一种提高太阳电池辐照传感器测试精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高太阳电池辐照传感器测试精度的方法，属于光伏系统技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着光伏系统的发展，光伏效率的评估显得尤为重要。光伏系统效率一般指实际 发电输出与到达光伏方阵表面辐照总量的比值，辐照的准确、快速测量对光伏系统效率评 估至关重要。而光伏系统的评估主要靠太阳辐射传感器实现，一种是由组合热电堆电路组 成，能较准确反应辐射强度，但不能体现辐射光谱差异对光伏发电到来的影响。另一种则采 用太阳电池作为太阳总辐射传感器，与光伏发电的太阳电池光谱响应基本一致，消除了辐 射光谱差异对光伏发电的影响。
[0003] 制作太阳电池作为总辐射传感器的基本原理是：太阳电池将辐照强度值转换为短 路电流值，再通过串联高精度电阻作为负载将其转换为电压值，最后将电阻与单片机相连， 单片机采集负载两端的电压信号进行运算（如图1所示），最终将辐照值在液晶显示屏上 (LCD)显示出来。与测量过程相关的参数分别为：负载两端的电压值U(单位：V)，流过负载 的电路值I(单位:A)，电阻值R(单位：Ω)，辐照强度Η(单位:W/m2)。
[0004] 在太阳辐照传感器电路中，AD转换模块负责采集太阳电池负载两端电压，并将该 模拟电压信号转换成数字信号，输入单片机进行运算。与传感器相关的几个概念有：
[0005] 1、ADC(模数转换器）的位数
[0006] -个η位的ADC表示这个ADC共有2的η次方个刻度。8位的ADC，输出的是从 0~255 -共256个数字量，也就是2的8次方个数据刻度。
[0007] 2、基准源
[0008] 基准源，也叫基准电压，是ADC的一个重要指标，要想把输入ADC的信号测量准确， 那么基准源首先要准，基准源的偏差会直接导致转换结果的偏差。
[0009] 3、分辨率
[0010] 分辨率是数字量变化一个最小刻度时，模拟信号的变化量，定义为满刻度量程与 2η-1的比值。假定5. 10V的电压系统，使用8位的ADC进行测量，那么相当于0~255 -共 256个刻度把5. 10V平均分成了 255份，那么分辨率就是5. 10/255 = 0. 02V。
【发明内容】
[0011] 在制作以太阳电池作为总辐射传感器的过程中，辐照精度的保障尤为重要。本发 明将从辐照计的采样电路设计以及太阳电池尺寸选择的合理性两方面展开分析，提供一种 提高太阳电池辐照传感器测试精度的方法，从而保障辐照计的精度。
[0012] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0013] -种提高太阳电池辐照传感器测试精度的方法，包括以下步骤：
[0014] 1)假设太阳电池辐照传感器中数模转换器位数为η位，基准电压为X，则采样电路 的分辨率X为：
[0015]
C1)
[0016] 2)设某时刻辐照变化ΔH'，电压变化为ΔU，则，辐照传感器最小分辨率ΔΗ由以 下关系计算：
[0017]
C2)
[0018] 3)根据式（2)，在采样电路确定的情况下，增大电压变化AU，即可减小辐照传感 器最小分辨率ΑΗ的值，也就是提高辐照传感器测试精度。
[0019] 前述的步骤3)中，在太阳电池辐照传感器中，电压变化AU即为太阳电池两端所 串联的负载两端的电压U，增大电压变化AU即提高负载两端的电压U的具体方法，包括以 下步骤：
[0020] 3-1)对于某型号太阳电池，若辐照强度H、太阳电池组件效率II、太阳电池面积A 已知，则该太阳电池的输出功率P为：
[0021] P=Η·A·η (3)
[0022] 3-2)结合公式Ρ=UI=U2/R，可得：
[0023] (:5)
[0024] 共T，i衣不旭软《tf」电狐，R表示负载电阻；
[0025] 3-3)如果辐照强度H、太阳电池组件效率τι、负载电阻阻值R确定，则根据式（5)， 太阳电池的面积A越大，负载两端的电压U越大，辐照传感器精度越高；
[0026] 如果辐照强度H、太阳电池组件效率τι、太阳电池的面积A确定，则根据式（5)，负 载电阻阻值R越大，负载两端的电压U越大，辐照传感器精度越高。
[0027] 前述的步骤3-3)中，所述负载电阻阻值R必须满足
[0028] 其中，U。。表示太阳电池的开路电压，Is。表示太阳电池的短路电流。
[0029] 前述的步骤3-3)中，由于辐照传感器所用太阳电池的尺寸限制，太阳电池本身开 路电压值在10V以内，则太阳电池所接负载两端的电压U必须满足：U< 10V。
[0030] 前述的根据式（1)和式（2)，得到：
[0031]
[0032] 根据上式，在电压变化△U不能增大的情况下，提高辐照传感器数模转换器位数 n，可减小辐照传感器最小分辨率AΗ的值，即提高辐照传感器测试精度。
[0033] 本发明提出了一种简单的太阳辐照传感器的电路设计方案，并通过分析太阳电池 面积、采用电路等与测试精度的关系，为高性价比太阳辐照传感器的精确设计提供了方向。
【附图说明】
[0034] 图1为太阳电池辐照传感器工作原理图；
[0035] 图2为本发明的太阳电池辐照传感器内部电路图；
[0036] 图3为本发明的实施例中太阳电池面积与辐照精度关系曲线图。
【具体实施方式】
[0037] 现结合附图和【具体实施方式】详细对本发明作进一步详细说明。
[0038] 如图2所示，本发明的太阳电池辐照传感器电路包括单片机，数模转换器，GPS模 块和IXD1602屏幕显示。其中，
[0039] 单片机即图2中的U1，与IXD1602屏幕显示、数模转换器U2、GPS模块相连接。单 片机U1内有烧写好的辐照仪工作程序，单片机U1接收数模转换器U2输出的数字信号，经 过辐照仪工作程序处理计算后，再发送给IXD1602屏幕显示辐照。
[0040] 数模转换器采用PCF8951，即图2中的U2,连接太阳电池的负载电阻，图2右侧为 模拟信号输入端。数模转换器U2将输入的模拟电压信号转换为数字电压信号输入单片机 U1进行计算。
[0041] GPS模块（图2中省略）可自动接收定位信息，将定位信息通过单片机U1串口发 送至其中，单片机内置程序可解析定位信息中的炜度，时间信息，炜度与时间作为辐照值计 算的必要常量参与运算。
[0042]IXD1602屏幕显示包括RP1和RV1，接收单片机U1发送的要显示的辐照数据，并在 屏幕上显示出来，支持屏幕工作的程序包含于单片机中，与其他程序组构成辐照仪工作总 程序。
[0043] 太阳电池辐照传感器测试精度受以下因素的影响。
[0044] -、采样电路精度的影响
[0045] 假设根据所选电路要求，所用单片机AD转换器基准电压为X，ADC位数为n，则其 分辨率（数字量变化一个最小刻度时，模拟信号的变化量）x为：
[0046]
(1)
[0047]设某时刻辐照变化ΔH'，电压变化为ΔU，则，辐照最小分辨率即辐照精度ΔΗ由 以下关系计算：
[0048]
12：)
[0049] 假设根据所选电路要求，所用单片机AD转换模炔基准电压为5.IV，ADC位数为8， 则其分辨率为：X= 5+ (2S-1) = 0. 02V，则，辐照变化精度ΔΗ由以下关系计算：
[0050]
[0051]