简易太阳能电池测试系统的硬件设计

　　目前，世界各国对于光伏发电技术都非常重视，都在增加对光伏产业的研究及投入，
太阳能电池组件每年都在以几十，甚至几百

MW 的速度在批量生产。对太阳能电池系统质

量的检测尤为重要，需要建立一套自动化测试系统。自动化测试系统能在较短的时间内测出
太阳能电池的工作电压、电流及最大功率点，并能自动绘出其特性曲线，并能给出其数据拟
合的模型。

 

　　一、测试系统的结构分析

 

　　基于虚拟仪器的测试系统结构一般分为

4 层：(1)测试管理层；(2)应用程序开发层；(3)

仪器驱动层；

(4)I/O 总线驱动层。虚拟仪器的发展随着微机的发展以及采用的总线方式的不

同，分为六种虚拟仪器系统：

PC 总线插卡型虚拟仪器系统；GPIB 总线方式的虚拟仪器系

统；

VXI 总线方式的虚拟仪器系统；PXI 总线方式的虚拟仪器系统；并行式虚拟仪器系统；

串行口虚拟仪器系统。在本文中所研究的是基于

PC 总线方式的测试系统。 

　　二、测试系统的需求分析

 

　　系统需求分析工作是系统开发中的重要一步。只有通过需求分析，才能把系统功能和性
能的总体概念描述为具体的软、硬件需求说明，从而奠定整个系统的开发基础。需求分析是
把用户的要求明确地表达描述出来，解决系统

“做什么”的问题。 

　　需改变相应的数据采集子模块，所以测试系统应具有较好的可维护性。

 

　　系统硬件部分是整个测试试验的基础。本文所研究的太阳能电池测试系统的硬件包括基
础硬件和外围硬件，系统的基础硬件平台选用

PC 机平台，作为硬件系统的核心，集中控

制总成的信号采集、分析处理、数据存储、打印输出；外围硬件则主要实现信号的采集与处理
功能，它包括用于本测试系统信号调理电路、多功能数据采集卡和各种计算机内置卡槽等。

 

　　（一）数据采集卡的选择。

 

　　数据采集卡是实现将测试信号从模拟信号变成计算机能接受和处理的数字信号功能的
硬件。它主要由多路开关、放大器、采样

/保持器、A/D 转换器等环节组成。对数据采集卡的选

择，要注意数据分辨率和精度、采样速度、通道数、数据总线接口类型等方面来综合选择。

 

　　（二）信号调理。

 

　　信号调理模块属智能化测量仪器的范畴，其基本任务是对输出信号按照一定的要求进
行调理，并将输出信号送至记录仪器。

 

　　信号调理模块是将待测量输出信号送入数据采集装置的门户和预处理接口。其主要功能
如下：

1、接受控制单元的指令，对信号调理模块主要参数进行可编程控制；2、将数据传输

给

PC 机，作后续处理。 

　　由于选择了

ADLINK 公司数据采集卡的最大输入电压范围为±10V，当需测量电池的电

压超过最大量程时，需选择一个信号调理模块，

SCXI-1000 信号调理模块就是一个不错的

选择。

 

　　（三）测试原理。

 

　　

 

　　测试原理如图

2-1 所示，只要在 2 点加入一个满足的可变电压，就可以实现物理电路

电桥的作用。而在

1 点和 2 点采集两个电压值，通过式(2-1)就可以得到电流 I 的值，这样就

可以通过采集

1 点和 2 点的电压值，来得到最终的负载曲线，求得电池的 I-V 特性。而关于

取样电阻

Rs 的值，我们可以采用一比线路阻抗大的多的定值电阻代替，这里的取样电阻的

取值为

1000 欧姆。 

　　对太阳能电池测试系统要求：能够根据测试时间控制太阳光模拟器的开关，通过采样
电路、温度传感器和数据采集卡

(DAQ)读取太阳能电池的即时电流、电压和相应的温度和光