CN108562795A - 一种太阳电池阻抗测量*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳电池阻抗测量***，包括：控制模块、阻抗测量模块、量程切换模块，其中，控制模块用于协调各个模块之间稳定工作，控制各个模块完成各自对应的功能，实现***控制与数据传输；阻抗测量模块用于对太阳电池进行阻抗测量，并将测量数据传输至控制模块，由控制模块将测量数据上传至上位机；量程切换模块包括一数字电位器，根据阻抗测量模块的测量结果改变数字电位器的反馈电阻值，实时调整阻抗测量范围，使测量结果始终保持在量程以内或接近满量程，以提高测量精度。本发明补了太阳电池阻抗测量技术的空白，该测量***操作简单、结构简洁、成本低、体积小、功耗低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池测量技术领域，特别涉及一种太阳电池阻抗测量***。
背景技术
太阳能光伏发电产业是全球发展最快的新兴产业之一，太阳电池检测方法和设备也在不断发展和更新。随着太阳电池效率的显著提高以及染料敏化、钙钛矿等新型薄膜太阳电池的快速发展，表征太阳电池的电容特性和阻抗特性显得尤为重要。最新研究发现，通过测量分析太阳电池阻抗可以得到其串联电阻、并联电阻、电池电容以及少子寿命、杂质浓度等参数，更全面的表现太阳电池的特性，同时还能够应用于薄膜太阳电池新材料的筛选、制备工艺选择和工艺条件优化的研究，而传统太阳电池I-V测量技术并不能满足这一需求。目前，市面上有许多国内外公司研制的阻抗测量仪器，如日本Hioki IM7587阻抗分析仪、美国Agilent E4990系列阻抗分析仪和国内自主生产的深圳稳科6500B阻抗分析仪等。但并没有一款专门针对太阳电池设计的阻抗测量仪。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种太阳电池阻抗测量***。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种太阳电池阻抗测量***，包括：控制模块、阻抗测量模块、量程切换模块，其中，
控制模块用于协调各个模块之间稳定工作，控制各个模块完成各自对应的功能，实现***控制与数据传输；
阻抗测量模块用于对太阳电池进行阻抗测量，并将测量数据传输至控制模块，由控制模块将测量数据上传至上位机；
量程切换模块包括一数字电位器，根据阻抗测量模块的测量结果改变数字电位器的反馈电阻值，实时调整阻抗测量范围，使测量结果始终保持在量程以内或接近满量程，以提高测量精度。
优选地，所述控制模块采用STM32芯片。
优选地，所述阻抗测量模块包括阻抗测量芯片、运算放大器、分压电阻，其中，
控制模块向阻抗测量芯片传输指令，激励信号由阻抗测量芯片输出，该激励信号经过分压电阻与运算放大器后，激励待测太阳电池，激励信号经过太阳电池后变为响应信号，该响应信号经过量程切换模块的数字电位器后，被阻抗测量芯片采样，经过信号处理得到太阳电池的阻抗测量结果。
优选地，所述信号处理包括低通滤波、程控增益放大和离散傅里叶变换。
优选地，阻抗测量芯片采用AD5933芯片。
优选地，所述数字电位器的型号为AD5111，其具有一游标W端，每次测量结束后检测其测量结果是否在量程范围内或接近满量程，根据检测结果调整游标W端的位置，从而改变反馈电阻值，以实时调整阻抗测量范围。
优选地，所述量程切换模块还包括两个并联的电容，并与数字电位器并联。
优选地，所述太阳电池阻抗测量***还包括通讯模块，与控制模块连接，用于将测量数据由控制模块传输至上位机。
优选地，所述太阳电池阻抗测量***还包括供电模块，其包括两个独立的开关电源，分别为太阳电池阻抗测量***的数字部分和模拟部分供电，以减少数字部分与模拟部分相互干扰。
优选地，所述太阳电池阻抗测量***还包括一液晶显示器，显示测量结果。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明太阳电池阻抗测量***至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本发明提供的测量***是专门针对太阳电池设计的，弥补了太阳电池阻抗测量技术的空白，该测量***操作简单、结构简洁、成本低、体积小、功耗低；
(2)本发明采用高精度阻抗测量芯片AD5933与STM32F103，因此只需要选择合适的反馈电阻与增益因子便能够实现高精度测量结果；
(3)本发明采用数字电位器代替反馈电阻，保证±8％的低电阻容差误差和4MHz高带宽，实现了量程自动切换功能，使每次测量结果都在量程以内或接近满量程。
附图说明
图1为本发明实施例太阳电池阻抗测量***结构框图。
图2为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中控制模块局部细节电路图。
图3为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中阻抗测量模块局部细节电路图。
图4为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中量程切换模块局部细节电路图。
图5为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中通讯模块局部细节电路图。
图6为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中供电模块局部细节电路图。
【主要元件】
1、控制模块
2、阻抗测量模块
3、量程切换模块
4、通讯模块
5、供电模块
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明的示例性实施例中，提供了一种太阳电池阻抗测量***，该太阳电池阻抗测量***是专门针对太阳电池设计的，弥补了太阳电池阻抗测量技术的空白。图1为本发明实施例太阳电池阻抗测量***结构框图。如图1所示，本发明太阳电池阻抗测量***包括：控制模块1、阻抗测量模块2、量程切换模块3，其中，控制模块1用于协调各个模块之间稳定工作，控制各个模块完成各自对应的功能，实现***控制与数据传输；阻抗测量模块2用于对太阳电池进行阻抗测量，并将测量数据传输至控制模块，由控制模块将测量数据上传至上位机；量程切换模块3包括一数字电位器，根据阻抗测量模块的测量结果改变数字电位器的反馈电阻值，实时调整阻抗测量范围，使测量结果始终保持在量程以内或接近满量程，以提高测量精度。
图2为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中控制模块局部细节电路图。如图2所示，在一实施例中，控制模块1作为***核心采用STM32芯片系列的STM32F103型号，与各个模块相连接，协调各模块之间稳定工作，通过控制I2C总线和GPIO口向各外设发送指令、通过USB接口与上位机连接，实现***控制与数据传输等功能。另外，控制模块1还可以连接一液晶显示器，显示测量结果。
图3为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中阻抗测量模块局部细节电路图。如图3所示，阻抗测量模块2包括阻抗测量芯片、外部晶振一、运算放大器、分压电阻，通过STM32F103的I2C总线向阻抗测量芯片传输指令和配置相关寄存器以开始太阳电池阻抗测量。作为一种具体的实施方式，阻抗测量芯片选择采用AD5933芯片，本领域的技术人员应当明白，阻抗测量芯片并不局限于此，只要能够实现阻抗测量即可。本发明实施例采用高精度阻抗测量芯片AD5933与STM32F103，因此只需要选择合适的反馈电阻与增益因子便能够实现高精度测量结果。
如图3所示，幅值和频率可调的正弦激励信号由AD5933的VOUT端输出，该信号经过分压电阻与运算放大器后，激励待测太阳电池，信号经过太阳电池后变为响应信号，该响应信号经过量程切换模块3的数字电位器后，在VIN端和RFB端被AD5933内部ADC采样，并经过低通滤波、程控增益放大后进行离散傅里叶变换，最终计算结果即为太阳电池的阻抗实部与虚部，测量数据经过I2C传输至STM32F103，最终上传至上位机。
图4为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中量程切换模块局部细节电路图。如图4所示，量程切换模块3的数字电位器优选采用AD5111，将AD5111的A端与W端分别接在AD5933的RFB与VIN端，以代替反馈电阻的功能，***开始测量时，STM32F103通过GPIO口复用功能控制CS、CLK和U/D引脚，移动游标W端使数字电位器的阻值为最小值，每次AD5933测量结束后检测其测量结果是否在量程范围内或接近满量程，根据检测结果调整游标W端的位置，从而改变反馈电阻值，以实时调整阻抗测量范围。本发明实施例采用数字电位器代替反馈电阻，保证±8％的低电阻容差误差和4MHz高带宽，实现了量程自动切换功能，使每次测量结果都在量程以内或接近满量程。
如图4所示，量程切换模块3还包括两个并联的电容，并与数字电位器并联。
图5为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中通讯模块局部细节电路图。如图5所示，太阳电池阻抗测量***还包括通讯模块4，与控制模块1连接，通讯模块4包括转接芯片、外部晶振二、USB座，转接芯片可以采用CH340G，实现USB转串口的功能，与此同时，通过CH340G实现STM32F103的一键下载程序的功能，以及实现STM32F103与上位机之间的数据传输。
图6为本发明实施例太阳电池阻抗测量***中供电模块局部细节电路图。如图6所示，太阳电池阻抗测量***还包括供电模块5，向太阳电池阻抗测量***供电。供电模块5包括两个独立的开关电源，其规格分别为3.3V 1A和5.0V 1A，在工作情况下，3.3V 1A的开关电源为STM32F103、AD5933和AD5111等数字部分供电，而5V 1A的开关电源则为其他模拟部分供电，以减少数字部分与模拟部分相互干扰，两个电源通过0欧姆电阻连接地。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明太阳电池阻抗测量***有了清楚的认识。通过本发明测量得到的阻抗数据可以绘制奈奎斯特图和波特图，以作进一步的分析。本发明是专门针对太阳电池设计的，测量精度高，操作简单，成本低，体积小，功耗低。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳电池阻抗测量***，其特征在于，包括：控制模块(1)、阻抗测量模块(2)和量程切换模块(3)，其中，
控制模块(1)，用于协调各个模块之间稳定工作，控制各个模块完成各自对应的功能，实现***控制与数据传输；
阻抗测量模块(2)，用于对太阳电池进行阻抗测量，并将测量数据传输至控制模块(1)，由控制模块(1)将测量数据上传至上位机；
量程切换模块(3)，包括一数字电位器，根据阻抗测量模块(2)的测量结果改变数字电位器的反馈电阻值，实时调整阻抗测量范围，使测量结果始终保持在量程以内或接近满量程，提高测量精度。
2.根据权利要求1所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述控制模块(1)采用STM32芯片。
3.根据权利要求1所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述阻抗测量模块(2)包括阻抗测量芯片、运算放大器和分压电阻，其中，
控制模块(1)向阻抗测量芯片传输指令，激励信号由阻抗测量芯片输出，该激励信号经过分压电阻与运算放大器后，激励待测太阳电池，激励信号经过太阳电池后变为响应信号，该响应信号经过量程切换模块(3)的数字电位器后，被阻抗测量芯片采样，经过信号处理得到太阳电池的阻抗测量结果。
4.根据权利要求3所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述信号处理包括低通滤波、程控增益放大和离散傅里叶变换。
5.根据权利要求3所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，阻抗测量芯片采用AD5933芯片。
6.根据权利要求5所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述数字电位器的型号为AD5111，其具有一游标W端，每次测量结束后检测其测量结果是否在量程范围内或接近满量程，根据检测结果调整游标W端的位置，从而改变反馈电阻值，以实时调整阻抗测量范围。
7.根据权利要求6所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述量程切换模块(3)还包括两个并联的电容，这两个并联的电容与数字电位器并联。
8.根据权利要求1所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述太阳电池阻抗测量***还包括通讯模块(4)，与控制模块(1)连接，用于将测量数据由控制模块(1)传输至上位机。
9.根据权利要求8所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述太阳电池阻抗测量***还包括供电模块(5)，其包括两个独立的开关电源，分别为太阳电池阻抗测量***的数字部分和模拟部分供电，以减少数字部分与模拟部分相互干扰。
10.根据权利要求1所述的太阳电池阻抗测量***，其特征在于，所述太阳电池阻抗测量***还包括一液晶显示器，用于显示测量结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180921 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |