太阳能光伏发电系统数据采集和测试平台杨刚,陈鸣,姚详解.PDFVIP

稿件ID: 200804101208568735 太阳能光伏发电系统数据采集和测试平台 杨刚，陈鸣*，姚少雄，黎冠文 (中山大学太阳能系统研究所，广东省教育厅重点实验室 广州 510006) 国家863 计划资助项目 基金颁发部门：中华人民共和国科学技术部 项目名称：高性价比双面薄硅太阳电池新技术的研究 编号：2006AA05Z409 摘要：太阳能光伏发电系统利用可再生能源太阳能来提供稳定的电力供应，污染小，因而在 近几年得到了很广泛的应用。本文设计了一个以LabVIEW 为软件支持、以数据采集卡为硬 件支持的虚拟仪器来评测光伏发电系统的性能，并拥有数据采集、数据保存和信号分析等功 能。在这个所提出的系统中，测量的信号包括气象参数（如温度等）和电气参数（比如光伏 阵列的电压和电流等）。实验结果证明这套系统可以很有效的反映光伏发电系统的运行特性。 关键词：太阳能光伏发电系统；LabVIEW ；数据采集；数据保存；调理电路 中图分类号：TK511 文献标识码：A 1. 引言 随着可再生能源技术的发展，在最近几年太阳能光伏发电系统得到了比较广泛的应用。 为了更好的评估以及优化光伏发电系统的性能，很必要掌握丰富的关于系统的气象和电气资 料。本数据采集系统就是利用LabVIEW 软件去实时的采集和保存这些重要的数据。LabVIEW 程序又被称作虚拟仪器，是一种建立在PC 机为核心的硬件平台上，但功能可由用户自己定 义的计算机测试系统，它的表现形式和功能类似普通的仪器，但LabVIEW 程序可以很方便 的改变仪器及其设置。使用虚拟仪器进行测试工作，相对传统的仪器，其利用软件实现了硬 件内容，只需购买少量硬件设备，应用灵活，可以大大缩短系统研制周期，因此在测控领域 中有很大的发展空间。本系统所使用的采集卡为NI-USB6008 数据采集卡，采集和检测经的 信号主要包括：（1）光伏阵列的温度，（2 ）光伏阵列的电压（3 ）光伏阵列的电流，NI-USB6008 数据采集卡具有8 个12 位模拟输入端口，2 个模拟输出端口，并且附带了计数器和数字I/O， 其输入电压的范围为±10V ，最高采样频率为 10kb/s，本系统采集的信号均为直流信号，因 此这样的采样频率是完全适用的。 2.太阳能发电系统 太阳能发电系统主要由以下几部分构成：光伏阵列、蓄电池、逆变器以及交流或者直流 负载，如图1 所示： 图1 太阳能光伏发电系统结构图 系统能量由太阳能光伏阵列提供。光伏阵列一般是采用太阳电池数组的方式将多个太阳 电池串并连起来，太阳电池的串联可以提高电压，并联可以提高电流。控制器则是发电系统 的核心组件，它的主要功能是用来检测输入电压电流以及负载的情况来控制蓄电池的状态。 当系统提供的功率大于负载的功率时，一方面控制器将所需的电能提供给负载，另一方面将 剩余的电能送往蓄电池储存起来。当发电量不能满足负载要求时，控制器会将蓄电池中储存 的电能送往负载以维持负载的稳定，这种功能叫做蓄电池的充电控制功能。蓄电池是储存系 统产生的能量的组件，也是系统得以连续不间断供电的重要设备。常用的电池多为铅酸蓄电 池，由于其成本低，可靠性强而且无需特别维护。同时控制器一般还具有蓄电池的放电管理、 设备保护、故障定位等其它功能，在有些产品中，为了提高太阳能光伏数组的功率，一些控 制器也会包含太阳电池的最大功率跟踪（MPPT ）环节以使光伏阵列始终处于最大功率输出。 系统不仅能够给直流负载供电，也可以给交流负载供电，所用到的能量转换环节就是逆变器 环节。 3. 传感器和调理电路 传感器通常用于将其他形式的信号（比如温度）转换为电信号而调理电路则用来将检测 到的信号调理在一个适宜数据采集卡测量的电压范围以内。本系统可以采样以下几种信号： 光伏阵列的温度、光伏阵列的电压和光伏阵列的电流。图2 是本数据测试平台的硬件结构图： 图2 数据采集平台的硬件结构 温度是光伏发电系统的重要参数之一，在给定光强下，光伏电池工作温度的升高将影响 电池的输出功率。电池的输出功率和效率随温度升高而减少，每升高1℃，效率约下降0.45%， 使用寿命也降低。对于温度的测量，通常使用的传