一种基于硅太阳电池的辐照测试电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硅太阳电池的辐照测量电路，包括硅太阳电池传感器，经过太阳光照射后产生电流信号，电流信号经过电流‑电压转换电路转化为对应的电压模拟量，电压模拟量经过电压放大电路产生放大的电压信号，放大的电压信号经过电压滤波电路消除同时被放大的噪声信号，经过滤波后的电压放大信号送入AD转换器产生对应的数字量，数字量送入到单片机实现对辐照的精确测算并输出。本发明专利技术将弱电信号放大，充分利用AD转换器的输入量程，并且通过滤波将噪声消除，提高辐照测算精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于硅太阳电池的辐照测试电路，属于光伏系统

技术介绍
在太阳能行业内，随着光伏系统安装容量的快速增长，光伏系统的运行评估体系逐渐建立起来，其中最重要的一点是光伏系统效率评估。光伏系统效率一般指实际发电输出与到达光伏方阵表面辐照总量的比值，辐照的准确、快速测量对光伏系统效率评估至关重要。而光伏效率评估的辐照强度的计算主要靠太阳辐射传感器实现，一种是由组合热电堆电路组成，能较准确反应辐射强度，但不能体现辐射光谱差异对光伏发电到来的影响。另一种则采用硅太阳电池作为太阳总辐射传感器，与光伏发电的太阳电池光谱响应基本一致，消除了辐射光谱差异对光伏发电的影响。晶体硅太阳电池响应波段基本上在300nm到1200nm之间，对于小于300nm以及大于1200nm的波段基本无响应，与实际辐照度相比存在不可忽略的影响。单片单晶体硅太阳电池产生的开路电压一般在450到600mv之间，最高可达700mv，基本上认为普通晶体硅太阳电池开路电压在0.5v左右，单片普通硅太阳电池作为传感器是一个较弱的信号。以太阳电池作为总辐射传感器的基本原理：太阳电池作为传感器，经过日照后产生一定大小的电流，电流流经电阻产生相应大小的电压，最后电阻和AD转换相连，单片机采集负载两端的电压信号进行运算。一般情况下而言，AD转换电压的电压范围为0到5v或者0到3v，如果直接将电阻产生的电压值直接传给AD转换器就没用充分使用到AD转换器的量程会产生较大误差，并且无法消除电路噪声的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于硅太阳电池的辐照测试电路，采用硅太阳电池传感器将太阳辐照转化为电流信号，经过电压转换，放大电路，滤波电路，AD转换最后送入单片机进行计算。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于硅太阳电池的辐照测试电路，包括单片硅太阳电池传感器，电流-电压转换电路，电压放大电路，滤波电路，AD转换器和单片机；所述单片硅太阳电池传感器经过太阳光照射后产生电流信号，电流信号经过电流-电压转换电路转化为电压模拟量，电压模拟量经过电压放大电路后产生放大的电压信号，放大的电压信号经过电压滤波电路消除经电压放大电路被放大的噪声信号，经过滤波后的放大的电压信号送入AD转换器，产生对应的数字量，数字量被送入到单片机实现对辐照的测算并输出。前述的电流-电压转化电路的结构为，在运算放大器反相端和输出端跨接一个电阻，同时并接电容，硅太阳电池的电流流过电阻，输出电压。前述的电压放大电路采用上下对称结构，通过相同的运算放大器A1和A2缓冲输入电压，通过运算放大器A3构成差分放大电路，通过调节电阻改变电压放大电路的闭环增益。前述的滤波电路采用二阶低通滤波电路。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术将弱电信号放大，充分利用AD转换器的输入量程，并且通过滤波将噪声消除，提高辐照测算精确度。附图说明图1为本专利技术的电信号传输流程图；图2为电流-电压转化电路图；图3为电压放大电路图；图4为二阶低通滤波电路图；图5为AD转换器接法示意图；图6为8051单片机示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术基本原理为：将太阳光物理信号转化为电信号，随后经过一系列电路处理，传输到AD转换器进行模数转换，最终数字信号单片机内完成数据量计算和输出。如图1所示，本专利技术的基于硅太阳电池的辐照测试电路，包括单片硅太阳电池传感器，单片硅太阳电池传感器经过太阳光照射后产生电流信号，电流信号经过电流-电压转换电路转化为电压模拟量，电压模拟量经过电压放大电路后产生放大的电压信号，放大的电压信号经过滤波电路消除经电压放大电路被放大的噪声信号，经过滤波后的电压放大信号送入AD转换器，产生对应的数字量，数字量被送入到单片机实现对辐照的精确测算并输出。本专利技术通过采用硅太阳电池作为太阳总辐射传感器，与光伏发电的太阳电池光谱响应基本一致，消除了辐射光谱差异对光伏发电的影响。传统的热电堆式辐射传感器对光伏太阳电池的光谱不敏感，例如在大于1100nm的红外光分布比例较大时，目前热电堆型辐射传感器测量出来的高辐射强度不一定对应高的光伏系统发电量。同时，硅太阳电池片成本远远低于热电堆成本，在缩减成本上有很大前景。如图2所示电流-电压转化电路图，在运算放大器反相端和输出端跨接一个电阻，同时并接电容，硅太阳电池的电流流过电阻，输出电压。单片硅太阳电池传感器产生的电流经过电流-电压转换电路后，将电流信号转化为电压信号，与此同时，该电路引入了噪声信号。单片硅太阳电池传感器的电流I流过电阻Rf输出电压V0，电阻的噪声电压密度为：en=4KTBRf]]>其中，K为常数，T为温度，B是噪声带宽。信噪比：SNR=V0/en=I×4KTB]]>随着电阻Rf增大，运放的闭环带宽会下降，在闭环带宽和信噪比SNR之间寻求平衡，加入电容C0，可以限制运放的闭环带宽，降低高频噪声。单片硅太阳电池片的开路电压一般在mV级别，对于mV、μV数量级的电压信号，这些弱信号都不易直接进行观测，也不易被计算机采集和处理，更不能驱动执行机构实现自动控制。因此，必须通过电压放大电路将弱信号进行预处理，使之满足后续电路所要求的电量。如图3所示为弱电压信号放大电路电路图，其基本结构上下对称，即图中R1＝R2，R3＝R4，R5＝R6，通过调节RG可以改变放大器的闭环增益，运算放大器A1和A2使用相同的运算放大器则输出电压和漂移电压相等，经A3差放后，将被相互抵消。该电路可以提供两输入端匹配的高阻抗，使得输入源阻抗对电路的共模抑制影响最小。运算放大器A1和A2用于缓冲输入电压，运算放大器A3构成差分放大电路。同时单片硅将太阳电池传感器的电流I流过电阻Rf输出电压V0传递到ui1、ui2与运算放大器A0的‘+’接线段相连接地，则电压V0经过电压放大电路放大以后变为u0：令R1＝R2，R3＝R4，R5＝R6，则u0为：u0＝(ui2-ui1)(1+2R5/RG)(R3/R1)，整个电路具有很好的共模抑制能力，很小的输入失调电压以及较高的差模电压增益。当弱电压信号经过电压放大电路时，其中的噪声信号也会随之被放大，由此为提高最终数据准确性，需要添加滤波电路。对于传感器信号滤波最常用的是RC有源模拟滤波器，由运放和电阻电容构成，结构简单，成本低。硅太阳电池片输出的为直流电，虽然随着太阳辐照强度的变化其电流电压频率会发生改变，但其频率是较低的，这里选择低通滤波器。如图4所示二阶低通滤波电路图，为了使输出电压在高频段以更快的速度下降,提高低通滤波器
滤除噪声的能力，这里选择了二阶低通滤波器。电容选择同样的电容电阻组合，即R7与R8电阻等，R9与R10电阻相等，C1与C2电容相等，滤波器的截止频率可以通过公式根据信号频率选择合适电阻和电容大小。如图5所示为典型AD转换器接法，根据实际要求，对AD转换器的精度、有效位数、信噪比和转换速度应首先予以考虑。对于太阳辐照测量，因为记录时间短，对AD转换器的要求较高。市场上AD转换器的种类很多，只许根据实际需要选择满足要求的AD转换器即可。图示AD转换器，CS先为低电平，WR随后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅太阳电池的辐照测试电路，其特征在于，包括单片硅太阳电池传感器，电流‑电压转换电路，电压放大电路，滤波电路，AD转换器和单片机；所述单片硅太阳电池传感器经过太阳光照射后产生电流信号，电流信号经过电流‑电压转换电路转化为电压模拟量，电压模拟量经过电压放大电路后产生放大的电压信号，放大的电压信号经过电压滤波电路消除经电压放大电路被放大的噪声信号，经过滤波后的放大的电压信号送入AD转换器，产生对应的数字量，数字量被送入到单片机实现对辐照的测算并输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅太阳电池的辐照测试电路，其特征在于，包括单片硅太阳电池传感器，电流-电压转换电路，电压放大电路，滤波电路，AD转换器和单片机；所述单片硅太阳电池传感器经过太阳光照射后产生电流信号，电流信号经过电流-电压转换电路转化为电压模拟量，电压模拟量经过电压放大电路后产生放大的电压信号，放大的电压信号经过电压滤波电路消除经电压放大电路被放大的噪声信号，经过滤波后的放大的电压信号送入AD转换器，产生对应的数字量，数字量被送入到单片机实现对辐照的测算并输出。2.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝曾伟，张臻，谢子阳，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32