一種提高太陽(yáng)電池輻照傳感器測(cè)試精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高太陽(yáng)電池輻照傳感器測(cè)試精度的方法，屬于光伏系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏系統(tǒng)的發(fā)展，光伏效率的評(píng)估顯得尤為重要。光伏系統(tǒng)效率一般指實(shí)際 發(fā)電輸出與到達(dá)光伏方陣表面輻照總量的比值，輻照的準(zhǔn)確、快速測(cè)量對(duì)光伏系統(tǒng)效率評(píng) 估至關(guān)重要。而光伏系統(tǒng)的評(píng)估主要靠太陽(yáng)輻射傳感器實(shí)現(xiàn)，一種是由組合熱電堆電路組 成，能較準(zhǔn)確反應(yīng)輻射強(qiáng)度，但不能體現(xiàn)輻射光譜差異對(duì)光伏發(fā)電到來(lái)的影響。另一種則采 用太陽(yáng)電池作為太陽(yáng)總輻射傳感器，與光伏發(fā)電的太陽(yáng)電池光譜響應(yīng)基本一致，消除了輻 射光譜差異對(duì)光伏發(fā)電的影響。
[0003] 制作太陽(yáng)電池作為總輻射傳感器的基本原理是：太陽(yáng)電池將輻照強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為短 路電流值，再通過(guò)串聯(lián)高精度電阻作為負(fù)載將其轉(zhuǎn)換為電壓值，最后將電阻與單片機(jī)相連， 單片機(jī)采集負(fù)載兩端的電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算（如圖1所示），最終將輻照值在液晶顯示屏上 (LCD)顯示出來(lái)。與測(cè)量過(guò)程相關(guān)的參數(shù)分別為：負(fù)載兩端的電壓值U(單位：V)，流過(guò)負(fù)載 的電路值I(單位:A)，電阻值R(單位：Ω)，輻照強(qiáng)度Η(單位:W/m2)。
[0004] 在太陽(yáng)輻照傳感器電路中，AD轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)采集太陽(yáng)電池負(fù)載兩端電壓，并將該 模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。與傳感器相關(guān)的幾個(gè)概念有：
[0005] 1、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的位數(shù)
[0006] -個(gè)η位的ADC表示這個(gè)ADC共有2的η次方個(gè)刻度。8位的ADC，輸出的是從 0~255 -共256個(gè)數(shù)字量，也就是2的8次方個(gè)數(shù)據(jù)刻度。
[0007] 2、基準(zhǔn)源
[0008] 基準(zhǔn)源，也叫基準(zhǔn)電壓，是ADC的一個(gè)重要指標(biāo)，要想把輸入ADC的信號(hào)測(cè)量準(zhǔn)確， 那么基準(zhǔn)源首先要準(zhǔn)，基準(zhǔn)源的偏差會(huì)直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果的偏差。
[0009] 3、分辨率
[0010] 分辨率是數(shù)字量變化一個(gè)最小刻度時(shí)，模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度量程與 2η-1的比值。假定5. 10V的電壓系統(tǒng)，使用8位的ADC進(jìn)行測(cè)量，那么相當(dāng)于0~255 -共 256個(gè)刻度把5. 10V平均分成了 255份，那么分辨率就是5. 10/255 = 0. 02V。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在制作以太陽(yáng)電池作為總輻射傳感器的過(guò)程中，輻照精度的保障尤為重要。本發(fā) 明將從輻照計(jì)的采樣電路設(shè)計(jì)以及太陽(yáng)電池尺寸選擇的合理性兩方面展開分析，提供一種 提高太陽(yáng)電池輻照傳感器測(cè)試精度的方法，從而保障輻照計(jì)的精度。
[0012] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0013] -種提高太陽(yáng)電池輻照傳感器測(cè)試精度的方法，包括以下步驟：
[0014] 1)假設(shè)太陽(yáng)電池輻照傳感器中數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)為η位，基準(zhǔn)電壓為X，則采樣電路 的分辨率X為：
[0015]
C1)
[0016] 2)設(shè)某時(shí)刻輻照變化ΔH'，電壓變化為ΔU，則，輻照傳感器最小分辨率ΔΗ由以 下關(guān)系計(jì)算：
[0017]
C2)
[0018] 3)根據(jù)式（2)，在采樣電路確定的情況下，增大電壓變化AU，即可減小輻照傳感 器最小分辨率ΑΗ的值，也就是提高輻照傳感器測(cè)試精度。
[0019] 前述的步驟3)中，在太陽(yáng)電池輻照傳感器中，電壓變化AU即為太陽(yáng)電池兩端所 串聯(lián)的負(fù)載兩端的電壓U，增大電壓變化AU即提高負(fù)載兩端的電壓U的具體方法，包括以 下步驟：
[0020] 3-1)對(duì)于某型號(hào)太陽(yáng)電池，若輻照強(qiáng)度H、太陽(yáng)電池組件效率II、太陽(yáng)電池面積A 已知，則該太陽(yáng)電池的輸出功率P為：
[0021] P=Η·A·η (3)
[0022] 3-2)結(jié)合公式Ρ=UI=U2/R，可得：
[0023] (:5)
[0024] 共T，i衣不旭軟《tf」電狐，R表示負(fù)載電阻；
[0025] 3-3)如果輻照強(qiáng)度H、太陽(yáng)電池組件效率τι、負(fù)載電阻阻值R確定，則根據(jù)式（5)， 太陽(yáng)電池的面積A越大，負(fù)載兩端的電壓U越大，輻照傳感器精度越高；
[0026] 如果輻照強(qiáng)度H、太陽(yáng)電池組件效率τι、太陽(yáng)電池的面積A確定，則根據(jù)式（5)，負(fù) 載電阻阻值R越大，負(fù)載兩端的電壓U越大，輻照傳感器精度越高。
[0027] 前述的步驟3-3)中，所述負(fù)載電阻阻值R必須滿足
[0028] 其中，U。。表示太陽(yáng)電池的開路電壓，Is。表示太陽(yáng)電池的短路電流。
[0029] 前述的步驟3-3)中，由于輻照傳感器所用太陽(yáng)電池的尺寸限制，太陽(yáng)電池本身開 路電壓值在10V以內(nèi)，則太陽(yáng)電池所接負(fù)載兩端的電壓U必須滿足：U< 10V。
[0030] 前述的根據(jù)式（1)和式（2)，得到：
[0031]
[0032] 根據(jù)上式，在電壓變化△U不能增大的情況下，提高輻照傳感器數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù) n，可減小輻照傳感器最小分辨率AΗ的值，即提高輻照傳感器測(cè)試精度。
[0033] 本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單的太陽(yáng)輻照傳感器的電路設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)分析太陽(yáng)電池 面積、采用電路等與測(cè)試精度的關(guān)系，為高性價(jià)比太陽(yáng)輻照傳感器的精確設(shè)計(jì)提供了方向。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為太陽(yáng)電池輻照傳感器工作原理圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明的太陽(yáng)電池輻照傳感器內(nèi)部電路圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中太陽(yáng)電池面積與輻照精度關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】詳細(xì)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0038] 如圖2所示，本發(fā)明的太陽(yáng)電池輻照傳感器電路包括單片機(jī)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，GPS模 塊和IXD1602屏幕顯示。其中，
[0039] 單片機(jī)即圖2中的U1，與IXD1602屏幕顯示、數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2、GPS模塊相連接。單 片機(jī)U1內(nèi)有燒寫好的輻照儀工作程序，單片機(jī)U1接收數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng) 過(guò)輻照儀工作程序處理計(jì)算后，再發(fā)送給IXD1602屏幕顯示輻照。
[0040] 數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用PCF8951，即圖2中的U2,連接太陽(yáng)電池的負(fù)載電阻，圖2右側(cè)為 模擬信號(hào)輸入端。數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2將輸入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)輸入單片機(jī) U1進(jìn)行計(jì)算。
[0041] GPS模塊（圖2中省略）可自動(dòng)接收定位信息，將定位信息通過(guò)單片機(jī)U1串口發(fā) 送至其中，單片機(jī)內(nèi)置程序可解析定位信息中的煒度，時(shí)間信息，煒度與時(shí)間作為輻照值計(jì) 算的必要常量參與運(yùn)算。
[0042]IXD1602屏幕顯示包括RP1和RV1，接收單片機(jī)U1發(fā)送的要顯示的輻照數(shù)據(jù)，并在 屏幕上顯示出來(lái)，支持屏幕工作的程序包含于單片機(jī)中，與其他程序組構(gòu)成輻照儀工作總 程序。
[0043] 太陽(yáng)電池輻照傳感器測(cè)試精度受以下因素的影響。
[0044] -、采樣電路精度的影響
[0045] 假設(shè)根據(jù)所選電路要求，所用單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓為X，ADC位數(shù)為n，則其 分辨率（數(shù)字量變化一個(gè)最小刻度時(shí)，模擬信號(hào)的變化量）x為：
[0046]
(1)
[0047]設(shè)某時(shí)刻輻照變化ΔH'，電壓變化為ΔU，則，輻照最小分辨率即輻照精度ΔΗ由 以下關(guān)系計(jì)算：
[0048]
12：)
[0049] 假設(shè)根據(jù)所選電路要求，所用單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換模炔基準(zhǔn)電壓為5.IV，ADC位數(shù)為8， 則其分辨率為：X= 5+ (2S-1) = 0. 02V，則，輻照變化精度ΔΗ由以下關(guān)系計(jì)算：
[0050]
[0051]