专利名称：一种测量太阳电池参数的仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，尤其涉及一种测量太阳电池参数的仪器。
背景技术：
太阳能电池参数是衡量太阳电池品质优劣的重要依据，是衡量光电转换效率的的具体目标，对太阳电池的参数进行精确测量意义重大。目前，太阳电池参数测试仪多是基于PC机，如西安交通大学开发的JDSGC-8/9系列太阳电池检测仪，这种装置设备体积庞大、且成本高，不适于大规模批量电池的测试使用，还有如基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统[杨志刚等，一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，发明专利号:CN102621469A]，虽然结构较为简单，但其数据处理及图像显示部分仍在PC机上完成。便携式太阳电池参数提取设备还处于大量空白，已知有以DSP为核心的太阳电池参数测试装置[黎步银等，一种太阳电池参数测试装置，发明专利号:CN101551437B]，该发明中的太阳电池参数测试仪采用DSP处理作为控制核心，该装置结构简单，成功摆脱了对PC机的依赖，但其获取参数少，且参数测量精度较低。
发明内容
为了克服现有便携式太阳电池参数测量装置参数测量不全，精度较低的缺点，本发明提供了一种拥有较高精度以及全面参数测量的便携式太阳电池参数提取设备，同时又有操作简单、体积小、功耗低的特点。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种测量太阳电池参数的仪器，包括DSP、电子负载模块、电流采集模块、电压采集模块、显示模块、键盘输入模块、存储模块和DAC模块，其中ADC模块采用DSP内置的AD芯片；DSP与电流采集模块、电压采集模块、显示模块、键盘输入模块、存储模块和DAC模块相连接，电子负载模块经电流、电压采集模块输出电压和电流信号，送入DSP，经DSP内置的ADC模块采样，转换为数字信号，对转换后的数字量作滤波后，可将多组电流、电压值存入存储器；DSP对电子负载模块、显示模块、存储模块和DAC模块在发出控制信号；对滤波后的多组电流、电压值作运算处理，处理结果送至显示模块。为获得更高的参数测量精度，采取以下措施:
一、在电压、电流采集模块中设计量程选择电路，各设有两个量程，可依据太阳电池输出电压范围进行选择，这样可以提高AD转换后的精度；
二、采用变频采样，采样过程分三个阶段:第一阶段，当电压小于开路电压的69%时，电压变化较大，电流变化缓慢，采样频率设为F1，F1为0.7MHz ;第二阶段为电压位于开路电压的69%到93%之间时，电压和电流变化剧烈，IV曲线变化较大，需要提高采样频率，采样频率设为F2=F1*4 ;第三阶段为电压大于开路电压的93%时，电压变化较慢，电流变化较大。采样频率设为F3=F1*2 ；
三、采用恒压、恒流两种电子负载，以提高整体的采集精度。
为获得全面的参数值，编程实现太阳电池的Iph-光生电流、I。-反向饱和电流、η- 二极管影响因子、Rs-串联电阻、Rsh-并联电阻、Isc-短路电流、V。。-开路电压、Pmax最大输出功率、Vm-最佳工作电压、Im-最佳工作电流、FF-填充因子和1-V曲线这十二个参数的求解，其求解方法如下:
对恒流型负载采集的电压电流数据作AD转换后，将得到的电压值和电流值分别进行数字滤波处理，进而将得到的多组电压值V和电流值I相乘得各点的功率值P，将各功率点进行比较得最大功率值Pmax，其对应的电压值和电流值分别为最佳工作电压Vm和最佳工作电流Im，取I接近零的一些点用最小二乘法作直线拟合得到其I=O时电压值开路电压V。。，及其斜率值的倒数Ki ;同理，对恒压型电子负载采集的电压电流数据作AD转换和数字滤波处理后，得多组电压值V和电流值I，进而将得到的多组电压电流值输出到显示模块上得到1-V曲线，取1-V曲线上靠近V=O处的一些点的做线性拟合得到其斜率值的倒数Kv及其与电流坐标轴的交点值短路电流Is。，并由以下公式可求得其他各参数的值:
权利要求
1.一种测量太阳电池参数的仪器，包括DSP处理器、电子负载模块、电流采集模块、电压采集模块、显示模块、键盘输入模块、存储模块和DAC模块，其特征是ADC模块采用DSP内置的ADC模块；DSP处理器与电流采集模块、电压采集模块、显示模块、键盘输入模块、存储模块和DAC模块相连接，电子负载模块经电流、电压采集模块输出电压和电流信号，送入DSP处理器，经DSP处理器内置的ADC模块采样，转换为数字信号；DSP处理器对电子负载模块、显示模块、存储模块和DAC模块在发出控制信号，对转换后的数字量作滤波和计算处理后，处理结果送至显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的电压采集电路由两个三极管、两个MOSFET和四个电阻组成，采样电阻R6、R8、Rl7依次串联接于太阳电池输出端，其中电阻R6接于太阳电池正向输出端，电阻R17接地，电阻R16的一端接电阻R6与R8之间的连接点，另一端引出电压信号；VRC为量程选择端，VRC接低电平时，三极管Q4导通M0SFETQ3截止，电阻R8与Rl7之间的节点接地，采集的电压为太阳电池输出电压的R8/(R6+R8)倍；VRC接高电平时，M0SFETQ3导通三极管Q4截止，此时采集电压为太阳电池输出电压的(R8+R17)/(R6+R8+R17)倍。
3.根据权利要求1所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的电子负载模块由恒压型电子负载、恒流型电子负载和负载选择电路组成。
4.根据权利要求1或3所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的恒流型电子负载主要由三个电阻、两个MOSFET和一个运算放大器组成，运算放大器的正向输入端接DA芯片输出端，反向输入端与电阻R33以及M0SFETQ9、Q10的漏极相连，电阻R33的另一端引出电流信号，R31、R32 一端依次分别与M0SFETQ9、QlO的栅极相连，另一端接于元算放大器的输出端，其中，太阳电池的负端接地，电阻R5接于太阳电池正向输出端，VRCl为高电平，VRC2为低电平时，太阳电池输出电流将稳定在V+/R33。
5.根据权利要求1或3所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的恒压型电子负载模块主要由五个电阻、两个MOS`FET和和一个运算放大器组成，运算放大器的反向输入端接DA芯片输出端，正向输入端接于电阻R5与R7之间，电阻R5、R7、RlO依次串联接于太阳电池两输出端，其中，太阳电池的负端接地，电阻R5接于太阳电池正向输出端，M0SFETQ5、Q6的栅极分别与电阻RIO、R14连接，源极均接于太阳电池正向输出端，电阻RIO、R14的另一端均与运算放大器输出端相连，VRC接低电平时电阻R7也接地，其两端的电压稳定在(R5+R7)/R7*V_ ;VRC接高电平时，电子负载两端电压则稳定在(R5+R7+R15)/(R7+R15)*V_，V_为运算放大器的反相输入端的电压值。
6.根据权利要求1或3所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的模块选择电路由四个电阻、两个MOSFET和两个三极管组成，其中电阻R34、R36的一端分别与VRCl和VRC2相连，另一端分别与三极管Q13、Q14的基极相连，电阻R35、R37的一端接地，另一端分别与三极管Q14集电极M0SFETQ11栅极的连接点和三极管Q13集电极M0SFETQ12栅极的连接点相连，M0SFETQ11、Q12的源极分别相连并接于太阳电池的正向输出端，三极管Q13、Q14的发射极均接于地，VRCl为高电平，VRC2为低电平时恒流型电子负载接通，反之，则恒压型电子负载接通。
7.根据权利要求1所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的电流采集模块由大量程电流采集电路、小量程电流采集电路组成和电流量程选择电路组成。
8.根据权利要求1或4所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的大量程电流采集电路由一个线形电流传感器、一个运算放大器和五个电阻组成，线形电流传感器正向输入端接M0SFETQ5、Q6的漏极，限流电阻R22跨接在线形电流传感器输出端与运算放大器反向输入端之间，反馈电阻R26跨接于运算放大器反向输入与输出端之间，分压电阻R28、R29大小相等串联接于5V电源的正负极，从两电阻间引出电压接于运算放大器正向输入端，此电流采集电路的量程为0—2.5R22/SR26，δ为线形电流传感器的输出灵敏度。
9.根据权利要求1或4所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的小量程电流采集电路主要由一个运算放大器和三个电阻组成，其中电阻R9的一端接运放正向输入端和大量程电流采集电路中线形电流传感器的反向输入端，另一端接地；电阻R12、R13串联，其中电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端接运放输出端，电阻R12与R13之间的连接点接至运放的反向输输入端，其量程为0-3.3R12/(R12+R13)R9 A。
10.根据权利要求1或4所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的流量程选择电路一个三极管，一个MOSFET和两个电阻组成，CRC接高电平时，三极管Ql导通M0SFETQ2截止，小量程电流采集电路正常工作；CRC接低电平时，三极管Ql截止M0SFETQ2导通R9被短路，小 量程电流采集电路无输出。
11.根据权利要求1所述一种测量太阳电池参数的仪器，其特征在于:所述的参数计算程序主要流程如下: 一通过恒流型负载采集的电流值1、电压值V得各点的功率值P，将各功率点进行比较得最大功率值Pmax，其对应的电压值和电流值分别为最佳工作电压Vm和最佳工作电流Im，取I接近零的一些点用最小二乘法作直线拟合得到其I=O时电压值开路电压V。。，及其斜率值的倒数Ki ； 一将恒压型电子负载采集的多组电压值V和电流值I，输出到显示模块上得到1-V曲线，取1-V曲线上靠近V=O处的一些点的做线性拟合得到其斜率值的倒数Kv及其与电流坐标轴的交点值短路电流Is。; 取1-V曲线上靠进V=O处的一些点用最小二乘法作直线拟合得到其与电流坐标轴的交点值短路电流Is。，及其斜率值的倒数κν，同理，取靠近I=O处的一些点的做线性拟合得到其与电压坐标轴的交点值开路电压V。。，其斜率值的倒数Ki ； 一由Vm、Im、Is。、Kv、V。。、Ki的值，根据如下六个公式求出其余五个参数Iph-光生电流、10-反向饱和电流、Π- 二极管影响因子、Rs-串联电阻、Rsh-并联电阻和FF-填充因子，并退出函数； R — -KjKjL.Fj-KlIKjmvJkx: 一 r-1J-v^(kVjKjct -vsc) ’ Rik=-R^-Kv ; r r ι R-"] 一 I ^hj
全文摘要
一种测量太阳电池参数的仪器，用于测量太阳电池的光生电流、反向饱和电流、二极管影响因子、串联电阻、并联电阻、短路电流、开路电压、最大输出功率、最佳工作电压、最佳工作电流、填充因子和IV曲线这十二个参数。本仪器主要包含DSP、电子负载模块、电流采集模块、电压采集模块、滤波模块和DA转换模块。本发明中，DSP的使用使其摆脱了对PC机的依赖，为提高参数测量精度，采用恒压、恒流两种电子负载，电压、电流采集模块均设有两个量程，并采用变频采样技术。
文档编号G01R31/26GK103207363SQ20131013797
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月21日 优先权日2013年4月21日
发明者曹期军, 曹华翔, 卓儒盛, 肖文波, 张青, 马冰洋, 林万云, 杨志伟, 袁永标 申请人:南昌航空大学