摘要：为了解决传统的光伏测试仪功能单一，只能够测量光伏电池基本参数的问题，采用了增加采样信道，由FPGA控制采样模式的方法，设计完成了一款双模式的光伏电池测试仪。在完成光伏电池I-V曲线等参数测量的同时可以实时的检测光伏电池的工作状态，为光伏电池的维护提供了便利。同时，使用电容代替传统的电子负载作为采样负载，提高了对开路电压和I-V曲线的测量精度。
关键词：FPGA；I-V曲线；电容负载；实时检测

    目前，世界各国对新型能源的应用日益增多，太阳能作为新型能源的一种，有着安全可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、可方便地与建筑物相结合等优点。光伏电池及组件作为光伏转化的主要器件，从2001年起，平均年增长率高达30％以上。所以，对光伏电池及组件的测试要求也在逐步提高。目前的绝大多数组件都是固定在室外工作的，为了评价这些组件的参数性能和了解组件当前的工作状况，市场和用户都需要一种方便携带、测量快速、结果精准的测试仪器。目前市场上此类仪器较少，功能也相对单一，一般只能完成参数测量的工作，并不能对光伏电池当前的工作情况作出准确的判断。本文设计了一种基于FPGA的光伏电池测试仪，可以工作在两种工作模式下，不仅可以测得电池或组件的相关参数，而且可以实时检测电池或组件的当前工作状况。

1 整体结构与工作模式
    系统由两个采样模块分别采集参数数据和实时工作数据，FPGA控制多路器选通信号后经ADC转化为数字信号，通过FPGA进行数据处理后由LCM显示。同时，系统还提供了一定的存储功能，可以将测量数据存储在FLASH芯片中，通过RS 232接口与上位机通信，为数据的后续分析提供了方便。
    参数采样模式完成与传统的光伏测试仪相同的功能，通过采样电路采集光伏电池或组件的I-V曲线参数、开路电压和短路电流值，并完成转化效率η和填充因子FF计算。
    由于光伏组件大多在户外布置，这对组件的检测和维护造成了一定的困难。同时，光伏网络中，对负载供电的电源有光伏组件和蓄电池一起供电，为了防止“过充”和“过放”的问题，测试仪在实时检测模式时，除了完成对光伏组件输出电流、输出电压和输出功率的检测外，还能够对光伏系统中的电流进行监测。

2 电路设计
    对光伏组件的采样过程中，由于参数采样和实时检测的采样负载不同，参数采样通过对负载连续变化时，光伏组件的输出电流和输出电压进行检测得到连续变化的I-V曲线；实时检测过程中，采样负载是光伏系统的负载。为了完成两种采样的不同要求，需要分别设计两个采样模块的电路。
2．1 I-V曲线采样电路
    测试仪器测量I-V曲线的常用方法是通过连续变化负载的大小，传统使用的电阻负载在测量开路电压中，并不能直接测得准确的数值。为了避免这些问题，系统采用电容作为采样负载。原理对比图如图1所示。
    图1中传统的电阻负载，电路中的电流和电压并不能连续变化，电阻的阻值也不可能达到无限大，测得的开路电压值会存在误差。在使用电容作为采样负载时，通过对电容进行充放电过程采样来得到I-V曲线，电流值和电压值连续变化，整个充电过程可以将电容等效为一个可变电阻，能得到光伏电池更准确的参数。电容充电前可以等效为一个无穷大的电阻负载，在不需要使用补偿法的情况下，对开路电压值的测量更加精确。