摘 要

随着我国城市化进程的加快，人们对能源的需求也快速增长，传统的能源结构已经很难再有大的发展了。这时就急需一种现有能源的替代品或者说是作为现有能源结构的补充，在传统能源发展停滞的背景下，光伏发电技术在近些年飞速发展，太阳能已基本成为新时代的清洁能源。光伏电池板是光伏发电系统的重要组成部分，其质量的优劣就直接决定了光伏发电系统中太阳能利用率的高低。此外，光伏电池由于长期的户外工作，难免出现一些肉眼难以发现的故障，或者因为长时间的工作而出现光电转换效率下降的情况，因此建立一套稳定可靠的光伏电池检测系统就显得至关重要。

本设计中基于LabVIEW的光伏电池伏安特性测试系统主要由两部分组成，即硬件部分和软件部分。也可理解为由测试对象、采集和控制系统以及计算机应用管理系统三个部分组成。其中又包括待测光伏电池、调理电路、数据采集卡以及LabVIEW程序等几个主要组件。测试过程中需要人工控制测试电路中的负载，以实现负载电压从0伏到开路电压的变化，采集负载变化过程中光伏电池的输出电压电流数据，然后将采集到的数据传输到LabVIEW软件，由软件对数据进行处理与分析，并绘制相应伏安特性曲线和功率特性曲线，同时找到该电池具有峰值功率时对应的电压和电流，即可确定光伏电池的最佳工作状态。

关键词：光伏电池，变负载，伏安特性曲线，LabVIE

Abstract

With the development of modern society and economy, mankind's demand for energy continues to grow rapidly. However, with the massive consumption of fossil energy such as coal and oil, not only the ecological environment was destroyed, but also the contradiction between energy demand and energy production has become an insurmountable difficulty in China's industrialization process. At this time, we are in urgent need of an alternative to traditional energy sources. With the decrease of fossil energy, photovoltaic power generation technology has developed rapidly in recent years, and solar energy has become a clean energy in the new period. Photovoltaic cells are an important part of photovoltaic power generation system. They are closely related to the efficiency and electric energy production. Actually, the utilization rate of solar energy is directly determined by the quality of photovoltaic cells. In addition, due to long-term outdoor work, photovoltaic cells will inevitably have some faults that are hard to find by naked eyes. Therefore, it is very important to establish a stable and reliable photovoltaic cell test system.

In this design, the volt-ampere characteristic test system of photovoltaic battery based on LabVIEW is mainly composed of two parts, hardware and software . Or three parts: test object, acquisition and control system and computer application management system. It includes photovoltaic cells, conditioning circuit, data acquisition card and LabVIEW program. In order to realize the change of voltage from 0 volt to open-circuit voltage, it is necessary to manually control the load in the test circuit, collect the output current of photovoltaic cells in this process, and then transmit the collected data to LabVIEW software. The data are processed and analyzed by the software, and draw the corresponding volt-ampere characteristic curve and power characteristic curve . At the same time, it will find the corresponding voltage and current when the battery has the maximum output power.

Key Words：Photovoltaic cell, variable load, volt-ampere characteristic curve, LabVIEW

目录

第1章 绪论 1

1.1本设计的研究背景和意义 1

1.2光伏电池伏安特性检测技术研究现状 2

1.3虚拟仪器技术—LabVIEW简介 3

1.4本设计的内容 5

第2章 光伏电池简介 6

2.1光伏电池工作原理 6

2.3光伏电池的电性参数 11

2.3.1光伏电池伏安特性 11

2.3.2光伏电池等效电路 12

2.4光伏电池测量时注意事项 14

2.5本章小结 15

第3章 光伏电池伏安特性曲线测试系统搭建 16

3.1光伏电池测试系统硬件构成 16

3.2 NI MAX和DAQ助手设置 19

3.3登录界面的设计 19

3.4主界面的设计 21

3.3本章小结 26

第4章 测试过程与结果分析 27

4.1测试过程 27

4.2测试数据 27

4.3误差分析 31

4.4本章小结 32

第五章 总结 33

参考文献 34

致谢 36

第1章 绪论

能源不仅是社会发展的动力，更是人类赖以生存的物质基础。然而，传统能源的储量有限，目前的能源供给量已难以满足当代社会的发展需求，全球的化石能源储备量正在急剧减少，并且化石能源的燃烧还产生了大量的污染，能源已经成为新时代必须解决的第一个问题。

1.1本设计的研究背景和意义

能源是人类生存和发展的命门，人类的经济活动和基本的生存保障都依赖于能源的供给。地球上的能源分为两大类，即不可再生能源和可再生能源。前者主要指的是化石能源，比如煤炭、石油、天然气、核能等，又可称之为一次能源；后者则包括太阳能、水能、风能、生物能等。从工业化进程开始之初直到当前这个时代，人类利用的主要是一次能源，可再生能源的利用量较之化石能源的消耗量几乎可以忽略不计。2012年以来，随着能源利用效率的提高，煤，石油等一次能源的消费增速明显低于GDP增速^[1]。目前，全球的能源消费结构仍是以化石能源为主，同时清洁能源及新能源快速发展，但要达到与传统能源相抗衡的地步仍有很长的一段路要走。2017年的能源消费结构中，仍是石油、天然气、煤炭和其他能源四分天下的局面，其中石油、天然气、煤炭的消费占比分别为34%、23%、28%；核能、水能、其他可再生能源分别占比为4%、7%、4%。较之之前的数据，石油的消费占比下降，天然气等清洁能源快速发展^[2]。根据《BP世界能源展望2018》，预计2018-2040年间全球能源需求则高速减缓，可再生能源发展迅速，到2040年能增长约1/3。未来，交通领域对能源需求增速明显放缓，工业增长所需能源将占用能源总量的一半左右，从能源结构来看，可再生能源无疑是增速最快的能源，有望占到能源增量的40%左右。

结合我国人口密度大和城镇化进程的的逐步推进，太阳能光伏发电给作为一种清洁环保的绿色能源，是现阶段急需的能源补充^[3]。与传统能源相比，光伏发电系统布置灵活，可利用屋顶、幕墙及各种空旷地带就地发电，能源获取便捷，并且不同于化石能源的燃烧，在太阳能转化为电能的过程中不产生任何废物，是真正意义上的绿色能源，对于建筑物密集的城市地区，光伏发电可以作为城市日常用电的补充，降低传统发电系统电网的负荷。我国的光伏产业也在近些年飞速发展，逐步形成了完整的光伏产业体系。“光明工程计划”再2001年正式推出，希望能够通过在偏远山区建立光伏发电站，解决当地人民的用电问题；在2012年12月19日召开的国务院常务会议上，时任国务院总理温家宝敲定了促进光伏产业健康发展的五大政策措施，国内光伏产业开始蓬勃发展，德意志银行在2013年发布报告表示，在光伏发电领域，中国即将取代德国成为全球市场的领头羊；2018年，国内基本形成了64家光伏巨头企业，包括华为、古瑞瓦特、特变电工等；2019年“十三五”规划中，重点提出了制定光伏行业相关政策的意见。此外，光伏发电的成本也在不断下降，欧美部分地区的光伏发电已经可以同传统发电方式同台竞争，廉价的光伏能源进入千家万户已经指日可待^[4]。

1.2光伏电池伏安特性检测技术研究现状

近年来，我国光伏电池产业出现了爆炸性的增长，对光伏电池测试和测量的解决方案有着极为迫切的需求，希望通过对光伏电池的性能进行测试研究，来提高电池的光电转换效率，保证光伏电池尽可能处于性能最佳的工作区间，是加快开发和扩大太阳能产业的关键之一，也使充分利用太阳能资源和解决能源危机的必经之路。在光伏电池的所有性能参数中，最有效的的指标当然还是V-I特性曲线无疑了^[5]。通过对伏安特性测试得到的数据进行分析处理，能够得到相应光伏电池的一些重要参数，如开路电压、短路电流、转换效率、填充因子、峰值功率、峰值功率对应的电压电流等参数。