太阳能电池参数测试系统的研究与设计.docx

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摘要

地球上现存能源的日益减少，让我们不断地再挖掘更多的新能源，太阳能在新时代科技发展中起着重要的作用。太阳能电池是人类利用太阳能的最直接的途径，大规模的太阳能板测试组件不仅成本造价高，组装起来复杂，还需要大量的采集太阳光能，对单一组件的要求也十分严格。本文旨在研究测量小型太阳能电池的性能参数，探索太阳能电池在各种参数达到何种平衡值时获得最好的性能［1］。

本文根据太阳能电池参数设计了能同时采集多种信号的太阳能电池板连接的单片机电路测试系统，利用测试系统，通过对电流、电压等信号的采集，绘制当输入的可变电阻占空比变化时信号的数值曲线，从而根据绘制曲线找到性能最好的输出点。

可变电阻采用PWM实现电子负载的自动控制操作，可以平滑地调节电阻的占空比，解决了利用多个电阻连接费时且量程不足的问题。针对电流采集电路，本次设计采用了同相比例电压放大电路实现，使电流采集的数据更加精确。

测试系统的软件设计主要包括数据采集程序、PWM程序、显示输出电子屏设计程序。显示屏显示比串口导出更直观清晰，而且不需要对大量筛选和处理。数据采用A/D转换实现单片机对信号的采集。

论文采用的测试系统能较准确地测量小型太阳能电池板的系统参数，为搭建小型太阳能电池测试电路作了良好的研究基础。

关键词：小型太阳能电池；可变电阻；占空比；数据采集程序

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

随着人类社会的发展，世界人口不断增多，我们所需要的能源也越来越多，但是化石能源数量有限，目前我们能使用的越来越少，我们现有的能源将面临着前所未有的巨大挑战。如果不发现新的能源使我们能维持未来的生活需要，我们人类社会将会衰退甚至灭亡。另外，以前人类对环境的重视程度不够，在发展重工业的同时没有考虑到对环境造成的伤害，对煤炭等不清洁能源大量的采用，燃烧产生的废气让我们本是绿水青山的地球变成了灰蒙蒙的，多地的气候也受到了极其不好的影响，我们居住的地球也日益地在变暖。化石能源给我们造成的环境污染十分严重，在保证了能源用量的同时并不能很好地兼顾环境的友好发展，所以清洁的新能源成了当今社会一个重要的话题和研究对象。

如何利用新能源是我们一直以来都在研究的，如今可以利用的新能源如太阳能、风能、核能、潮汐能、地热能等也成了时代的主旋律，普及率最高的就是太阳能了，太阳能的优点众多，可再生、几乎零污染、相对其他新能源对周边环境的要求比较低，便于利用。目前来看，太阳光能对于我们来说可以说是取之不尽用之不竭的，越来越多地方企业都将太阳能引入，很多家庭也都纷纷将电热水器换成太阳能式，清洁的同时又更经济的优点让我们更欣赏新的能源。但是太阳能的利用随着我们需求量越来越大，性能的好坏影响了太阳能产品的质量，所以在制造环节需要严格把关，保证太阳能的利用率。各太阳能电池生产地都会将生产出的电池基本参数做标记，大厂家会将太阳能电池的性能参数写在铭牌上，这些都需要运用到太阳能电池的参数测试。

本论文作的研究即是对太阳能电池的参数进行测试，获得参数数据，根据各参数综合判断太阳能电池的性能是否符合预期利用率要求。

1.2太阳能电池技术国内外发展现状

太阳能电池的研发无疑给人类带来了新的希望，自从美国的贝尔实验室发明了第一块能将太阳光能直接转化为电能的电池板，太阳能产业就不断地壮大［2］。在大力发展太阳能工业的时代，太阳光能的采集产业和光伏发电产业是我们其中一项必威体育精装版的技术产业，在备受瞩目的光电利用领域里，如何将太阳能的利用率、效率和利用成本之间达到一个最好的平衡是目前大家一直在研究和探索的。

太阳能电池主要由材料硅制造，目前使用的比较多的是单晶硅半导体，硅元素在地壳中的含量高达25.8%，为制造单晶硅半导体提供了丰富的资源。而且单晶硅的优良性质将辐射能转化为电能的效率达到可供利用的较好水平，保证光电转化效率的同时也有较高的稳定性和长使用寿命，但单晶硅的材料消耗较多，硅的成本比较高，相对不经济，所以国内外将研究方向转向探索其他种类的太阳能电池。

其他种类的太阳能电池目前主要有薄膜太阳能电池（即利用廉价衬底上沉积的多晶硅薄膜提取制造）和聚合物太阳能电池，不过由于多晶硅薄膜的晶粒大小由于当前技术原因还不能达到合适的值，所以薄膜太阳能电池在降低成本的情况下只能降低效率和减小稳定性，这显然是不可取的；而多叠层太阳能电池就比较能兼顾效率和成本的问题，但由于种类繁多，这种太阳能电池在进一步的研发中，还没有十分普及，所以在太阳光能的利用上目前还是使用单晶硅制造较多。

因为单晶硅的制造研发的成本高，为了使太阳能的利用更方便和经济，以增大太阳能的普及范围，随着科技的不断发展，晶体硅的利用效率也在逐