1、 ID: 200804101208568735 稿件 太陽能光伏發電系統數據采集和測試平臺 ，姚少雄，黎冠文楊剛，陳鳴* 中山大學太陽能系統研究所，廣東省教育廳重點實驗室( 基金頒發部門：中華人民共和國科學技術部 廣州 510006) 國家863計劃資助項目 項目名稱：高性價比雙面薄硅太陽電池新技術的研究編號：2006AA05Z409 摘要：太陽能光伏發電系統利用可再生能源太陽能來提供穩定的電力供應，污染為軟件支LabVIEW小，因而在近幾年得到了很廣泛的應用。本文設計了一個以持、以數據采集卡為硬件支持的虛擬儀器來評測光伏發電系統的性能，并擁有數據采集、數據保存和信號分析等功能。在這個所提出的

2、系統中，測量的信號包括氣象參數（如溫度等）和電氣參數（比如光伏陣列的電壓和電流等）。實驗結果關鍵詞：太陽能光伏 證明這套系統可以很有效的反映光伏發電系統的運行特性。 ；數據采集；數據保存；調理電路發電系統；LabVIEWA TK511 文獻標識碼：中圖分類號： 1. 引言隨著可再生能源技術的發展，在最近幾年太陽能光伏發電系統得到了比較廣泛的應用。為了更好的評估以及優化光伏發電系統的性能，很必要掌握豐富的關于系軟件去實時的采集和統的氣象和電氣資料。本數據采集系統就是利用LabVIEW機為程序又被稱作虛擬儀器，是一種建立在PC保存這些重要的數據。LabVIEW核心的硬件平臺上，但功能可由用戶自己定

3、義的計算機測試系統，它的表現形式程序可以很方便的改變儀器及其設置。使LabVIEW和功能類似普通的儀器，但用虛擬儀器進行測試工作，相對傳統的儀器，其利用軟件實現了硬件內容，只需購買少量硬件設備，應用靈活，可以大大縮短系統研制周期，因此在測控領域中數據采集卡，采集和NI-USB6008有很大的發展空間。本系統所使用的采集卡為）光32）光伏陣列的電壓（檢測經的信號主要包括：（1）光伏陣列的溫度，（個模擬2位模擬輸入端口，8個12數據采集卡具有伏陣列的電流，NI-USB6008，最高采樣10V，其輸入電壓的范圍為I/O輸出端口，并且附帶了計數器和數字，本系統采集的信號均為直流信號，因此這樣的采樣頻率

4、是完全適頻率為10kb/s 用的。 太陽能發電系統2.太陽能發電系統主要由以下幾部分構成：光伏陣列、蓄電池、逆變器以及交流或 所示：者直流負載，如圖1 1太陽能光伏發電系統結構圖圖系統能量由太陽能光伏陣列提供。光伏陣列一般是采用太陽電池數組的方式將多個太陽電池串并連起來，太陽電池的串聯可以提高電壓，并聯可以提高電流。控制器則是發電系統的核心組件，它的主要功能是用來檢測輸入電壓電流以及負載的情況來控制蓄電池的狀態。當系統提供的功率大于負載的功率時，一方面控制器將所需的電能提供給負載，另一方面將剩余的電能送往蓄電池儲存起來。當發電量不能滿足負載要求時，控制器會將蓄電池中儲存的電能送往負載以維持負載

5、 的穩定，這種功能叫做蓄電池的充電控制功能。蓄電池是儲存系統產生的能量的組件，也是系統得以連續不間斷供電的重要設備。常用的電池多為鉛酸蓄電池，由于其成本低，可靠性強而且無需特別維護。同時控制器一般還具有蓄電池的放電管理、設備保護、故障定位等其它功能，在有些產品中，為了提高太陽能光伏數組的功率，一些控制器也會包含太陽電池的最大功率跟蹤）環節以使光伏陣列始終處于最大功率輸出。系統不僅能夠給直流負載（MPPT 供電，也可以給交流負載供電，所用到的能量轉換環節就是逆變器環節。 3. 傳感器和調理電路傳感器通常用于將其他形式的信號（比如溫度）轉換為電信號而調理電路則用來將檢測到的信號調理在一個適宜數據采

6、集卡測量的電壓范圍以內。本系統可以采是2樣以下幾種信號：光伏陣列的溫度、光伏陣列的電壓和光伏陣列的電流。圖 本數據測試平臺的硬件結構圖： 圖2 數據采集平臺的硬件結構 溫度是光伏發電系統的重要參數之一，在給定光強下，光伏電池工作溫度的升高將影響電池的輸出功率。電池的輸出功率和效率隨溫度升高而減少，每升高，使用壽命也降低。對于溫度的測量，通常使用的傳感器，效率約下降0.45%1之間電阻和溫度保持很好的線性。溫度100為鉑電阻（PT100）因為其在-50信號的調理電路用來將傳感器檢測到的電信號轉變在合適的電壓范圍內便于數據 所示：采集卡采集，如圖3 圖3 溫度信號的檢測和調理電路是導線的等效電阻。

7、在所使用的R1R3組成電橋，RW1RW3電路中，鉑電阻與RW1三線制溫度傳感器中，如果電纜中導線的種類和長度都相同，則導線電阻相等，溫度系數也是一樣的，因此，即使電纜的長度改變，溫度系數也和RW2的兩電流是相同的，不會影響會一起跟著改變進行溫度補償，另外，流經RW3測量結果。由于測試系統一般放在室內，溫度測試系統可能放在室外，鉑電阻也放在室外，由于室內到室外的引線很長，因此使用三線制可以很好的去除長電纜對電阻的影響。經電橋輸出的差分信號經過兩級同相比例放大電路進行放大，以 便輸入數據采集卡。電路的輸出表達式見下：Ub?Ua=VTRw1+Rr+2Rw3R3+2Rw3+Rw2 VTR1+Rw1+R

8、r+2Rw3R2+R3+Rw1+2Rw3 ? R0(1+at)?R0R0at (1) =VTR2+R3R2+R3UO=VTR6R10ROat (2) R4R8(R2+R3)=VT 是使用的直流穩壓電源的電壓值，在其中，R4=R5,R6=R7,R8=R9,R10=R11；VTa100?PT 100是鉑電阻在0時的輸出電阻，典型值是；RO12V本系統中是； 是溫度系數，a=3.90810?3。給出了本系統中用來測量光伏陣列的電壓電流所使用的調理電路，檢測到電4圖壓和電流信號后就可以利用軟件計算光伏陣列功率以及日累積發電量、月累計發 電量和年累積發電量。 圖電壓電流信號的調理電路4 是阻值較大的功率

9、電阻，用來分壓測量光伏陣列的電壓而R6R5和本系統中， R7則為阻值很小的功率電阻，用來測量電流。本調理電流的輸出可以表達如下：Ua=R2R6 (3) Ub=R11R7I (4) U R3(R5+R6+R7)R8 IU是需要測量的光伏陣列的輸出電壓，其中，R1=R2,R3=R4,R8=R9,R10=R11， 是光伏陣列的輸出電流。 軟件設計和實驗結果4. 本測試平臺的軟件設計框圖如下圖所示： 軟件程序的設計框圖圖5 5 圖中，軟件程序分為幾個模塊，軟件設計時對各個模塊的要求如下： 美觀、友好1（）用戶界面- （2）數據采集實時、定時輸出- 能按分、日、月、年分別保存數據-3（）數據存儲 （-4

10、）數據顯示根據實際需要顯示所需圖形、表格數據 根據該設計框圖，在系統軟件設計中將系統功能分為幾個獨立又相互聯系的部分，分別對其加以設計，同時考慮到保存過多數據時會消耗過多的計算機資源，在軟件設計主框架外增加文件處理部分，用于壓縮或刪除多余的存儲數據。同時，從軟件的可擴展性方面考慮，又增加了附加功能模塊，可在原來基礎上根據 ,包括文件刪除、文件壓縮和數據查詢等。需要增加附加功能 圖6 測試平臺的前面板中，圖表上所反映的是光伏陣列電壓的曲是本測試程序的前面板。在圖6圖6線，但是其他的信號也同時被采集。通過選擇圖中的顯示按鈕可以選擇顯示的信號種類，包含：光伏陣列的電壓、電流和功率，光伏陣列的溫度。在

11、數據保存處類型的數據文 通過設置可以為保存的數據選擇路徑，測試平臺會自動生成”xls” 件將信息記錄在計算機硬盤上，并且自動使用當前的日期做文件名。在前面板上可以得到簡化的數據圖表，這里選擇simplified Image” “Export右單擊圖表，選擇 在太陽能電池功率顯示時輸出其波形，如圖 7所示： 光伏陣列的功率曲線圖7 ）。從圖中可以看出光伏陣列的輸kw圖7是光伏陣列功率曲線圖，單位是千瓦（出功率在比較長的時間內維持相對的穩定，但是會伴隨著一些小范圍的波動。這種功率曲線正好與光伏電池的特性相吻合，在一定的負載情況下，光伏陣列的功率和太陽輻射強度有關系，由于太陽能輻射強度在一定范圍內維

12、持穩定，所以輸出功率也維持穩定。除了功率信號意外，其它的信號也可以以同樣的方式導出和 分析。 結論5.本文建立了一種具有數據采集和保存功能的太陽能光伏系統采集與測試的虛擬儀軟件去處理，采集和保存數器平臺，系統使用了傳感器、調理電路和LabVIEW軟件是一種建立可再生能源系統采集平臺便捷而據。實驗證明，使用LabVIEW且有效的方法。提出的系統擁有快速反映能力以及對突然變化的適應性，通過測試平臺保存了大量有用的信息，對進一步評測和優化系統提供了大量的數據支持。在這些有用的數據的基礎上，可以進一步擴充系統的功能使其含有準確控制 風光互補系統發電的能力。本文作者創新點：將虛擬儀器應用到光伏發電系統的

13、檢測中，實現了對光伏發電 系統實時的監控，并為優化系統性能提供了數據支持。 參考文獻-solar (1) Changan Ji, Xiubin Zhang, Guohui Zeng, Bin He, Xuelian Zhou. Windcomplementary power supply system J, Electrical Machines and Systems, 2005. Proceedings of the Eighth International Conference, Vol. 2 Sept. 2005: 1054-1057 北方J. 風光互補發電系統實驗模型的建立陳亞愛，張

14、衛平，劉元超，程強(2) . . 2004, 3: 57-61 工業大學學報 (3) B. Wichert, M. Dymond, W. Lawrance, T. Friese, Development of a test facility for photovoltaic-diesel hybrid energy systems. J, Renewable Energy, Vol. 22 Issues 1-3, 2001: 311-319 (4) Eftichios Koutroulis, Kostas Kalaitzakis, Development of an integrated da

15、ta-acquisition system for renewable energy sources systems monitoring J, Renewable Energy, Vol. 28 Issue 1, 2003: 139-152 2007, J. 微計算機信息，太陽能路燈充放電監測系統(5) 苗洪利. 基于LabVIEW5-1: 88-90 作者簡介），山東滕州人，在讀碩士研究生，中山大學太陽能系統研 1987楊剛，男，（1960究所科研助理，研究方向為可再生能源技術和電力電子技術。陳鳴，男，（），通訊作者，安徽人，中山大學太陽能系統研究所副教授，研究方向為可再 LED照明技術和

16、電力電子技術。生能源利用技術、Biography Gang Yang was born in Shandong province of China in 1987, male. He is now a research assistant in the Institute of Solar Energy System, Sun Yat-sen University, China. His research areas include Power Electronics and Renewable Energy Technology. Email: Ming