一种基于MCU控制的光伏电池测试仪设计

2011-05-22 22:42:42来源: 现代电子技术

  0 引言

  由于光伏电池阵列是光伏发电系统的核心部件和能源供给部分,因此,准确获得光伏电池输出特性曲线是一个基本要素,在此基础之上,才可能深入、准确地研究光伏系统的设计、控制与使用。

  国内在建立光伏电池数学模型,最大功率点跟踪(MPPT)等方面已经做了很多研究工作。文献利用光伏电池生产厂商提供的4个电气参数(Isc,Voc,IM和VM),提出了一个简化的数学模型,以模拟其在不同光照和温度下的I-V特性曲线。文献在太阳电池数学模型的基础上,设计了模拟太阳能I-V特性的生成电路。文献利用太阳能电池数学模型,根据气象资料估算太阳电池的年发电量。上述文献的研究,都是在认同光伏电池特性曲线基本形态的前提下,基于Isc,Voc,等特殊点,以数学模拟的方法获得相应的特性曲线。

  1 光伏电池测试策略

  1.1 光伏电池特性

  光伏电池的输出特性具有非线性。图1所示为在不同的光照条件下,太阳能电池阵列输出的I-V特性和伏瓦特性曲线。可见这种非线性受到外部环境(如日照强度、温度、负载等)以及本身技术指标(如输出阻抗)的影响,使得光伏电池的输出功率发生变化,其实际转换效率也受到限制。

伏瓦特性曲线

  值得注意的是,图1所示的每一条曲线,都是在一个对应恒定的日照情况下获得的,因此,欲通过物理测试的方法,准确获得该条曲线,要么寄希望于有稳定的日照,要么必须在尽可能短的时段内,完成全域测量,显然后者更易于把握。测量精度取决于:全域测量时间的长度,每一点上,二个坐标数据采集的同时性。

  1.2 数控电阻器控制策略

  传统的I-V法测定光伏电池的输出特性,如果利用接触式可变电阻器有许多的缺点。它只能做到有级调节,要实现精确调节、电阻自动数控调节却很困难。斩波式可变电阻器采用脉宽调制(PWM)技术,对固定电阻进行斩波控制,能够模拟精密数控电阻器。但是它仅适用于电源电压稳定情况下,太阳能电池的输出电压随输出电流不同而发生非线性变化,不宜采用。

  本文涉及的外部负载,利用工作在可变电阻区的功率MOSFET管,来模拟可控电阻,通过施加数控的电压信号,实现MOSFET管等效电阻的精密调节。根据功率MOSFET管(IRFP150)的输出特性曲线,当场效应管工作于可变电阻区时,电阻值Rdso=1/2KN(VGS-VT),其中KN为电导常数,VT为开启电压。可见Rdso是由栅极电压VGS控制的可变电阻。

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关键字:MCU  单片机  光伏电池  测试仪

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0522/article_2473.html
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