基于FPGA的手持式光伏电池测试仪设计

【摘要】：在能源紧张的今天,太阳能作为一种清洁可再生能源,受到了越来越多的重视,而对太阳能电池性能作出准确评价的仪器的需求也在相应增加。为了对部署在户外的光伏阵列进行性能测试,市场需要一种手持式的光伏测试仪,其性能特点是:方便携带、快速测量、功耗低、准确测量。 本文设计了一款基于FPGA的光伏测试仪。采用电容作为电子负载。在光伏电池对电容的充电过程中,对充电电流和电压数据进行采样,通过对数据处理和分析,在液晶屏上显示出光伏电池的相关特性。相对于传统的基于MCU的设计,本设计用FPGA生成采样模块,采样频率大大提高,同时采用变频采样的方法,以解决传统电容式测试仪I-V曲线数据过度密集在开路电压附近的小部分区域,而曲线主体部分较稀疏的问题。 本文设计包括系统硬件部分和FPGA数字部分。系统硬件部分包括电源设计,充电电路设计,放大电路设计,采样电路设计,环境参数采集电路设计,FPGA配置设计;FPGA数字部分是FPGA内部数字模块的设计,包括:主控制部分、采样初始化部分、变频采集部分、存储部分、滤波部分、显示部分、以及RS232串口发送部分。 通过对开路电压为72. 3V,短路电流为1. 8A的太阳能电池组件的测试。来进行系统验证。该系统和传统系统的对比验证结果表明:在总采集数据量相差不大,不增加存储负担的前提下,由本系统得到I-V曲线主体部分的数据量大大超过传统系统。数据量越多使得干扰更易排除,从而滤波后,得到的I-V曲线更加平滑;参数Im、Vm、Pm、FF多次测量的最大相对偏差分别从传统系统的5. 5%,5. 9%,1. 41%,1. 41%优化到本系统的2. 7%,2. 8%,0. 37%,0. 37%。 【关键词】：光伏方阵 测试仪 变频采样 数据冗余
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 太阳能的特点和发展前景8-9
• 1.2 太阳能发电技术的发展现状9
• 1.3 太阳能检测技术的发展9-11
• 1.4 本课题的目的和意义11-12
• 2 光伏电池工作原理及特性12-17
• 2.1 光伏电池的分类12-13
• 2.2 硅电池工作原理及输出特性13-17
• 3 太阳能电池测试原理17-28
• 3.1 太阳能电池特性参数计算17-21
• 3.2 温度和光照对太阳能电池伏安特性曲线的影响21-22
• 3.3 测量数据的标准化22-25
• 3.4 变频测试原理25-28
• 4 系统硬件设计28-40
• 4.1 充电电路设计28-30
• 4.2 放大电路设计30-33
• 4.3 采样电路设计33-34
• 4.4 环境参数采集电路设计34-35
• 4.5 电源设计35-38
• 4.6 FPGA 配置38-40
• 5 FPGA 数字模块设计40-55
• 5.1 整体结构40
• 5.2 初始化部分40-43
• 5.3 变频采样部分43-45
• 5.4 存储部分45-47
• 5.5 串口发送模块47-50
• 5.6 显示模块50-55
• 6 结论与展望55-60
• 6.1 试验结果55-58
• 6.2 总结与展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 附录2 部分数字模块 Verilog 代码66-69

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