一種基于MCU控制的光伏電池測試儀設計

　　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，準確獲得光伏電池輸出特性曲線是一個基本要素，在此基礎之上，才可能深入、準確地研究光伏系統(tǒng)的設計、控制與使用。

　　國內在建立光伏電池數學模型，最大功率點跟蹤(MPPT)等方面已經做了很多研究工作。文獻利用光伏電池生產廠商提供的4個電氣參數(Isc，Voc，IM和VM)，提出了一個簡化的數學模型，以模擬其在不同光照和溫度下的I-V特性曲線。文獻在太陽電池數學模型的基礎上，設計了模擬太陽能I-V特性的生成電路。文獻利用太陽能電池數學模型，根據氣象資料估算太陽電池的年發(fā)電量。上述文獻的研究，都是在認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，以數學模擬的方法獲得相應的特性曲線。

　　1 光伏電池測試策略

　　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，太陽能電池陣列輸出的I-V特性和伏瓦特性曲線?？梢娺@種非線性受到外部環(huán)境(如日照強度、溫度、負載等)以及本身技術指標(如輸出阻抗)的影響，使得光伏電池的輸出功率發(fā)生變化，其實際轉換效率也受到限制。

　　值得注意的是，圖1所示的每一條曲線，都是在一個對應恒定的日照情況下獲得的，因此，欲通過物理測試的方法，準確獲得該條曲線，要么寄希望于有穩(wěn)定的日照，要么必須在盡可能短的時段內，完成全域測量，顯然后者更易于把握。測量精度取決于：全域測量時間的長度，每一點上，二個坐標數據采集的同時性。

　　1．2 數控電阻器控制策略

　　傳統(tǒng)的I-V法測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。它只能做到有級調節(jié)，要實現精確調節(jié)、電阻自動數控調節(jié)卻很困難。斬波式可變電阻器采用脈寬調制(PWM)技術，對固定電阻進行斬波控制，能夠模擬精密數控電阻器。但是它僅適用于電源電壓穩(wěn)定情況下，太陽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。

　　本文涉及的外部負載，利用工作在可變電阻區(qū)的功率MOSFET管，來模擬可控電阻，通過施加數控的電壓信號，實現MOSFET管等效電阻的精密調節(jié)。根據功率MOSFET管(IRFP150)的輸出特性曲線，當場效應管工作于可變電阻區(qū)時，電阻值Rdso=1／2KN(VGS-VT)，其中KN為電導常數，VT為開啟電壓?？梢奟dso是由柵極電壓VGS控制的可變電阻。