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％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 光伏电池工作原理及特性

3 太阳能电池测试原理

4 系统硬件设计

5 FPGA 数字模块设计

6 结论与展望

致 谢

参考文献

附录