基于FPGA的双模式光伏电池测试仪-太阳能电池板价格.docx

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1、基于FPGA的双模式光伏电池测试仪|太阳能电池板价格 摘 要：为了解决传统的光伏测试仪功能单一，只能够测量光伏电池基本参数的问题，采纳了增加采样信道，由FPGA限制采样模式的方法，设计完成了一款双模式的光伏电池测试仪。在完成光伏电池IV曲线等参数测量的同时可以实时的检测光伏电池的工作状态，为光伏电池的维护供应了便利。同时，运用电容代替传统的电子负载作为采样负载，提高了对开路电压和IV曲线的测量精度。关键词：FPGA; IV曲线; 电容负载; 实时检测中图分类号：TN10134 文献标识码：A 文章编号：1014373X(2022)10017803基金项目：装备预先探讨教化部支撑技术项目（625

2、01040202）；中心高校基础科研基金（2022MS054） 目前，世界各国对新型能源的应用日益增多，太阳能作为新型能源的一种，有着平安牢靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、可便利地与建筑物相结合等优点。光伏电池及组件作为光伏转化的主要器件，从2001年起，平均年增长率高达30%以上13。所以，对光伏电池及组件的测试要求也在逐步提高。目前的绝大多数组件都是固定在室外工作的，为了评价这些组件的参数性能和了解组件当前的工作状况，市场和用户都须要一种便利携带、测量快速、结果精准的测试仪器。 目前市场上此类仪器较少，功能也相对单一，一般只能完成参数测量的工作，并不能对光伏电池当前的工作状况作出精确的推

3、断45。本文设计了一种基于FPGA的光伏电池测试仪，可以工作在两种工作模式下，不仅可以测得电池或组件的相关参数，而且可以实时检测电池或组件的当前工作状况。1 整体结构与工作模式系统由两个采样模块分别采集参数数据和实时工作数据，FPGA限制多路器选通信号后经ADC转化为数字信号，通过FPGA进行数据处理后由LCM显示。同时，系统还供应了肯定的存储功能，可以将测量数据存储在FLASH芯片中，通过RS 232接口与上位机通信，为数据的后续分析供应了便利。参数采样模式完成与传统的光伏测试仪相同的功能，通过采样电路采集光伏电池或组件的IV曲线参数、开路电压和短路电流值，并完成转化效率和填充因子FF计算。

4、由于光伏组件大多在户外布置，这对组件的检测和维护造成了肯定的困难。同时，光伏网络中，对负载供电的电源有光伏组件和蓄电池一起供电，为了防止“过充”和“过放”的问题，测试仪在实时检测模式时，除了完成对光伏组件输出电流、输出电压和输出功率的检测外，还能够对光伏系统中的电流进行监测。2 电路设计对光伏组件的采样过程中，由于参数采样和实时检测的采样负载不同，参数采样通过对负载连续改变时，光伏组件的输出电流和输出电压进行检测得到连续改变的IV曲线；实时检测过程中，采样负载是光伏系统的负载。为了完成两种采样的不同要求，须要分别设计两个采样模块的电路。2.1 IV曲线采样电路测试仪器测量IV曲线的常用方法是通

5、过连续改变负载的大小，传统运用的电阻负载在测量开路电压中，并不能干脆测得精确的数值。为了避开这些问题，系统采纳电容作为采样负载。原理对比图如图1所示。图1 IV曲线测试基本原理图图1中传统的电阻负载，电路中的电流和电压并不能连续改变，电阻的阻值也不行能达到无限大，测得的开路电压值会存在误差。在运用电容作为采样负载时，通过对电容进行充放电过程采样来得到IV曲线，电流值和电压值连续改变，整个充电过程可以将电容等效为一个可变电阻，能得到光伏电池更精确的参数。电容充电前可以等效为一个无穷大的电阻负载，在不须要运用补偿法的状况下，对开路电压值的测量更加精确。2.2 实时检测电压采集电路电池在正常工作状态

6、下，由霍尔电压传感器得到电池组当前的电压值，通过电压跟随器之后转换成数字信号。如图2所示，其中LM324起到电压跟随器的作用。图2 实时检测电压采集电路2.3 实时检测电流采集电路在光伏系统中，为负载供电的除了光伏电池外还有蓄电池，因此，在光伏系统正常运转后，蓄电池会有充电和放电两种模式。光伏系统中测得的电流可能是充电电流也有可能是蓄电池的放电电流，为了精确的测得电流的大小，设计中采纳了两个单向电流检测放大器MAX4173来完成电流的双向检测。如图3所示，当VRS+ VRS时，蓄电池为负载供电，器件A工作；当VRS VRS+时，光伏电池向蓄电池充电，器件B工作。利用一个通用的运算放大器将两个放

7、大器的输出电流转换成适当的输出电压。VREF设置为0电流对应的输出电压。器件A工作时，输出电压高于VREF，而当器件B工作时，输出电压低于VREF。图3 实时检测电流采样电路3 模块设计整个系统由限制模块、初始化模块、存储模块、显示模块以及串口通行模块组成，如图4所示。图4 系统框架图图4中，限制模块对系统整个进程进行限制；初始化模块对程控放大芯片进行合理配置并对两种模式下采样信道选择；显示模块和串口通信模块为用户获得最终的结果供应两种途径。系统中的各数字模块都是基于FPGA运用Verilog语言设计的68。设计的软件采纳的是Alter公司供应的quartus 开发工具。3.1 限制模块限制模

8、块由一个16态的独热码编码的Melay状态机构成，通过状态机限制各功能模块的运行，限制模块流程图如图5所示。3.2 初始化模块初始化模块依据模式选择信号选通不同的采样模块，同时，依据电池组电流电压大小调整程控放大芯片的放大系数，使测得的电流值和电压值能适应AD芯片的要求，从而能更好的利用AD芯片的辨别率。并且，开路电流和短路电压的测量也是在初始化模块中完成，通过开路电流和短路电压的大小来计算出电容的充电时间，以确定采样时间的长短，从而来确定采样频率。为了满意不同类型电池组的测量须要，在设计中运用了两级放大电路，将BURRBROWN公司生产的PGA202、PGA203级联以获得18 000的16级增益。由于所选用AD芯片的输入范围是在02 V之间，通过分压之后的信号，通过不同的放大倍数逐步增大以靠近这个采样范围，从而配置合适的放大系数。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页