用于光伏电池板模块的I-V扫描测试电路
mouser 2021-09-23

光伏(PV)模块是普及和经济适用的可再生能源。大多数光伏模块的寿命约为20年,但是,热应力和湿度侵入等其他原因会导致光伏模块的输出功率随着时间的推移而下降。为了进行调试,可通过PV模块的电压-电流特性曲线的变化来测量其性能下降情况。

由于PV模块的功率输出会随着温度发生很大的变化,因此需在其典型工作环境中测量其性能,这一点很重要。此类工作环境通常是阳光充足的户外区域,比如屋顶或未开发的空地,在这些地方很难为测量设备提供电力或控制温度。

因此,有一点很重要,即:用于对模块性能进行特性分析的测量设备不会随温度变化出现指标漂移。另外,理想的I-V测量解决方案还将是便携式的,并且功率极小。

36V、 低噪声零漂移运算放大器 LTC2058 的单电源轨操作和关断模式可实现电池供电型操作,并最大限度延长电池寿命。其双路放大器实现了两个通道(例如,电流和电压)的同时测量。对于PV模块测量等需要经受宽温度变化范围的应用,尽管工作温度的波动幅度很大,LTC2058极低的最大输入失调电压温度漂移 (0.025 µV/°C) 可保持其精准度。例如,在日光照射非常充足的地区,环境温度可达 45°C(113°F),这相当于在正常的室温操作条件下额外增加了20°C。LTC2058 在极端条件下产生的最大附加输入失调漂移仅为0.5 µV。

测量 PV 模块 I-V 特性

PV模块的I-V特性曲线是通过给PV模块施加从短路到开路的一系列阻抗、并测量在每个负载上产生的电流和电压后生成的。一种方法是通过高额定功率电位计或负载箱的多种设置进行迭代,并在每个点上实施测量。这种方法有一个缺陷:短暂的遮蔽或照明,比如飞鸟、云彩、或明亮反射体越过头顶,会引起输出功率的瞬间下降或骤增,从而在I-V曲线中引入误差。一种较快的方法是打开一个并联开关至一个大电容器,因为电容器在其几百ms的充电时间里将高效地对其阻抗进行从短路至开路的扫描,可最大限度减少瞬态效应影响 I-V 曲线的机率。

除了这种方法所具备的明显优势(即速度、简单性和测量的简易性)之外,采用瞬态电容性扫描所需的高额定功率组件极 少。组件承受高功率的持续时间不超过几百毫秒。因此,通过正确地选择负载电容器和检测电阻器,可以将该精确的测量电路用于众多模块开路电压和短路电流的测量,例如,用于大面积PV模块测试器中。

用于PV电池板模块的I-V扫描测试电路

图1示出了一款用于对PV模块进行特性分析的I-V扫描方法实施方案。C2是主容性负载,其大小的选择需在测量速度和准确度之间进行权衡:当选择较小的电容器C2时,扫描速度较快,可降低出错的风险;选择较大的电容器C2时,则扫描速度较慢,同时可完成更精确的测量采样。

“图图 1. 采用LTC2058进行PV扫描测量。

在初始状态中,SW1和SW2均短路,因此C2的两端上没有电压。这两个开关都必须打开(先打开SW2,然后打开SW1),以启动一次持续时间为150ms的测量扫描,并以C2两端达到模块的满电压为结束。在测量之后对C2进行放电以为下一个周期做准备,所需的操作包括:首先将SW2闭合,此时额定功率为2W的串联电阻R3降低了产生电火花的风险,然后将SW1闭合,以在C2两端提供真正的短路(RON=0.3Ω)并将C2两端的电压拉至0。就全系统实施方案而言,这些开关可以是功率MOSFET,由负责控制定时和开关切换顺序的数字信号驱动。

LTC2058稳健的2.5MHz增益带宽乘积对于精确跟踪流过RSENSE的 PV电流的扫描速率至关重要。最大的电流检测测量误差出现在扫描周期里瞬变最急剧的过程中。尽管RSENSE两端的输入电压具有3.6 V/s的较低下降压摆率(见图 2),但是运放的群延迟将转化为电流检测输出中的实时误差。而且,由于RSENSE相当大,因此电流检测电路的闭环增益可小到4V/V,以在0.5A最大短路电流(ISC)条件下产生一个2V全标度输出。这个低增益并不是问题,因为LTC2058具有稳定的单位增益。于是,LTC2058的高增益带宽和低闭环增益要求可实现快速闭环响应,从而最大限度减少由群延迟引起的误差。

“图图 2. 在压摆率约为3.6V/s情况下检测电阻器两端的电压。

大的电容器C2与大的RSENSE共同决定了瞬变的压摆率,因而确定了由固定延迟引起的误差。采用较大C2所付出的代价是I-V测量所需的时间有所延长。

二极管D1允许电流检测通道的输出一直摆动至0V,以测量扫描周期结束时开路情况下的精确电流。二极管D2和200Ω电 阻器R8有助于保护电流检测放大器的IN 免遭电气应力过载的损坏。

对于电压检测通道,R1和R2对模块的全电压进行分压,以使VPV上的输出在经过了5V/V的闭环增益级之后位于5V电源轨之内。R1和 R2是可调整的,以对任何模块开路电压(VOC)进行分压,只要它们的电流消耗量不太大(相对于模块ISC)即可。在该设计中,流过R1和 R2的电流产生19µA的误差,即ISC的0.0038%。

“图图 3. 利用电容性扫描和LTC2058电路获得的I-V和功率-V关系曲线。
“图图 4. PV 电容性扫描电路;模块连接位于左侧,C2 位于右侧。

结论

如果测量设备的安放位置靠近 PV 模块,那么它也将暴露在寒冷、明亮的阳光或炎热的沙漠气候等环境中的极端温度之下。然而,它必须保持其精准度,以捕获PV模块的性能随温度起伏发生的变化。LTC2058的最大平均输入失调温度漂移仅为0.025µV/°C,因而可在宽广的温度范围内实现太阳能电池板性能的精准测量。 

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
热门推荐
  • 相关技术文库
  • LED
  • 光伏
  • 太阳能
  • 新能源
  • 高低压一般为什么不能共地

    很多人都知道,当有高低电压的时候,一般是不允许共地的,而是需要隔离开,比如我们常用的开关电源,它的输入是220VAC,输出5VDC,其中的变压器既是降压,也起隔离作用。 一般的讲,电压越高,隔离的距离越远,有些因为体积版面考虑,不能做远的,采用割空PCB

    05-20
  • 1000W的LED 灯泡有多亮?

    1000W的灯泡有多亮? 20000W的灯泡呢? 1000W灯泡 一位手工帝名叫rctestflight,他认为普通白炽灯泡的能耗是LED灯8倍,他自己要做一盏最亮最亮的灯,就选择了LED灯泡,下面看看他是怎样试验的: 他将10个100W的LED灯泡联排固定到一起,每一只LED大灯泡都是单

    06-09
  • 光伏电站工作原理及监控系统的整体设计

    光伏发电是近年来发展迅速的新能源,随着规模壮大,以往人工统计收益、巡检监控电站的方式无法满足运营需求,为此,致远电子提供了光伏电站监控方案,实现电站的远程监测。 ZWS云平台,全称为:ZLG Web Service云计算服务平台,是一个标准通用的物联网云端平

    01-27
  • 光学知识学习指南:期刊整理

    AIRX三次方致力于产出优质新技术教育内容,打造开发者学习服务闭环,专注ARVR、Unity、Unreal、CV和AI新技术职业教育,生产优质的课程内容,打造开发者学习与服务闭环模式,从学习到 offer到进阶学习一站式服务。本部分为大家分享的是XR眼镜研发所必备的光学

    06-29
  • 一个大功率的全彩LED驱动器设计

    随着生活水平的提高,人们对住宅室内灯光装修提出了更高的要求。大厅的全彩LED灯带大量进入了普通百姓家庭,可以营造各种浪漫的色彩。为此我们设计了一个大功率的全彩L

    08-05
  • LED正向电压计算和电压范围

    LED发光二极管正向电压如何计算

    前天
  • 发光二极管的正负极如何判断?

    发光二极管的正负极如何判断?

    前天
  • LED电压工作范围及其原理

    常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。限流电阻R可用下式

    前天
  • 如何设计一个高效前端挖掘太阳能的最大潜能?

    作者ByBillSchweber,MouserElectronics为了最大程度挖掘太阳能的潜力,前端接口(位于电池和能源开采电路间)必须考虑到这些电池的特性;

    2020-06-15
  • 家庭自动化系统之照明和电器控制

    作者:贸泽电子JoshIsraelsohn商业家庭自动化设备的使用至少可以追溯到1975年,那一年在苏格兰,PicoElectronics推出了X10系列产品。

    2020-09-17
  • 太阳能逆变器的重要子系统

    据一家研究公司[1]预测:2015年太阳能装机容量可能创纪录地增长25%,而全球太阳能发电量也将从2014年的40GW猛增至50GW。在每一台太阳能采集器中,其

    2020-09-17
  • 磁悬浮LED灯设计结构及工作原理

    作者:windworld-1898442磁悬浮LED灯设计结构是采用下推式结构,主要器件包括:线圈板、信号放大及驱动板、MicroPython、无线充电模块、浮

    2020-09-18
下载排行榜
更多
EE直播间
更多
广告
X
广告