利用实验室视图和daq实时监测光伏太阳能电池数据

H.Bala基于¹， S.V.Siva Nagaraju²， K. Satish Kumar^3.， KC Ramakrishnan⁴VE Sowjanya⁵

印度Chittoor, A.P, SVCET EEE系副教授
印度Chittoor, A.P, SVCET EEE系副教授
印度Tirupathi, a.p.， SREC EEE系副教授
印度古杜尔大学电子工程学院电子工程学系副教授
印度Tirupathi, a.p.， CREC EEE系助理教授

摘要

当今世界能源的未来正越来越多地集中在替代能源上，以消除越来越昂贵的化石燃料的压力。一种被称为可再生能源的自然补充能源有望成为世界各地的未来能源。太阳能电池最吸引人的地方之一是它们能够将最丰富和自由形式的能量转化为电能，而不需要移动部件或组件。此外，它们也不会产生任何影响生态系统的有害污染。该项目的一个重要部分是用于监测光伏系统的当前测量和数据采集系统。从操作精度和优化需求两方面讨论了应用方案和实验结果。

关键字

太阳能电池，DAQ，光伏电池，电流，电压

介绍

大企业的住宅业主正在寻找以太阳能为主要能源的自行发电方法。数据采集系统(DAQ)可以同时测量和存储从数百个通道收集的数据。大多数系统包含8到32个通道，通常是8的倍数。理想的数据采集系统为每个测量通道使用一个ADC。通过这种方式，可以并行地捕获所有数据，并且可以实时比较每个通道中的事件。但是使用多路复用器在多个通道的输入之间切换并驱动单个ADC可以大大降低系统成本。NI发现，没有一种监测解决方案考虑了广泛的变量。它还发现，市场需要一种不需要昂贵的太阳能模拟器的解决方案，并且能够测量光伏组件性能随时间的变化。为了应对市场需求，NI开发了一种光伏组件/电池的效率监测解决方案，该解决方案具有成本效益，可以帮助电池/组件制造商以更高的准确性和更高的吞吐量进行测试。从本质上讲，该解决方案涉及个人计算机(PC)、数据采集(DAQ)、电池阵列和太阳能阵列模拟器(SAS)的集成，以创建一个独立的光伏系统，并对系统进行测试和模拟。通过监测参数，如电池的平均温度、电压、电流等得到的信息，通过DAQ输入到PC机进行分析。 This customized control interface has been developed by utilizing LabVIEW software.

B.为什么太阳能电池被称为光伏电池，或PV电池:

光伏(photovoltaic)这个词是由几个部分组成的，其中photo-表示光，而伏打(voltaic)表示由光的作用产生电位差(以伏特为单位)。光直接释放电子，二极管的作用确保电子流只向一个方向流动。(或者，入射光可以释放空位，或在一个位置上缺乏电子，这被称为空穴)。也就是说，如果构成结的其中一种材料表现出光电效应并产生电荷，它们只能在一个方向上流动。电流被迫流过外部电路，以到达结的另一侧，并与相反符号的电荷结合。因此，只要有光照射到太阳能电池上，就会由于光电效应而产生电荷，电流就会流动。没有光，就没有电流。这就是问题所在;如果太阳下山，或者出现乌云，电池就会停止产生电流。虽然风力发电也是断断续续的，但它不是每天都断断续续的，不同地区的风力发电机之间的相互连接甚至抵消了能源供应。

C.太阳能电池:

太阳能电池的工作原理是将光直接转化为电能。光照时，电子在p型区被释放，在n型区产生空穴;这降低了结处的势能势垒。电流流过并形成外部电位差。太阳能电池的工作原理与二极管类似，当电池暴露在光线下时，电流只能向一个方向流动。尽管贝克勒尔在1839年就发现了这种效应，但第一块太阳能电池直到1954年才制造出来。

电池是单个半导体晶圆。每个晶圆可以在其带隙物理特性决定的电位差(电压)下输出少量功率。为了使用这些细胞，必须将它们组装成更大的结构，然后再组装成更大的结构。

软件需求及其规范

虚拟仪器:

LabVIEW提供了内置的模板vi，其中包括子vi、函数、结构和前面板对象，您需要开始构建常用的测量应用程序。完成以下步骤，创建一个生成信号并在前面板窗口中显示的VI。

1.启动虚拟仪器。

2.在“入门”窗口中，单击“新建”或“从模板中创建VI”链接，显示“新建”对话框。

3.在新建列表中，选择VI»从模板»教程(入门)»生成和显示。这个模板VI生成并显示一个信号。

4.单击OK按钮，从模板创建一个VI。您也可以在“创建新”列表中双击模板VI的名称，从模板创建一个VI。LabVIEW显示两个窗口:前面板窗口和框图窗口。

在描述部分中会出现模板VI的预览和简要描述。下图显示了新的对话框以及生成和显示模板VI的预览。

5.检查前面板窗户。用户界面或前面板以灰色背景显示，包括控件和指示灯。前面板的标题栏表明该窗口是生成和显示VI的前面板。

6.选择窗口»显示方框图并检查VI的方框图。方框图以白色背景显示，包括Vis和控制前面板对象的结构。框图的标题栏表明该窗口是生成和显示VI的框图。

C.设置VI持续运行直到用户停止:

在当前状态下，VI运行一次，生成一个信号，然后停止运行。要运行VI直到出现条件，可以使用While循环。

完成以下步骤，向框图中添加While循环。

1.显示前面板，运行VI。VI运行一次，然后停止。前面板无停止按钮。

2.显示方框图。

3.单击Functions面板上左侧所示的Search按钮，并在文本框中输入while。LabVIEW在您键入前几个字母时进行搜索，并在搜索结果文本框中显示任何匹配项。如果存在名称相同的对象，则使用每个对象名称右侧括号中的信息来决定选择哪个对象。有些对象位于多个调色板上，因为您可以将它们用于多个应用程序。

4.双击While循环<<执行控制>>显示执行控制子面板，并暂时突出显示子面板上的While循环。

5.在“执行控制”选项板上选择While循环。

6.将光标移动到框图的左上角。单击并向对角线方向拖动光标，将所有的Express VIs和电线包围起来，如图所示。

7.松开鼠标，将While循环放置在Express VIs和电线周围。左边显示的While循环出现时，有一个连接到条件终端的STOP按钮。这个While循环被配置为当用户单击stop按钮时停止。

8.显示前面板并运行VI。VI现在一直运行，直到单击STOP按钮。While循环在循环中执行VIs和函数，直到用户单击STOP按钮。

9.单击STOP按钮并保存VI。

D.控制VI循环的执行速度:

若要更慢地绘制波形图上的点，可以向方框图中添加时间延迟。完成以下步骤以控制VI运行的速度。

1.在方框图上，在函数面板上搜索Time Delay Express VI，如左侧所示，并将其放置在While循环中。您可以使用Time Delay Express VI来控制VI的执行速率。

2.在“时延(秒)”文本框中输入“0.25”。这个时间延迟指定了循环运行的速度。在0.25秒的时间延迟下，循环每四分之一秒迭代一次。

3.单击“确定”按钮保存当前配置，并关闭“配置时间延迟”对话框。

4.显示前面板，运行VI。

5.单击Enable开关并检查图形上的更改。如果启用开关是打开的，图形显示减少的信号。如果使能开关处于关闭状态，则图形不显示减少的信号。

6.单击STOP按钮停止VI。

E.信号滤波:

您可以使用Filter Express VI通过过滤器和窗口处理信号。完成以下步骤以配置Filter Express VI以使用无限脉冲响应(IIR)滤波器对信号进行滤波。

1.显示方框图窗口，并移除连接公式表达式VI的结果输出到振幅和电平测量表达式VI的信号输入的电线。移除因移除电线而导致的所有断线。

2.搜索Filter Express VI，如左侧所示，并将其添加到Simulate Signal2 Express VI和Amplitude and Level Measurements Express VI之间的框图中。出现Configure Filter对话框。

3.在“滤波器规格”部分，将截止频率(Hz)更改为25。

4.单击OK按钮保存配置并关闭Configure Filter对话框。

5.显示前面板。

6.单击“未滤波信号”波形图形指示器，并在使用定位工具拖动时按下键，以创建另一个波形图形指示器。

7.点击新波形图指示器上方的“未滤波信号2”标签，输入“滤波信号”，可更改指示器的标签。您也可以在“图形属性”对话框的“外观”页面更改标签。

8.在方框图上，将公式表达式VI的结果输出连接到滤波器表达式VI的信号输入和未滤波信号波形图指示器。

9.将滤波表达式VI的滤波信号输出连接到幅度和电平测量表达式VI的信号输入，并连接到滤波信号波形图指示器的输入。

F.在Ni-Daqmx中获取信号:

您将使用DAQ Assistant Express VI在NI-DAQmx中创建任务。NI-DAQmx是一个可用于与数据采集设备通信的编程接口。有关创建NI-DAQmx任务的其他方法的信息，请参阅LabVIEW入门»DAQ入门»在LabVIEW帮助的内容选项卡上的LabVIEW书中进行NI-DAQmx测量。在以下练习中，您将创建一个NI-DAQmx任务，该任务连续获取电压读数并在波形图上绘制数据。

G.创建NI-DAQMX任务:

在NI-DAQmx中，任务是一个或多个通道的集合，其中包含计时、触发和其他属性。从概念上讲，任务表示要执行的度量或生成。例如，您可以创建一个任务，从DAQ设备上的一个或多个通道测量温度。

完成以下步骤，创建并配置从DAQ设备读取电压级别的任务。

1.打开一个新的空白VI。

2.在方框图上，显示函数面板并选择Express»Input以显示输入面板。

3.在Input面板上选择左侧所示的DAQ Assistant Express VI，并将其放置在方框图上。DAQ助手启动并出现“创建新的快速任务”对话框。

4.单击“获取信号»模拟输入”，显示“模拟输入”选项。

5.选择Voltage创建一个新的电压模拟输入任务。对话框显示每个已安装的DAQ设备上的通道列表。列出的通道数量取决于您在DAQ设备上拥有的通道数量。

6.在“支持的物理通道”列表中，选择设备连接信号的物理通道，如“ai0”，单击“完成”按钮。DAQ Assistant弹出如图4-1所示的对话框，在对话框中您可以选择通道来完成任务。

H.从DAQ设备绘制数据图:

您可以使用在前面练习中创建的任务来绘制从DAQ设备获得的数据。完成以下步骤，在波形图上绘制来自通道的数据，并更改信号的名称。

1.在方框图中，右键单击数据输出，在弹出的快捷菜单中选择“创建»图形指标”。

2.显示前面板并运行VI三到四次。观察波形图。电压出现在波形图顶部的图例中。

3.在方框图中，右键单击“DAQ Assistant Express VI”，选择“属性”，打开DAQ Assistant。

4.在通道列表中右键单击“电压”，选择“重命名”，弹出“重命名一个或多个通道”对话框。您也可以选择频道名称，按键弹出“重命名一个或多个频道”对话框。

5.在“新名称”文本框中输入“第一次电压读数”，单击“确定”按钮。

6.在“DAQ Assistant”对话框中，单击“OK”按钮，保存当前配置并关闭DAQ Assistant。

7.显示前面板并运行VI。第一个电压读数出现在波形图图例中。

8.保存VI。

一、编辑NI-DAQMX任务:

您可以向任务中添加通道，以便比较两个单独的电压读数。您还可以自定义任务以连续获取电压读数。完成以下步骤，向任务添加新通道并不断获取数据。

1.2 .在框图窗口中双击“DAQ Assistant Express VI”，打开DAQ Assistant。

2.单击左侧的“添加通道”按钮，选择“电压”，弹出“添加通道到任务”对话框。

3.在“支持的物理通道”列表中选择任何未使用的物理通道，单击“确定”按钮返回DAQ助手。

4.重命名通道第二电压读数。

5.在“配置”页面的“定时设置”部分，从“采集模式”下拉菜单中选择“连续采样”。当您在DAQ Assistant中设置定时和触发选项时，这些选项将适用于通道列表中的所有通道。

6.单击OK按钮保存当前配置并关闭DAQ Assistant。弹出“确认自动循环创建”对话框。

7.单击Yes按钮。LabVIEW在框图上的DAQ Assistant Express VI和图形指示器周围放置了一个While循环。一个停止按钮连接到DAQ Assistant Express VI的停止输入。Express VI的停止输出连接到While循环的条件终端。框图应该类似于图。

8.如果发生错误或在VI运行时单击停止按钮，DAQ Assistant Express VI将停止读取数据，停止输出返回TRUE值并停止while循环。

LabVIEW的其他特性

A.所有VIS和功能:

位于函数面板的Express子面板上的Express VIs和结构是LabVIEW中可用的内置VIs、函数和结构的完整集的一个小子集。单击固定功能面板上的“查看”按钮，并从快捷菜单中选择“更改可见类别”以显示“更改可见类别”对话框。然后在Functions面板上要查看的类别旁边的复选框中放置复选标记。LabVIEW使用彩色图标来区分函数、VIs和Express VIs。函数的图标背景为淡黄色，大多数VIs的图标背景为白色，Express VIs的图标被淡蓝色区域包围。Express VIs在框图上显示为可展开的节点，其图标被蓝色字段包围。与Express VIs不同，框图上的大多数功能和VIs都显示为图标，而不是可展开的节点。

b .活力

您可以使用现有的VI或您创建的VI作为子VI。当您在框图上放置一个VI时，该VI是子VI。双击子vi时，会出现它的前面板，而不是可以配置选项的对话框。在前面板和方框图的右上角会出现VI的图标。此图标与将VI放置在方框图上时出现的图标相同。您可以使用默认图标或使用图标编辑器创建自定义图标。关于创建VIs，将其配置为子VIs，以及创建图标的更多信息，请参阅LabVIEW帮助中的Contents选项卡上的“基础知识»创建VIs和子VIs”一书。您还可以将Express VI的配置保存为子VI。关于从Express VIs创建子vi的更多信息，请参考LabVIEW帮助中的内容选项卡上的基础知识»构建框图书。

硬件需求

数据收集:

DAQ是数据采集。它是一个包含ADC和DAC的器件。它是传感器模拟输出与PC机之间的接口。传统实验中的数据由传感器信号发送到模拟域或数字域，由实验者读取，并由手工记录。在自动数据采集系统中，传感器通过数据采集板将电压或电流信号直接传输到计算机。LabVIEW等软件控制着这些数据的采集和处理。这里我们必须考虑输入信号的下列性质。

1.采样率，2。分辨率,3。范围内,4。放大;这里使用的DAQ是NI USB - 6009

Ni usb - 6009:

描述

NI USB - 6009提供连接8个单端模拟输入(AI)通道，2个模拟输出(AO)通道，12个数字输入/输出(DIO)通道，以及一个32位计数器与全速USB接口。美国国家仪器公司USB-6009为应用程序提供基本的数据采集功能，如简单的数据记录，便携式测量和学术实验室实验。它适合学生使用，功能强大，可用于更复杂的测量应用。

系统设计

作品简介:

在本文中，我们提出设计一个非常高效的太阳能电池板数据测量和监控系统，该系统的设计特点主导了之前提出的光伏电池板数据监控系统，因为我们的项目是面向实时应用的，可以在本文这一部分提到的简单设计的基础上实现和运行。

工作状态下模块:

设计中使用的组件的描述

特点:

从电流传感器的V-I特性和输出方式分析可以看出，WCS2702的工作原理是霍尔效应，输出电压灵敏度随系统中被测电流呈线性变化。灵敏度为1mV/mA。

电气CHARECTERISTICS:

D.正压稳压器LM7805:引脚图

分压器电路:

在电子学或EET中，分压器(也称为电位分压器)是一种线性电路，它产生的输出电压(Vout)是其输入电压(Vin)的一小部分。电压划分是指电压在分压器的各部件之间的划分。分压器的一个例子是由串联的两个电阻或电位器组成。它通常用于创建参考电压，或获得与待测电压成比例的低电压信号，也可以用作低频信号衰减器。对于直流电和相对低的频率，如果仅由电阻组成，分压器可能足够精确;在需要宽范围频率响应的地方(例如在示波器探头中)，分压器可以添加电容元件以补偿负载电容。在电力传输中，电容分压器用于测量高压。

电阻分压器

电阻分频器是指两个阻抗Z1和Z2都是纯电阻的情况。将Z1 = R1和Z2 = R2代入前面的表达式，得到:

实施及结果

A. labview编程中的代码生成:

LabVIEW是虚拟编程代码。因此，通过使用LabVIEW，我们可以编写简单的代码来编程它们来完成分配给它的任务。使用MATLAB和SIMULINK，我们可以用它们来编写代码，这些代码是非常冗长的，要用这些软件来完成测量任务。与上述编程技术相比，在LabVIEW中编写代码所花费的时间要少得多。最初在LabVIEW中编写代码，我们必须在开始代码编写之前敏锐地观察操作符号及其规格。因此，对于我的项目关注以下是我编码所需的必要元素。

B.框图编程元素

1.DAQ助理初始化数字数据收集从DAQ为我的程序。

2.过滤以消除图形指示中的干扰。

3.需要动态数据转换器阵列模块数据。

4.运算数学元素、图形指示器以及最后一个经过时间和等待时间元素，用于收集指定时间间隔内的数据点。6.3 labview Monitor前面板观察结果

5.等待时间是必要的，因为在获取数据时，while循环将在其循环终止的每毫秒(mS)收集数据点。但是一个典型的MS-Excel数据表只能保存32000点数据，因此，长时间的监控，比如20小时的持续时间，存储将是不够的。

6.因此，如果在没有等待计时器的情况下操作VI，则在32分钟的持续时间内，数据表将被填满，限制了长时间监控面板。

7.流逝计时器将给我们的总循环终止，使停止运行的VI最终在完整的监控结束。

8.因此，经过计时器和等待时间是程序中循环执行的基本元素。

c .来自系统结果的波形:

未来的增强

A.设计系统的未来增强:

从方框图和系统设计中，我们可以看到设计中存在的开关电路，我们还实现了电池和阵列之间的电压比较，目的是在这两个电源之间切换，以实现负载的持续运行。我们可以尝试扩展设计，通过在消费者端进行逆变器和电源之间的切换来实现对负载的不间断供电。我们还可以将设计系统与现有的VI结合起来，确定用于储存太阳能的电池的放电率。该系统还可以通过Internet网络成为远程监控系统。

结论

本文研究了屋顶光伏设施监测和数据采集系统的设计过程。需求是根据数据的最终用途以及太阳能的当前背景和研究机会确定的。主要的兴趣是为光伏系统的间歇性研究提供独特的资源，特别是与各种类型的光伏技术实时数据监测进行比较。最终的设计包含了广泛应用于能源行业的各种传感器。这些传感器的选择是基于满足相关标准的要求，以及实现对太阳辐射和光伏性能数据的高时间分辨率监测。在选择数据采集系统时采用了类似的方法，并成功配置。

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