fā)電性能測試系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室的情況下，對(duì)測試對(duì)象的某一現(xiàn)象及過程的各參數(shù)進(jìn)行測試、采集、顯示和記錄。在本文中所研究的是基于 PC 總線方式的性能測試系統(tǒng)。第六 ,形成具有不同儀器功能的應(yīng)用程序。輸入通道接受和采集來自各 種外部環(huán)節(jié)送來的各種信號(hào)和信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的分析、判斷、計(jì)算和處理，然后通過輸出通道發(fā)出各種控制信號(hào)和命令、以完成預(yù)定的測控任務(wù)，包括對(duì)各種測控系統(tǒng)硬件的驅(qū)動(dòng)、診斷和對(duì)被測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后的數(shù)字、圖標(biāo)、圖像、圖形和文件的形式顯示、記錄和打印，對(duì)受控過程或試驗(yàn)對(duì)象以某種規(guī)律進(jìn)行控制，上述這些任務(wù)需要驅(qū)動(dòng)、診斷和處理軟件以及算法軟件來完成。操作人員離開光電開關(guān)范圍，組建會(huì)自動(dòng)向后移動(dòng)； (3)等組件移動(dòng)清潔相對(duì)位置后，清潔人員擋住光電開關(guān)，傳送帶停止，移下組件； (4)工作結(jié)束后，關(guān)閉總電源。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須具備以下條件： (a)抽真空時(shí)萊寶表顯示的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)； (b)層壓上室充氣第一階段上室壓力恢復(fù)到穩(wěn)定時(shí)所需要的時(shí)間要在范圍內(nèi)； (c)下室充氣下室壓力到達(dá)穩(wěn)定時(shí)所需時(shí)間在范圍內(nèi)。拿電池片 (串 )時(shí)必須拿主柵線中間位置。 (5)反向偏壓模塊 反向偏壓模塊由兩級(jí)推換放大器組成 ,推換放大器由兩組平衡晶體管組成 ,它按偏壓模型設(shè)定值驅(qū)動(dòng)。太陽光經(jīng)過大氣層衰減后照到地球上 ,其衰減系數(shù)與距離成 e的指數(shù)關(guān)系 ,而水 /硫酸銅水套對(duì)光的衰減也與距離成 e的指數(shù)關(guān)系 ,通過調(diào)整距離使其過濾產(chǎn)生的光譜等效于 1 太陽能電池的負(fù)載特性 負(fù)載特性在光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有非常重要的地位。因此，實(shí)際獲得的電流 I 為： I=IphId=IphIo(expqUD/ AKT1) (21) 21 式中 UD 為結(jié)電壓 ,Io 為二極管的反向飽和電流 ,Iph 為與入射光的強(qiáng)度成正比的光生電流，其比例系數(shù)是由太陽能電池的結(jié)構(gòu)和材料的特性決定的， Id鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 8 為暗電流，所謂暗電流值的是太陽能電池在無光照時(shí)，由外電壓作 用下 PN 結(jié)內(nèi)流過的單向電流點(diǎn)。與此相反，空穴擴(kuò)散到 N型材料中與自由電子復(fù)合點(diǎn)。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(gè)太陽能電池性能 測試平臺(tái)，對(duì)太陽能電池性能參數(shù)進(jìn)行測試，以此來分析太陽能電池的工作特性，在此過程中實(shí)現(xiàn)通過 LabVIEW 軟件編程對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的控制及數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)等。傳統(tǒng)儀器通常由信號(hào)的采集 ,信號(hào)的分析 ,信號(hào)的輸出 3 部分組成 。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 6 (2) 德、日、 美依然是世界三個(gè)最大最主要的光伏應(yīng)用市場 20xx 年全球安裝太陽能電池組件 1460MW，比前一年增長了 34%。在 21 世紀(jì)初進(jìn)行的 關(guān)于世界能源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)的調(diào)查顯示 ： 石油可開采為 年， 天然氣可采量為 61年， 煤炭可采量為 227 年，可見， 化石能源的可開采量已經(jīng)是屈指可數(shù)了。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。 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(jì)了系統(tǒng)總體方案，并且從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)整體的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì) 的介紹。首先介紹了太陽能發(fā)電的原理以及數(shù)據(jù)采集卡的選擇。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 太陽能的特點(diǎn)及開發(fā)利用 太陽能可以不分地域輻射到地球的每一個(gè)角落，從而成為 21 世紀(jì)最具大規(guī)模開發(fā)潛力的新能源之一。德國安裝837MW，比前一 年增長了 53%，占世界安裝量的 57%；日本安裝 292MW，比前一年增長了 14%，占世界安裝量的 20%；美國安裝 102MW，占世界安裝量的 7%；歐洲其它地區(qū)安裝 88MW，占世界安裝量的 6%；世界其它地區(qū)安裝 146MW，占世界安裝量的 10%。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。利用 LabVIEW 以及其它相關(guān)軟件對(duì)所測試數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)等功能。太陽能電池在無光照時(shí)，在界面層附近的相反的空間電荷相互作用，使載流子的繼續(xù)交換停止。它的大小反映出在當(dāng)前環(huán)境溫度下，太陽能電池 PN 結(jié)自身所能產(chǎn)生的總擴(kuò)散電流的變化情況。一方面，因?yàn)樘柲茈姵匕逄匦詫?dǎo)致光 伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載特性比較軟，容量稍大的負(fù)載啟停將直接對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出造成較大的沖擊，使得工作點(diǎn)有較大的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)，造成負(fù)載不能正常啟動(dòng)。 5 大氣 質(zhì)量時(shí)所產(chǎn)生的光譜。反向偏壓模型的確立是反向偏壓負(fù)載的關(guān)鍵 ,為此 ,鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 ( 20xx) 10 先確立太陽能電池等效電路模型。 敷設(shè) (1)敷設(shè)前的準(zhǔn)備； (a)打開敷設(shè)工作臺(tái)照明及烙鐵焊接臺(tái)開關(guān)。 (4)層壓注意點(diǎn) : 層壓機(jī)的上室壓力與下室壓力 層壓機(jī)突然斷電時(shí)，要進(jìn)行手動(dòng)層壓。 3 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程 測試系統(tǒng)的 工作方式 測試系統(tǒng)介紹 (1)測試系統(tǒng)包含以下三個(gè)方面： (a)測 試和采集 就是對(duì)客觀事物某一現(xiàn)象或過程的物理、化學(xué)和生物參數(shù)進(jìn)行測試、采集、顯示和記錄。這些軟件是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的測試系統(tǒng)軟件。 圖 31 測試系統(tǒng)連接圖 測試系統(tǒng)各部分工作方式如下： (1)測試系統(tǒng)中的測試對(duì)象為太陽能電池在各個(gè)不同光照下的開路電壓 ，短路電流及在不同負(fù)載情況下的工作電壓、電流。在 LabVIEW 集成開發(fā)環(huán)境中測試系統(tǒng)的應(yīng)用層完成數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)，系統(tǒng)的各種應(yīng)用，硬件驅(qū)動(dòng)層完成對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或控制。這些任務(wù)需要各種測試裝置和數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)來完成。 (e)可維護(hù)性 在使用不同種類的數(shù)據(jù)采集卡時(shí)只需改變相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集子模塊，所以 性能測試系統(tǒng)應(yīng)具有較好的可維護(hù)性。假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào) x(t) 每隔 Δ t 時(shí)間采樣一次。 根據(jù)采樣定理， 最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。而頻率高于 50HZ 的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有 5～ 10個(gè)周期，甚至更多的樣本。在數(shù)據(jù)采集之前 ,程序?qū)?duì)采集板卡初始化 ,板卡和內(nèi)存中的 Buffer 是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。 (1)采樣頻率 采樣頻率指單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬信號(hào)的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集卡的重要技術(shù)指標(biāo)。 (4)量程 指 ADC 能夠量化處理的最大、最小輸出電壓值?；? PCI 總線的數(shù)據(jù)采集板卡比 ISA 板卡的數(shù)據(jù)采集率高，其數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá) 132~264MB/s，并且 PCI 板卡同時(shí)還提供即插即用功能。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/O、計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器等。 數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng) 數(shù)據(jù)采集卡都有自己的驅(qū)動(dòng)程序，通過該程序來控制采集卡的硬件操作。如 36中設(shè)備和接口的 NI PCI6221 就是仿真的。此即是“軟件即儀器”的概念。由 PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成的虛擬儀器性能價(jià)格比高 ,設(shè)計(jì)手段靈活 ,通用性強(qiáng) ,應(yīng)用前景廣闊。此電路的頻率特性直接關(guān)系到整個(gè)調(diào)理電路的通頻帶 ,同時(shí)它還必須具有良好的信號(hào)限幅功能 ,以使放大后的信號(hào)不超過 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入極限值。 圖 36 信號(hào)調(diào)理電路 該 電路能夠接收計(jì)算機(jī)的控制指令以不同的采樣速率對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣 ,最高采樣頻率可達(dá)到 20MS/S,實(shí)現(xiàn)采樣值的存儲(chǔ) ,實(shí)現(xiàn)示波器的時(shí)基選擇功能 ,實(shí)現(xiàn)各種觸發(fā)采樣方式和計(jì)算機(jī)通信等功能 。它可以增強(qiáng)構(gòu)建自己的科學(xué)和上程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。一個(gè)完整的VI 程序由三部分組成：前面板 (Front Panel)、框圖程序 (Block Diagram)和圖標(biāo) /連接口。 VI 使用接口板來代替文本編程的函數(shù)參數(shù)表，每個(gè)輸入和輸出的參數(shù)都有自己的連接端口，其他相關(guān)的 VI 可以通過它來相互傳遞數(shù)據(jù)。因此在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們采用 LabVIEW 來進(jìn)行開發(fā)編程。 (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(gè)時(shí)刻應(yīng)該運(yùn)行哪種分析功能。 While 循環(huán)的框圖是一個(gè)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。 (e)輸出頻譜特性 。測試結(jié)果表明系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)的要求。 (3)通過 LabVIEW 軟件的數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)太陽能電池最大功率點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)常用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法進(jìn)行了研究。 (c)方波占空比可調(diào) 。 While 循環(huán) 可以反復(fù)執(zhí)行循環(huán)體的程序，直至到達(dá)某個(gè)邊界條件。因此，在 LabVIEW軟件平臺(tái)中具體表現(xiàn)為“從上至下”的設(shè)計(jì)，程序中的“底層”就是一