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基于FPGA的手持式光伏电池测试仪设计

作　者: 刘洛
导　师: 曾祥斌
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 光伏方阵测试仪变频采样数据冗余
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要

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%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
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

基于FPGA的手持式光伏电池测试仪设计

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