一種基于MCU控制的光伏電池測(cè)試儀設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　由于光伏電池陣列是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件和能源供給部分，因此，準(zhǔn)確獲得光伏電池輸出特性曲線是一個(gè)基本要素，在此基礎(chǔ)之上，才可能深入、準(zhǔn)確地研究光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制與使用。

　　國(guó)內(nèi)在建立光伏電池數(shù)學(xué)模型，最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)等方面已經(jīng)做了很多研究工作。文獻(xiàn)利用光伏電池生產(chǎn)廠商提供的4個(gè)電氣參數(shù)(Isc，Voc，IM和VM)，提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，以模擬其在不同光照和溫度下的I-V特性曲線。文獻(xiàn)在太陽(yáng)電池?cái)?shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了模擬太陽(yáng)能I-V特性的生成電路。文獻(xiàn)利用太陽(yáng)能電池?cái)?shù)學(xué)模型，根據(jù)氣象資料估算太陽(yáng)電池的年發(fā)電量。上述文獻(xiàn)的研究，都是在認(rèn)同光伏電池特性曲線基本形態(tài)的前提下，基于Isc，Voc，等特殊點(diǎn)，以數(shù)學(xué)模擬的方法獲得相應(yīng)的特性曲線。

　　1 光伏電池測(cè)試策略

　　1．1 光伏電池特性

　　光伏電池的輸出特性具有非線性。圖1所示為在不同的光照條件下，太陽(yáng)能電池陣列輸出的I-V特性和伏瓦特性曲線。可見(jiàn)這種非線性受到外部環(huán)境(如日照強(qiáng)度、溫度、負(fù)載等)以及本身技術(shù)指標(biāo)(如輸出阻抗)的影響，使得光伏電池的輸出功率發(fā)生變化，其實(shí)際轉(zhuǎn)換效率也受到限制。

　　值得注意的是，圖1所示的每一條曲線，都是在一個(gè)對(duì)應(yīng)恒定的日照情況下獲得的，因此，欲通過(guò)物理測(cè)試的方法，準(zhǔn)確獲得該條曲線，要么寄希望于有穩(wěn)定的日照，要么必須在盡可能短的時(shí)段內(nèi)，完成全域測(cè)量，顯然后者更易于把握。測(cè)量精度取決于：全域測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)度，每一點(diǎn)上，二個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)性。

　　1．2 數(shù)控電阻器控制策略

　　傳統(tǒng)的I-V法測(cè)定光伏電池的輸出特性，如果利用接觸式可變電阻器有許多的缺點(diǎn)。它只能做到有級(jí)調(diào)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)、電阻自動(dòng)數(shù)控調(diào)節(jié)卻很困難。斬波式可變電阻器采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，對(duì)固定電阻進(jìn)行斬波控制，能夠模擬精密數(shù)控電阻器。但是它僅適用于電源電壓穩(wěn)定情況下，太陽(yáng)能電池的輸出電壓隨輸出電流不同而發(fā)生非線性變化，不宜采用。

　　本文涉及的外部負(fù)載，利用工作在可變電阻區(qū)的功率MOSFET管，來(lái)模擬可控電阻，通過(guò)施加數(shù)控的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)MOSFET管等效電阻的精密調(diào)節(jié)。根據(jù)功率MOSFET管(IRFP150)的輸出特性曲線，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于可變電阻區(qū)時(shí)，電阻值Rdso=1／2KN(VGS-VT)，其中KN為電導(dǎo)常數(shù)，VT為開(kāi)啟電壓?？梢?jiàn)Rdso是由柵極電壓VGS控制的可變電阻。