【正文】 譯碼電路。主要是檢測被測電源的放電電流，擬采用電阻電壓法測量，通過測量電阻兩端的電壓，由 I=U/R 可計(jì)算出電流。也就是說，氙燈功率有較大幅度的變化時(shí)，在可見光區(qū)的光譜能量分布的比例幾乎是不變的，這是其他光源所難以做到的?？傮w上脈沖氙燈的光譜分布比鎢燈和 ELH 燈等都要更接近太陽。圖中存在正、負(fù)兩種反饋，故有兩個(gè)反饋電阻 RfR f2，負(fù)反饋電阻 Rf1用于電流采樣，而 Rf2接至 R*的另一端用于提供基準(zhǔn)電壓。當(dāng)可變電阻從 0 點(diǎn)起向 B 點(diǎn)方向滑動時(shí)，和上述相反，電池開始受外加電源反向偏置。這樣我們就不可能從負(fù)載曲線上得到如短路電流或開路電壓的數(shù)值，也就不能正確地描述電池的伏安特性。考慮到柵線并不產(chǎn)生光電，所以可以把 At換成有效面積 Aa（也稱為活性面積） ，即扣除了柵線圖形面積后的面積，同時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換效率要高一些。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15圖 32 太陽能電池伏安特性曲線當(dāng)負(fù)載 RL連續(xù)變化時(shí)，經(jīng)過測量得到一系列 IV 數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算出一些重要的參數(shù)，除上文所述的 IM、V M、P M之外，還包括開路電壓 VOC、短路電流 ISC、填充因子FF、串聯(lián)電阻 RS、并聯(lián)電阻 RSh、和電池效率 η。戶用系統(tǒng)也有用在野外無人設(shè)備的供電方面，如通信塔、廣播差轉(zhuǎn)臺、燈塔等。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽能電池方陣發(fā)出的電經(jīng)蓄電池充電并經(jīng)過逆變器直流轉(zhuǎn)換成直、交流電。5 0 0 W / m 178。 光伏電池的 I V 和 PV 特性曲線光伏電池的伏安特性是一定光強(qiáng)、一定溫度下，電池的負(fù)載外特性，直接反映出電池輸出功率。對于不同材料的太陽電池，盡管光譜范圍是不同的，但光電轉(zhuǎn)換的原理是一致的。它的種類很多，可按照不同的方法進(jìn)行分類，如按照結(jié)構(gòu)的不同可分為同質(zhì)結(jié)光伏電池、異質(zhì)結(jié)光伏電池、肖特基光伏電池、多結(jié)光伏電池和液結(jié)光伏電池。太陽能電池作為潔凈新能源在光伏領(lǐng)域已獲得良好的商業(yè)應(yīng)用和發(fā)展，但許多制約電池發(fā)展的影響因素尚不清楚如電光學(xué)特性等。其基本原理是在氙燈光強(qiáng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)時(shí)刻鎖定被測電池的電流信號。太陽能電池測試設(shè)備在國外已得到廣泛應(yīng)用，各大太陽電池生產(chǎn)廠商都有其系列產(chǎn)品。隨著各國對資源、環(huán)境、能源等問題的認(rèn)識日益加深，太陽能光伏發(fā)電越來越得到各國的認(rèn)同，越來越多的資金和人力投入到了對光伏發(fā)電的研究中來，相應(yīng)的對光伏產(chǎn)業(yè)的扶持政策也紛紛出臺。而太陽能光伏發(fā)電是目前應(yīng)用最廣泛的一方面，即通過光伏電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能，并與儲能裝置，測量控制裝置和直流交流轉(zhuǎn)換裝置相配套，構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)。因此，作為太陽能電池及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、研究過程中的重要設(shè)備，高性能太陽能電池測試系統(tǒng)的研制有著十分重要的意義。目前的世界能源是以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主體結(jié)構(gòu)。全球能源專家們認(rèn)定，太陽能將成為 21 世紀(jì)最重要的能源之一。2021 年北京奧運(yùn)會提出“綠色奧運(yùn)”的目標(biāo)將會是我國新能源推廣和利用的契機(jī)。國內(nèi)太陽電池測試設(shè)備的商品化生產(chǎn)還處于起步階段。就現(xiàn)狀而言，我國太陽電池及其組件自動生產(chǎn)線上使用的測試設(shè)備主要依賴進(jìn)口。因此，加緊開發(fā)太陽能電池測試系統(tǒng)迫在眉睫。例如，當(dāng)光照射到由P 型和 N 型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 PN 結(jié)上時(shí)，在一定條件下，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子—電子和空穴。圖 23 是實(shí)際太陽能電池等效電路模型。 光照強(qiáng)度對光伏電池輸出特性的影響光伏電池的伏安特性曲線是在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下得到的，在實(shí)際運(yùn)用中，光伏電池的開路電壓和短路電流都會隨著兩者的變化而變化。由公式 可知其效率隨著溫度的上升而下降，ospMP??即光伏電池轉(zhuǎn)換率具有負(fù)的溫度系數(shù)。圖 29 為光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。深圳國際園林花卉博覽園 1MWp 并網(wǎng)光伏電站建成后，成為目前亞洲和中國總?cè)萘康谝坏牟⒕W(wǎng)光伏電站，同時(shí)，也是世界上為數(shù)不多的兆瓦級大型太陽能光伏電站之一。在圖 32 中所表示的就是四邊形 OIMMV 與四邊形 ISCAVOCO 面積之比。流過二極管的正向電流為 IF，流經(jīng)負(fù)載的電流為 (37)LI??而 (38)??exp1FOqVIAKT??????式(38)中 Io是二極管的反向飽和電流，V 是負(fù)載電阻 R 兩端的電壓，同時(shí)它又是理想電池二極管的正向電壓；A 是 PN 結(jié)的質(zhì)量因子，與溫度無關(guān)，理想情況下 A=1。由于可以產(chǎn)生負(fù)值電壓，也避免了直接法中因取樣電阻 RS所帶來的誤差。光照A被測電池電壓表電流表V電子負(fù)載（ 恒流源 ）圖 37 采用四線法及恒流源作電子負(fù)載測試電池 IV 曲線原理恒流源通過電流線給被測電池通入一定大小的電流，再經(jīng)電壓線測出對應(yīng)該電流的電池兩端的電壓值。測試電路采用 DSP 作為下位機(jī)，一方面對測試電路的工作模式進(jìn)行程控，另一方面通過與上位機(jī)進(jìn)行通訊，獲得測試電路運(yùn)行的工序步驟，同時(shí)將采集到的被測的太陽能電池的各項(xiàng)電參數(shù)傳回給上位機(jī)進(jìn)行顯示和儲存。表 41 氙燈及其他光源與太陽光比較輻射能量平均值(%)太陽光氙光 熒光燈(自然光等)白熾燈(500W)波長（um）顏色W W △W W △W W △W～ 紫 ～ 蘭 ～ 綠 ～ 黃 ～ 橙 ～ 紅 ∑△W 氙燈在可見光區(qū)域的光譜特性與太陽光幾乎接近，這是氙燈光譜特性好的主要優(yōu)點(diǎn)。為了簡化設(shè)計(jì)，降低成本，所以決定采用如圖 44 所示的太陽能電池的硬件測試設(shè)計(jì)方案框圖。A/D 轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)分析可以知道，本文中太陽能電池測試系統(tǒng)的 DSP 控。D/A 轉(zhuǎn)換電路。本測試系統(tǒng)采用了 TM500A 小型太陽模擬器（） ，它是一個(gè)以 500W 短弧氙燈為光源的通用準(zhǔn)直型太陽模擬器（圖 43） 。僅在 450nm 和 700nm 左右，有譜線群。太陽能電池測試系統(tǒng)由光源部分，測試部分和計(jì)算機(jī)測試控制與處理部分組成。圖 36 補(bǔ)償法測得的太陽能電池 IV 特性曲線 四線法測試太陽電池負(fù)載特性為了解決導(dǎo)線電阻和夾具的接觸電阻對測量精度的影響，我們繼續(xù)沿用太陽能電池測試標(biāo)準(zhǔn)的四線測試法，從被測件的端點(diǎn)單獨(dú)引出電壓線和電流線。圖 35 中的虛線所圍繞的部分，可通過對電位器的調(diào)節(jié)，在 a、b 兩端產(chǎn)生一個(gè)從負(fù)值變化到 0，再從 0 變化到正值的直流偏壓 Vab。本文中，主要討論光照條件下太陽電池負(fù)載特性等的測量。(3)填充因子 FF。我國的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，與上述國家相比，還有一段很大的差距。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太陽能光伏組件陣列作為本地交流負(fù)載的電源，降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率，而且并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用點(diǎn)。 C7 5 176。P m a x端電壓電流輸出功率圖 24 光伏電池的 IV 和 PV 特性曲線可以看出，此 IV 曲線具有高度的非線性特征，這樣就存在一個(gè)最大功率輸出問題。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7太陽光IOIVIL圖 22 太陽能電池的理想化等效電路模型這 種 器 件 的 理 想 IV 特 性 為 （21）1qvkTLOe????????其 中 ， q 為 電 子 電 量 ， k 為 波 爾 茲 曼 常 數(shù) ； T 為 絕 對 溫 度 。非晶硅光伏電池具有較高的轉(zhuǎn)化效率、成本低和重量輕的優(yōu)點(diǎn)，具有極大的市場潛力。國外公司在上世紀(jì)便開展了太陽能電池測試設(shè)備的研發(fā)工作，有一定的技術(shù)積累，形成了針對不同種類，不同功率太陽能電池的系列產(chǎn)品，技術(shù)相對成熟，但價(jià)格昂貴。秦皇島博碩光電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 SPTⅡModule Tester 采用多級電感電容網(wǎng)絡(luò)控制的單次脈沖氙燈作為太陽模擬器，測試光源柜高達(dá) 2 米左右。1%，功耗從十幾千瓦到幾十千瓦不等，占地面積從幾平方米到十幾平方米，同時(shí)售價(jià)昂貴，如 Spire 公司生產(chǎn)的 Spire SPI－SUN SIMULATOR240型、Hughes 公司生產(chǎn)的 HUGHES 4500－I 型測試儀，售價(jià)高達(dá)幾萬到幾十萬美元。但在總體水平上同發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距。針對以上情況，開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是當(dāng)前必須采取的措施。 hardware circuit。首先對光伏電池測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行介紹；然后詳細(xì)地闡述了光伏電池測試系統(tǒng)硬件電路的方案設(shè)計(jì)、模塊劃分、硬件選型和相應(yīng)模塊電路的具體實(shí)現(xiàn),并給出了 DSP 控制軟件各部分的功能和具體的實(shí)現(xiàn)。 能源現(xiàn)狀與太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活依賴于能源的大量消費(fèi)，要實(shí)現(xiàn)把中國建設(shè)成為社會主義現(xiàn)代化國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，能源是重要的物質(zhì)條件。在歐美一些先進(jìn)國家，目前正在廣泛開展應(yīng)用“光電玻璃幕墻制品” ，這是一種將太陽能轉(zhuǎn)換硅片密封在雙層鋼化玻璃中，安全地實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。SPIRE 公司的產(chǎn)品市場份額最大。其采用脈沖氙燈系統(tǒng)作為太陽光模擬器，需要高速的數(shù)據(jù)采集板卡，硬件價(jià)格昂貴。對 IV 曲線試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析的許多方法，如解析法、數(shù)論方法、從暗 IV 曲線中取得電池的特性參數(shù)等，已取得較深入的研究成果。其中常用的光伏電池是硅光伏電池，包括單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池和非晶硅光伏電池。如果在電池上、下表面做上金屬，用導(dǎo)線接上負(fù)載，在負(fù)載上就有電流通過。對應(yīng)不同的光照強(qiáng)度時(shí)，電池有不同的輸出特性曲線，曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)所對應(yīng)的縱和橫坐標(biāo)分別為工作電流和工作電壓，兩者之積即為電池的輸出功率 P，即 P=V?I。對于一個(gè)給定的功率輸出，電池的轉(zhuǎn)換效率決定了所需的電池板的數(shù)量，所以電池達(dá)到盡可能高的轉(zhuǎn)換效率是極其重要的。圖 28 獨(dú) 立 光 伏 發(fā) 電 系 統(tǒng)這種太陽能光伏系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)點(diǎn)。蓄電池在白天天氣良好情況下只取一部分光伏電力進(jìn)行充電儲能。(1)開路電壓 VOC短路電流 ISC。實(shí)際測量時(shí)，P in取標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng) AM=1 條件，即在 25℃下，P in=100mW/cm2。 補(bǔ)償法測試太陽電池負(fù)載特性為彌補(bǔ)直接法所帶來的缺陷，本文采用補(bǔ)償法來測試太陽電池的負(fù)載特性。當(dāng) Vab給出的反向偏壓 V的值正好等于取樣電阻 RS上的電壓 VS時(shí)，即 Vab反向偏壓 V 完全補(bǔ)償取樣電阻上的電壓 VS時(shí)，電池 PN 結(jié)處于零偏（即 PN 結(jié)截止） ，二極管截止 IF=0，此時(shí) I=IL=ISC，光生電流 IL全部流經(jīng)外電路，構(gòu)成短路電流 ISC。電路將負(fù)載端電壓 IRL作為反饋信號，通過 Rf2反饋到放大器同相端輸出電流 I 保持恒定。這種脈沖氙燈壽命長，市面上容易購買，而且不像穩(wěn)態(tài)模擬器那樣因光源本身的原因使被測電池升溫，這樣整個(gè)測試系統(tǒng)就免掉了恒溫控制系統(tǒng)，降低了儀器成本，提高了測試精度，簡化了操作程序。圖 42 功率改變時(shí)氙燈光譜特征的比較綜上所述，正由于氙燈的光譜特性與太陽光極為相似，與其他的光源相比，氙燈具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。主要作用是將檢測到的電壓和電流信號轉(zhuǎn)換成與 A/D 轉(zhuǎn)換芯片輸入相對應(yīng)的電壓，由于電流的范圍很大，所以這部分電路應(yīng)包括自動增益調(diào)節(jié)電路以保證 A/D 轉(zhuǎn)換精度。由于 FLASH 芯片有 4M，而 DSP 有 64K 的地址管理能力，因此需要譯碼電路對 FLASH 芯片進(jìn)行分頁訪問。存儲采集到的電壓電流等信息和各種控制參數(shù)。主要作用是檢測被測電源的工作電壓和開路電壓。氙燈光譜特性的最大特點(diǎn)是氙燈功率有較大幅度的變化時(shí)，在可見光區(qū)的光譜能量分布比例幾乎不變。同時(shí)，為了減少光源升溫對被測電池的參數(shù)的影響，可選用脈沖氙燈。由于集成運(yùn)算放大器是一種高增益的直流放大器，工作在閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，只要接少數(shù)幾個(gè)電阻，就可構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的放大器。而通過負(fù)載的電流為 I=(IFIL)。但是這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是實(shí)際太陽電池測試電路，由于串聯(lián)提取電流，有一個(gè)取樣電阻 RS，使得電池不能達(dá)到短路狀態(tài)；另外，由于可變負(fù)載電阻 RL不可能實(shí)現(xiàn)由 0 變化到無窮大，所以測試電路也達(dá)不到開路狀態(tài)。 在 太 陽 電 池 受 到 光 照 時(shí) 輸 出 電 功 率 和 入 射 光 功 率 之 比就 稱 為 太 陽 電 池 的 效 率 ， 也 稱 為 光 電 轉(zhuǎn) 換 效 率 。曲線上的每一點(diǎn)稱為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)和原點(diǎn)的連線稱為負(fù)載線，斜率為 1/RL，工作點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)即為相應(yīng)的工作電壓和工作電流。 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用戶用系統(tǒng)主要指辦公樓、住宅等配合建筑安裝的，為住戶自身供電的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般由太陽能電池板、蓄電池、充放電變換器和控制器構(gòu)成。 C7 5 176。而短路電流是隨光強(qiáng)的增加而成正比的增加。而絕對光譜響應(yīng)指的是，當(dāng)各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到光伏電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長的分布求出對應(yīng)的短路電流變化曲線。如圖 21 所示： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6(a)平 衡 時(shí)(b)光 照 時(shí)圖 2