实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统技术方案

本发明专利技术提出了一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，包括MCU、I/V转换电路和上位机；MCU与I/V转换电路之间通过D/A转换电路和A/D转换电路连接；MCU与上位机通讯；所述I/V转换电路，用于将D/A转换电路输出的电压施加到钙钛矿太阳能电池两端，将钙钛矿太阳能电池的输出电流转换为相应的电压信号；所述A/D转换电路，用于采集I/V转换电路输出的电压信号；上位机对D/A转换电路和A/D转换电路的电压信号进行处理后得到待测试钙钛矿太阳能电池两端的电压和电流信息。本发明专利技术实现了实验室范围内毫瓦级别的钙钛矿太阳能电池的最大功率点的有效跟踪测试。

Maximum Power Point Tracking Test System for Perovskite Solar Cells Used in Laboratory

The invention provides a maximum power point tracking test system for perovskite solar cells for laboratory use, which includes MCU, I/V conversion circuit and host computer; connection between MCU and I/V conversion circuit through D/A conversion circuit and A/D conversion circuit; communication between MCU and host computer; and I/V conversion circuit for applying the voltage output from D/A conversion circuit to both ends of perovskite solar cells and calcium. The output current of titanium solar cells is converted into corresponding voltage signals; the A/D conversion circuit is used to collect the voltage signals from the I/V conversion circuit; and the voltage signals of the D/A conversion circuit and the A/D conversion circuit are processed by the host computer to obtain the voltage and current information at both ends of the perovskite solar cells to be tested. The invention realizes effective tracking and testing of maximum power point of perovskite solar cells at milliwatt level in laboratory scope.

【技术实现步骤摘要】
实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统
本专利技术涉及测试
，尤其涉及一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是一种新型的薄膜太阳能电池。经过不到十年时间的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到23.3%。钙钛矿太阳能电池使用溶液方法制备，加工成本较低；同时，光电转换效率高，可以媲美单晶硅太阳能电池。因此，钙钛矿太阳能电池具有极佳的商业化应用前景。钙钛矿太阳能电池正向扫描（从短路电压扫描到开路电压）和反向扫描（从开路电压扫描到短路电压）条件下，得到的I/V曲线（即电流/电压曲线）不重合，表现出一定的迟滞现象，该现象导致单独测量I/V曲线很难准确地评估钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。一般而言，采用恒定电压法测试钙钛矿太阳能电池在最大功率点处的持续输出功率，以此计算钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。但是，当存在迟滞现象时，很难准确地从I/V曲线上得到最大功率点对应的电压，采用该方法，由于恒定电压选择的不确定性会导致最终计算得到的光电转换效率不准确。同时，钙钛矿太阳能电池的稳定性是研究人员关注的重点。但是，目前通常采用的稳定性测试方法有多种，例如：将钙钛矿太阳能电池存放到特定环境下，间隔一段时间后测试电池的I/V曲线；或者，在持续光照条件下，测试恒定电压下电池的持续输出电流。上述方法都不能准确反应实际工作条件下钙钛矿太阳能电池的真实稳定性。在真实应用环境下，钙钛矿太阳能电池应该工作在最大功率点处，而且光照强度、温度和湿度会实时变化。为了解决以上问题，我们需要将最大功率点跟踪测试设备应用到钙钛矿太阳能电池研究中。事实上，最大功率点跟踪测试系统被广泛应用在商业化太阳能电池领域，系统以DC-DC变换电路为基础，在大功率范围内，具有非常好的适用性。但对于实验室范围内的钙钛矿太阳能电池而言，电池的有效面积通常在1cm2以内，电池的电流密度小于24mA/cm2，电池的开路电压小于1.2V，最大输出功率小于28.8mW。实验室范围内的钙钛矿太阳能电池的输出功率太小，所以，商业化的最大功率点跟踪测试系统无法应用到实验室范围内的钙钛矿太阳能电池研究中。为此，需要我们开发出一种新型的能够适用于毫瓦级别小功率钙钛矿电池的最大功率点跟踪测试系统。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，实现了在实验室范围内毫瓦级别的钙钛矿太阳能电池的最大功率点的有效跟踪测试。为实现所述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，包括MCU、I/V转换电路和上位机；所述MCU与I/V转换电路之间通过D/A转换电路和A/D转换电路连接；所述MCU与上位机通讯；所述I/V转换电路，用于将D/A转换电路输出的电压施加到钙钛矿太阳能电池两端，将钙钛矿太阳能电池的输出电流转换为相应的电压信号；所述A/D转换电路，用于采集I/V转换电路输出的电压信号，并通过MCU传输至上位机；所述D/A转换电路，用于通过MCU控制将上位机指定输出电压信号转换为模拟信号输出；所述上位机通过控制MCU，实现对D/A转换电路和A/D转换电路的控制，并对D/A转换电路和A/D转换电路的电压信号进行处理后得到待测试钙钛矿太阳能电池两端的电压和电流信息，实现实验室范围内功率为毫瓦级的钙钛矿太阳能电池的I/V曲线测量以及最大功率点输出功率的跟踪测试。进一步地，所述MCU采用80C51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机、MSP单片机、ARM系列单片机、DPS或FPGA。进一步地，所述I/V转换电路包括初级转换电路、减法运算电路和滤波及箝位电路。进一步地，所述初级转换电路包括算放大器U5、三极管Q1、三极管Q2和电阻R10；所述运算放大器U5的输出端分别连接三极管Q1和三极管Q2的基极，所述三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极相连接，且三极管Q1和Q2的发射极与运算放大器U5之间连接电阻R10；三极管Q1、Q2和电阻R10构成负反馈电路；所述运算放大器U5反相输入端连接钙钛矿太阳能电池的正极，钙钛矿太阳能电池的负极接地。进一步地，所述减法运算电路包括运算放大器U6和电阻R12~R15；所述运算放大器U6的同相输入端与运算放大器U5的同相输入端之间连接有电阻R12，同时运算放大器U6的同相输入端连接有接地电阻R14，运算放大器U6的反相输入端通过电阻R13与三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极连接；运算放大器U6的输出端与反相输入端之间接有负反馈电阻R15。进一步地，所述滤波及箝位电路包括电阻R16、电容C13、二极管D2和二极管D3；所述电阻R16和电容C13连接运算放大器U6的输出端，用于对运算放大器U6输出的电压进行滤波。进一步地，所述D/A转换电路采用的转换芯片为TLC5615；TLC5615的6引脚接入2.5V基准电压；TLC5615的7引脚连接运算放大器U5的同相输入端。进一步地，所述A/D转换电路采用的转换芯片为ADS1115；ADS1115芯片的9、10引脚连接上拉电阻R9和R10；ADS1115芯片的4引脚连接滤波及箝位电路的输出端。进一步地，所述上位机与MCU通过串行或并行接口通讯。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种简单可靠的、毫瓦级别的实验室用的最大功率点跟踪测试系统，解决了毫瓦级别范围内缺少专用的最大功率点输出功率跟踪测试系统的难题。本专利技术使用上位机控制MCU以及与MCU相连接的A/D转换电路和D/A转换电路，可以控制钙钛矿太阳能电池两端输出电压，同时采集钙钛矿太阳能电池的输出电流；上位机可以使用Python或者任何通用的编程语言实现，有助于充分利用计算机强大的运算和控制能力，编写实现更加复杂的最大功率点跟踪测试算法，从而能够更加精确地完成最大功率点跟踪测试。附图说明图1是本专利技术实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例中的MCU中单片机电路的原理图。图3是本专利技术实施例中单片机的复位电路的原理图。图4是本专利技术实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统的I/V转换电路的原理图。图5是本专利技术实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统的D/A转换电路的原理图。图6是本专利技术实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统的A/D转换电路的原理图。图7是本专利技术实施例中USB通讯电路的原理图。图8是本专利技术实施例中电源电路的原理图。图9是本专利技术实施例中测试得到的IV曲线数据图。图10是本专利技术实施例中测试得到的电流、电压和功率的曲线数据曲线图。附图中标号为：100为上位机，101为MCU，102为D/A转换电路，103为A/D转换电路，104为I/V转换电路。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：如图1所示，一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，包括MCU101、I/V转换电路104和上位机100；所述MCU101与I/V转换电路104之间通过D/A转换电路102和A/D转换电路103连接；所述MCU101与上位机100通讯；所述I/V转换电路104，用于将D/A转换电路102输出的电压施加到钙钛矿太阳能电池两端，将钙钛矿太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，其特征在于，包括MCU（101）、I/V转换电路（104）和上位机（100）；所述MCU（101）与I/V转换电路（104）之间通过D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）连接；所述MCU（101）与上位机（100）通讯；所述I/V转换电路（104），用于将D/A转换电路（102）输出的电压施加到钙钛矿太阳能电池两端，将钙钛矿太阳能电池的输出电流转换为相应的电压信号；所述A/D转换电路（103），用于采集I/V转换电路（104）输出的电压信号，并通过MCU（101）传输至上位机（100）；所述D/A转换电路（102），用于通过MCU（101）控制将上位机（100）指定输出电压信号转换为模拟信号输出；所述上位机（100）通过控制MCU（101），实现对D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）的控制，并对D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）的电压信号进行处理后得到待测试钙钛矿太阳能电池两端的电压和电流信息，实现实验室范围内功率为毫瓦级的钙钛矿太阳能电池的I/V曲线测量以及最大功率点输出功率的跟踪测试。

【技术特征摘要】
1.一种实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，其特征在于，包括MCU（101）、I/V转换电路（104）和上位机（100）；所述MCU（101）与I/V转换电路（104）之间通过D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）连接；所述MCU（101）与上位机（100）通讯；所述I/V转换电路（104），用于将D/A转换电路（102）输出的电压施加到钙钛矿太阳能电池两端，将钙钛矿太阳能电池的输出电流转换为相应的电压信号；所述A/D转换电路（103），用于采集I/V转换电路（104）输出的电压信号，并通过MCU（101）传输至上位机（100）；所述D/A转换电路（102），用于通过MCU（101）控制将上位机（100）指定输出电压信号转换为模拟信号输出；所述上位机（100）通过控制MCU（101），实现对D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）的控制，并对D/A转换电路（102）和A/D转换电路（103）的电压信号进行处理后得到待测试钙钛矿太阳能电池两端的电压和电流信息，实现实验室范围内功率为毫瓦级的钙钛矿太阳能电池的I/V曲线测量以及最大功率点输出功率的跟踪测试。2.根据权利要求1所述的实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，其特征在于，所述MCU（101）采用80C51系列单片机、PIC单片机、AVR单片机、MSP单片机、ARM系列单片机、DPS或FPGA。3.根据权利要求1所述的实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，其特征在于，所述I/V转换电路（104）包括初级转换电路、减法运算电路和滤波及箝位电路。4.根据权利要求3所述的实验室用钙钛矿太阳能电池最大功率点跟踪测试系统，其特征在于，所述初级转换电路包括算放大器U5、三极管Q1、三极管Q2和电阻R10；所述运算放大器U5的输出端分别连接三极管Q1和...

【专利技术属性】
技术研发人员：程念，李委委，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41