在传统作业方式电子负载的基础上提出的一种野外光伏组件测验渠道，以主动切换作业方式的可编程电子负载为中心，完结了对光伏组件IV特性曲线愈加准确而完整地丈量。它可依据用户设定，使光伏组件在野外环境下，长时刻坚持设定作业情况，并实时监测其输出特性。很多存储的IV特性曲线及环境参数数据，有助于剖析光伏组件野外实践作业功能。光伏体系规划人员经过比照不同类型组件野外特性，针对特定作业环境挑选合适的组件。渠道一起也为光伏组件出产商供给了评价产品的牢靠依据。
1 导言
跟着近年来国内光伏商场的扩大和分布式光伏发电体系的开展，电站规划人员对各类光伏组件产品功能也提出更高要求。现在，关于光伏组件的电气功能测验首要依靠试验室内的太阳光模仿器，检测其输出特性曲线，该办法便于操控辐照度及温度等环境参数。但光伏组件实践作业于野外杂乱环境，其输出功率易遭到尘埃、沙砾、雨雪等要素影响，输出特性也或许因修建、树荫等周期性暗影改动，因而光伏组件实践输出功率一般远低于试验室内抱负环境下的输出功率。现在，国内外对光伏阵列的IV特性丈量已提出了部分办法，首要是选用动态电容充电办法，现场的同步丈量光伏阵列IV特性。该办法丈量速度较快，对操控器的采样速率要求也较高。此外，也有依据可变电子负载的现场丈量办法，它对光伏阵列IV特性曲线上最大功率点邻近丈量点较多，但对短路和开路点邻近丈量点数量较少，当光伏阵列处于细微失配或遮盖等工况下，该办法难以完结对此现象的准确丈量。针对怎么更详尽的反响光伏组件野外输出功能，提出了野外光伏组件测验渠道，它使光伏组件长时刻作业于野外环境下，实时监测其输出特性，并堆集丈量数据，以评价组件长时刻作业于野外环境下的输出功能，使电站规划人员针对详细环境，选用更合理的光伏组件树立光伏体系。也为组件出产商和科研试验作业供给了更好的保证与技术支持。
2 野外测验渠道规划计划
2.1 光伏组件野外功能测验要求
光伏组件输出特性首要受太阳辐照度及环境温度的影响。当光伏组件作业于野外特定环境时，需丈量环境辐照度及组件温度。传统的IV特性曲线丈量办法是使可编程电子负载作业于恒压或许恒流作业方式，以固定步长扫描，因为光伏组件IV 特性曲线具有相似半导体二极管的对数曲线形状，当光伏组件作业于恒流段或恒压段时，仅运用恒流或恒压作业方式的电子负载丈量将构成曲线相应部分的丈量点稀疏。此外，为测验光伏组件野外功能，还需依据用户设定，坚持被测光伏组件长时刻作业于开路、短路或最大功率等作业情况，因而不行运用传统的现场电容充电或电子负载瞬时丈量IV特性曲线的办法。
因而，提出了一种可主动切换作业方式的可编程电子负载，对IV特性曲线上恒流段和恒压段别离选用电子负载的恒压和恒流操控办法，全面地丈量IV特性曲线上256个作业点。光伏组件输出能量，经过散热片耗散。对IV特性曲线的快速扫描减少了野外环境下辐照度骤变对其输出特性的影响。当丈量光伏组件电气特性及环境参数后，将数据发送至上位机并存储。为防止上位机关机或网络通讯毛病，还需将数据暂时存储于渠道内，以保证数据的安全性和完整性。
2.2 光伏组件野外功能测验渠道设计计划
针对上述光伏组件野外测验要求，树立了如图1所示的框图。运用DSP作为主操控器，经过DAC模块操控电子负载等效阻值，使得光伏组件作业于相应作业点，再由DSP自带的12位A/D转换器对负载电压和电流采样。选用了较高线性度的Pt100铂热电阻作为温度传感器，丈量光伏组件背板温度，一起运用硅电池片辐照度传感器，与被测组件共面装置，丈量光伏组件吸收的辐照能量。此外，与上位机之间树立了无线局域网，它由测验渠道的以太网模块，测验渠道路由器，上位机路由器和上位机网络端口组成，使上位机对测验渠道长途监控与接纳数据。野外测验渠道一起还具有了SD卡存储模块，以暂时寄存近几周的丈量数据，完结数据备份。
图1 野外光伏组件测验渠道
3 可编程电子负载硬件规划
现在，商场上常见的光伏组件在规范测验条件(STC)下的输出最大功率约为200~300W，短路电流约8~9A,开路电压约30~40V，因而规划了额定负载300W 的可主动切换作业方式的可编程电子负载，并作为组件测验过程中的负载，将测验过程中组件输出功率以热能的方式持续耗散。可丈量的电流和电压规模别离为0~10A和0~90V，满意现在常见商业组件丈量需求。
3.1 恒流作业方式操控电路
典型的MOSFET有3个作业区，即截止区、线性区和饱满区。当MOSFET作业于线性区时，经过操控其栅源极之间电压VGS可完结对其流过电流Id的操控，终究操控其等效阻抗，从而对电源的输出功能测验。其子操控电路如图2所示，选用低温漂采样电阻收集电流信号，再将该电流信号差分扩大接入运放U1A 反向输入端，U1A将电流信号和同向输入端的操控信号作比较运算，操控MOSFET栅极电压，完结对MOSFET等效阻抗的操控。
图2 MOSFET子操控电路
因为单个MOSFET可耗散的功率有限，因而选用了8路MOSFET并联的结构，对光伏组件的输出电流分流，并将8个MOSFET均匀固定在散热片上，防止单个MOSFET因功率过大而焚毁。对各个MOSFET别离选用上述的子操控电路，使得各MOSFET 作业情况大致相同，减小不同MOSFET作业温度差。最终将8路差分扩大的电流信号经过加法电路叠加成总电流信号，选用外围反应电路使总电流信号与DAC模块给定的操控信号比较，一起将输出信号接入各MOSFET操控电路中，构成外围反应操控。如图3 所示。
图3 恒流作业方式外围反应操控电路 3.2 恒压作业方式及方式切换
关于恒压作业方式电路，其操控原理与恒流作业方式相同。将负载电压差分处理后，与DAC模块的操控信号做比较运算，运放输出端接入各个MOSFET的操控电路，使其等效阻抗受控于DAC给定的电压信号。
所提出的可主动切换作业方式的可编程电子负载，在扫描光伏组件的IV特性曲线时，需对光伏组件输出的恒流段和恒压段别离选用恒压和恒流作业方式扫描曲线。因而选用了模仿电子开关对上述操控信号进行切换。该模仿电子开关直接由主操控器DSP操控，完结丈量过程中作业方式主动切换。
4 测验流程拟定
如前文所述，单次丈量光伏组件IV特性曲线，需一起丈量其作业条件下的太阳辐照度，组件温度及环境温度。参照IEC 60904-1中相关内容，拟定了光伏组件野外测验流程，过程如下：
1)同步丈量环境中太阳辐照度，组件温度及环境气温，并记载数据;
2)丈量光伏组件开路电压VOC及短路电流ISC,核算近似最大功率点处电压Vapp =0.8VOC,核算恒压方式下丈量点数NCV;
3)核算电压改变步长ΔV =Vapp/NCV,设置可编程电子负载为恒压作业方式，以步长ΔV 顺次丈量IV特性曲线上各点;
4)当NCV个点丈量完结，此韶光伏组件作业电压为Vapp ,丈量相应的作业电流Iapp ,由Iapp 核算恒流方式下丈量点数NCC;
5)核算电流改变步长ΔI=Iapp/NCC,设置可编程电子负载为恒流作业方式，以步长ΔI 从当前作业点持续扫描IV特性曲线，直至剩下点丈量完结;
6)再次同步丈量环境中太阳辐照度、组件温度及环境气温，保证在IV特性曲线丈量期间，辐照度和温度并未产生骤变;
7)依据丈量数据，核算IV特性曲线上最大功率点，填充系数等特征参数，将一切数据打包，存储于SD卡内，本次IV特性曲线扫描完毕。
当1组数据丈量完结，渠道可依据用户设定，操控光伏组件作业于开路、短路或最大功率等情况，直到下1次丈量开端，可检测光伏组件长时刻处于特定情况作业功能。
为防止环境辐照度或温度改变对所测IV特性曲线的影响，使所测曲线愈加润滑，能否快速的扫描IV特性曲线至关重要。在上述丈量流程中，AD转换器对光伏组件IV特性曲线上每个点同步丈量时刻约80μs，丈量一组IV特性曲线数据需用时约22ms,一般来说，该丈量时刻内简直不会呈现环境辐照度或温度骤变的情况。
在所测数据存入SD卡之后，DSP一起将丈量数据封装为UDP包，经过以太网模块，经由测验渠道路由器，发送至上位机，上位机在接纳到每个UDP包后，都给予接纳应对。依据VB.NET编程技术，规划了上位机监控程序，它与DSP通讯，并将数据存储于SQLServer数据库内，便于用户对组件野外长时刻作业功能剖析和评价。
5 测验结果与剖析
为验证光伏组件野外测验渠道功能，运用4块亿晶公司出产的EG50W 组件，组成2×2阵列，替代现在商场上常见的200W 组件。于2013年3月19日进行了试验，气候为阴天，太阳辐照度在200W/m2 邻近动摇，组件温度约19℃，野外测验渠道每隔5s对光伏组件进行1次IV特性曲线扫描。为便于和传统IV 曲线扫描办法对照，顺次操控本野外测验渠道的可编程电子负载作业于传统的恒流方式、恒压方式和本文提出的可主动切换作业方式
