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1、摘要摘要 太阳能是一种无污染且又取之不尽 用之不竭的绿色能源 其主要利用方式是太 阳能光伏发电 太阳能光伏技术是把太阳的光能转换成电能的主要方式 光伏电池是 太阳能发电的核心部分 对光伏电池输出特性进行深入广泛的研究具有重要意义 因 此 作为太阳能电池及其相关产品的生产 研究过程中的重要设备 高性能太阳能电 池测试系统的研制有着十分重要的意义 本文的重点在于利用 DSP 设计一种低成本 高可靠性和高灵活性的光伏电池测试 系统 首先对光伏电池测试系统的基础理论进行介绍 然后详细地阐述了光伏电池测 试系统硬件电路的方案设计 模块划分 硬件选型和相应模块电路的具体实现 并给出 了 DSP 控制软件各
2、部分的功能和具体的实现 为下一步开发出能满足研究人员实际需 要的光伏电池测试系统搭建一个框架和系统平台 目前 太阳能电池测试电路从功能上基本达到了设计目标 今后的工作主要是将 新的测试方法在测试电路上实现 更好地满足研究人员对太阳能电池测试电路的需求 关键词 关键词 光伏电池 测试系统 硬件电路 软件电路 Abstract As a clean and inexhaustible green energy most using mode of solar energy is photovoltaic generation Photovoltaic cell is the hard core o
3、f solar electric power generation so the thorough research on output characteristics is of far reaching importance As the key equipment for the production research of solar cell it is important to develop a solar cell testing system with high performance The focus of this paper was to design a low c
4、ost high reliability and flexibility hardware platforms for the photovoltaic PV cell testing system by using the DSP At first the basic theory of the PV cell testing system was introduced And then the formula design function division hardware selection and the specific module circuits achievement fo
5、r the PV cell and the DSP controlling program were described in detail A framework and system platform has been established in this paper for the further development of the testing system of the solar PV cell to meet the researchers actual requirements At present the basic functions of solar cell te
6、sting circuits have achieved Applying the new methods introduced before to the solar cell testing circuits will be the primary work in the next period Key words PV cell testing system hardware circuit software circuit 目目录录 摘要摘要 I ABSTRACT II 1 绪论绪论 1 1 1 能源现状与太阳能光伏发电 1 1 2 太阳能电池测试设备现状 3 1 3 本课题的来源及所
7、做工作 4 2 太阳能光伏电池的原理和特性太阳能光伏电池的原理和特性 6 2 1 光伏电池的光伏效应原理 6 2 2 太阳能电池的等效电路 7 2 3 光伏电池的输出特性 8 2 3 1 光谱响应 9 2 3 2 光伏电池的 I V 和 P V 特性曲线 9 2 3 3 光照强度对光伏电池输出特性的影响 10 2 3 4 温度对光伏电池输出特性的影响 11 2 4 光伏发电系统 12 2 4 1 光伏发电系统的分类 12 2 4 2 光伏系统的应用 13 3 太阳能电池的测试原理太阳能电池的测试原理 15 3 1 太阳能电池测试相关参数概述 15 3 2 太阳能电池伏安特性测试原理 17 3
8、2 1 概述 17 3 2 2 直接法测太阳电池负载特性 17 3 2 3 补偿法测试太阳电池负载特性 19 3 2 4 四线法测试太阳电池负载特性 21 4 太阳能光伏电池测试电路的方案设计太阳能光伏电池测试电路的方案设计 23 4 1 太阳能电池测试系统框图 23 4 2 太阳能电池测试系统光源的选择 23 4 3 太阳能电池测试电路硬件方案的设计 26 4 4 硬件模块功能介绍 26 4 5 太阳能电池测试电路软件方案的设计 27 4 6 软件模块功能介绍 28 5 太阳能光伏电池硬件电路设计太阳能光伏电池硬件电路设计 29 5 1 DSP 控制电路设计 29 5 1 1 器件选型 29
9、 5 1 2DSP 外围电路设计 30 5 2 电流电压检测电路设计 32 5 2 1 恒压模式下的测试 32 5 2 2 电流模式测试 33 5 2 3 开路电压测试 34 5 3 信号调理电路设计 34 5 4 串口通讯电路设计 36 5 4 1 器件选型及功能分析 36 5 4 2 电路设计 37 5 5 FLASH 及其译码电路设计 38 5 6 功率 MOSFET 驱动电路设计 40 5 6 1 器件选型及功能分析 40 5 6 2 功率 MOSFET 驱动电路设计 42 5 7 小结 43 6 太阳能光伏电池软件电路的设计太阳能光伏电池软件电路的设计 44 6 1 主程序流程图设计
10、 44 6 2 数据采集程序设计 45 6 3 自动增益控制软件设计 45 6 4 串口通信控制软件设计 46 6 4 1 串口通信模式选择 46 6 4 2 串口通信程序实现 47 6 5 FLASH 读写程序设计 48 6 6 小结 48 结论与展望结论与展望 49 致致 谢谢 50 参考文献参考文献 51 1 1 绪论绪论 能源是推动社会发展和经济进步的主要物质基础 能源技术的每次进步都带动了人 类社会的发展 目前的世界能源是以煤炭 石油 天然气等化石能源为主体结构 而 化石能源是不可再生的能源 大量耗用终将枯竭 并且在生产和消费过程中有大量污 染物排放 破坏环境与生态 为保证人类社会的
11、稳定 持续的能源供应 必须优化现存的以不可再生的化石能 源为主体的能源结构 建立可再生多样化的新的能源结构 走经济社会可持续发展之 路 为了保护人类赖以生存的生态环境 必须采取措施减少化石能源的耗用 大力开 发利用清洁 干净的新能源和可再生能源 走与生态环境和谐的绿色能源之路 太阳能作为一种取之不尽 用之不竭的清洁能源以其独有的优势成为人们重视的 焦点 太阳能每秒钟到达地面的能量高达 80 万千瓦 假如把地球表面 0 1 的太阳能转 化为电能 转变率为 5 则每年发电量可达 5 6x102千瓦时 相当于目前世界上能耗 的 40 倍 太阳能的转换和利用方式 从狭义上可分为三类 光电转换 光热转换
12、和光化学转 换 而太阳能光伏发电是目前应用最广泛的一方面 即通过光伏电池将太阳辐射能直 接转化为电能 并与储能装置 测量控制装置和直流交流转换装置相配套 构成光伏 发电系统 专家预计 到 21 世纪中叶 太阳能光伏发电将在整个能源结构中占 14 左 右 在全球范围内光伏并网发电系统将在地面得到大规模推广应用 1 11 1 能源现状与太阳能光伏发电能源现状与太阳能光伏发电 现代社会的生产和生活依赖于能源的大量消费 要实现把中国建设成为社会主义 现代化国家的战略目标 能源是重要的物质条件 能源是国民经济发展和人民生活所 必需的重要物质基础 对社会经济发展和提高人民物质文化生活水平极为重要 当代 社
13、会最广泛使用的能源是煤炭 石油 天然气和水力 特别是石油和天然气的消耗量 增长迅速已占全世界能源消费总量的 60 左右 现在人们已经意识到常规能源如石油 天然气 煤气等很快就会面临枯竭 例如全球储备的煤矿仅够开采 50 年 石油天然气 也只能再维持 200 年 迄今为止全球尚有 1 6 亿人口没有解决用电问题 这种状况严 重阻碍了当地社会和经济的发展 甚至影响到居民的基本生活如健康和教育等 针对以上情况 开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展战略是当 前必须采取的措施 从能源供应的诸多因素考虑 太阳能无疑是符合可持续发展战略 的理想的绿色能源 全球能源专家们认定 太阳能将成为 21
14、世纪最重要的能源之一 太阳能作为一种可再生的无污染的能源 并以其资源丰富 获取简单而在能源领 域受到重视 目前我们对太阳能的利用形式主要有 太阳能热水器 太阳能建筑 热 发电以及光伏发电等 特别是近十几年来 太阳能利用技术在各个方向上都有发展 国家政策的大力支持 使得太阳能利用的成本不断下降 应用领域不断扩大 在整个 能源结构中所占比重不断提升 我们相信 在不久的将来 太阳能将作为一种洁净的 新型能源普及在社会的各个能源领域中 担当重要角色 开发新能源和再生清洁能源 是二十一世纪世界经济发展中决定性影响的五项技术领域之一 充分开发利用太阳能 是世界各国政府可持续发展的能源战略决策 其中太阳光发
15、电则最受瞩目 太阳光发 电远期将大规模应用 近期可解决特殊应用领域的需要 到 2030 年光伏发电在世界总 发电量中将占到 5 20 随着各国对资源 环境 能源等问题的认识日益加深 太阳能光伏发电越来越得 到各国的认同 越来越多的资金和人力投入到了对光伏发电的研究中来 相应的对光 伏产业的扶持政策也纷纷出台 各国政府纷纷采取措施 刺激太阳能工业的发展 倾 向于将研发资助转向光伏技术的开发和商品化 并且正在大力开发相应的太阳能产品 积极鼓励本国人民利用太阳能 在欧美一些先进国家 目前正在广泛开展应用 光电 玻璃幕墙制品 这是一种将太阳能转换硅片密封在双层钢化玻璃中 安全地实现将太 阳能转换为电能
16、的一种新型生态建材 美国的 光伏建筑计划 欧洲的 百万屋顶光 伏计划 日本的 朝日计划 以及我国已开展的 光明工程 将在建筑领域掀起节能 环保生态建材的开发应用热潮 极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用 我国太阳能光伏发电技术的研究开发工作经过近 20 年努力已经有了一定的基础 先后开展了晶硅 单晶 多晶 高效电池 非晶硅薄膜电池 CdTe CES 多晶硅薄 膜电池技术水平不断提高 个别项目达到或接近国际水平 同时开展了光伏发电系统 及其关键电气设备研制工作 建成千瓦级独立并网光伏示范电站 先后在西藏建设 25 100 千瓦 7 个光伏电站及多种光伏应用工程 为我国光伏电站的发展做出了开拓性工作 但在总体水平上同发达国家相比还有较大的差距 但是相信随着人们环保意识的提高 政府对新能源利用的重视 新能源的推广和利用将会日渐受到注目和推崇 成为保障 社会 经济可持续发展的关键 2008 年北京奥运会提出 绿色奥运 的目标将会是我 国新能源推广和利用的契机 中国在签署 京都议定书 以后 中国政府对外承诺至 2010 年光伏发电总装机容量达到 0 45GW 2005 年十届全国人大常委会第
