MCU控制的光伏电池测试仪设计

为准确测量光伏电池的短路电流，加入1．5 V补偿电源，采用TI公司低电压大电流电源模块PTH05010制作。若电压测量值为U1，光伏电池两端实际电压为U=U1-1．5，当U1=1．5 V时，可测得光伏电池的短路电流。
2．4 辅助电路
测试仪供电电路有12 V和5 V两种，分别供给单电源运放和其他芯片。为了兼顾供电效率和电源质量，采用降压式DC／DC控制器MAX1745(效率90％以上)，结合低压差稳压器(LDO)TLV1117(线性稳压纹波很小)，设计了5～12V电路。DC／DC电路开关频率最高300 kHz，电源最大功率50 W。

3 软件设计
软件采用Keil编译环境下的C语言编程。程序设计流程，通过PC机向MCU串口发送测量控制指令，并接受测量数据。下位机MCU接收到测量指令后，通过不断改变控制电压信号UD。来改变外接负载。每次测量开始，控制电压增加△U，然后采集一个点的电压电流。直到测量到短路电流，测量结束。考虑到光伏电池两端电压电流变化的延时性，用定时器控制采点时间，每隔50 ms采集一次数据。

4 试验验证
根据方案设计制作样机进行试验，采用英利产品，型号为110(17)P1470×680的多晶硅光伏电池板。在自然光照情况下，对单块光伏电池进行测试。
厂家提供的Isc，Voc，IM和VM是在标准测试条件下(光强1 000 W／m2，电池温度25℃)测得参数在实际测试中，很难实现，故按照下列方案进行：
(1)根据太阳能电池简化数学模型，模拟理论输出特性曲线。
根据固体物理理论推导出来的太阳能非线性I-V特性方程，其简化数学模型是：

用直流电子负载PEL-300(台湾固纬)采点测试当前自然条件下，Isc=4．2 A，Voc=20．5 V，IM=3．6 A和VM=15．3 V。将上述参数带入简化模型，求得理论近似I-V曲线和P-V曲线。
(2)使用本文开发的测试仪，与方案(1)同时测试，以保证相同的日照条件，测得的试验数据和曲线，如图5和表1所示。

二种方案所得的理论和试验曲线吻合度较好，验证了设计的可行性。并且比较两者，考虑到影响光伏电池输出特性的内、外部因素复杂，实验曲线比理论曲线更接近电池板实际工作状况，因为方案(2)测试时间很短，更能确保不变的日照条件。

5 结语
本文基于MCU，设计了可以数控调节、有源、高速响应的可变电阻器模块以及对应的测量电路，开发出了可获取光伏电池I-V和P-V曲线测试仪。物理实验测试表明，所获得的光伏电池特性曲线，形态准确，数据精度高。该测试仪在光伏电池测试，太阳能资源评估，建立光伏电池模型和最大功率点跟踪(MPPT)等方面有广泛的应用。