1. Постановка задачи

1. Создание устройства для автоматического снятия вольт-амперной характеристики путем доработки устройства сбора данных USB-6008

2. Написание графического интерфейса для сбора и обработки данных с использованием Nl DAQmx API

2. Описание решения

Традиционное снятие вольтамперной характеристики предусматривает подключение батареи солнечных элементов к нагрузке с переменным сопротивлением и изменение этого сопротивления с последовательным снятием точек вольтамперной характеристики (ВАХ). Нелинейный вид ВАХ требует снятия показаний в 8-10 точках, что по времени занимает 10-15 минут. В реальных условиях за это время мощность солнечной батареи может значительно измениться (например, из-за изменения освещенности) что приведет к искажению кривой ВАХ.

Рис.1 Схема измерения ВАХ солнечного модуля.

Для автоматизации снятия характеристики ВАХ на основе устройства сбора данных USB-6008 разработан программно-аппаратный комплекс. Он состоит из модуля USB-6008, элементов схемы управления нагрузкой и интерфейсного модуля, написанного на языке Visual Basic программы Microsoft Office Excel.

Рис.2. Принципиальная схема включения нагрузки и измерения тока и напряжения.

АI0+; АI0- - контакты аналогового входа 1, AI1+; АI1- - контакты аналогового входа 2, Ао1; GND - контакты аналогового выхода 1 устройства Nl USB 6008

Рис. 3. Монтаж элементов на плате USB-6008

Для создания переменной нагрузки был выбран полевой транзистор IRF530, подключенный к аналоговому выходу УСД, обеспечивающий изменение сопротивления перехода «сток-исток» в широком диапазоне: от 0 Ом (точка короткого замыкания - КЗ) до нескольких кОм (точка холостого хода - XX). Максимальная рассеиваемая мощность транзистора составляет 50 Вт.

Программное обеспечение запускает одновременно три процесса на устройстве сбора данных - изменение выходного напряжения, что приводит к изменению нагрузки, измерение напряжение и тока. Эти действия повторяются заданное количество раз. Полученные значения U и I заносятся в таблицу, по которой после окончания измерения строится график I = f(U) зависимость тока от напряжения (ВАХ).

Другой вариант работы программы - мониторинг в режиме реального времени. При этом происходит считывание параметров модуля с заданной периодичностью и запись их в виде таблицы.

Программа написана на языке Visual Basic для Excel, для ее работы необходимо установить библиотеки Data Acquisition National Instruments, поставляемые на компакт-диске вместе с устройством USB-6008, а также разрешение на выполнение макросов. Программное обеспечение работает напрямую с DAQmx API, за счет чего достигается максимальная производительность, а также исчезает необходимость использовать программное обеспечение сбора и обработки данных, например, такое как NI LabVIEW.

Время работы программы зависит от количества точек сбора информации, соответствующих различным сопротивлениям нагрузки и для 50 точек составляет 10 секунд. Так как время измерения довольно мало, элементы схемы не успевают нагреться и можно снимать характеристики с модулей мощностью до 50 ватт, что соответствует максимальным параметрам элементов схемы.

3. Используемое оборудование и ПО

Устройство сбора данных USB-6008

Полевой транзистор Т1 IRF530 и резистор 0,18 Ом

Драйвер Nl DAQmx

Microsoft Excel

4. Внедрение и развитие решения

Разработанная установка представляет собой лабораторный стенд на кафедре ЮНЕСКО в ГНУ Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Электрификации Сельского Хозяйства, и используется для проведения лабораторных работ. При построении графика с помощью Excel решается важная для солнечных модулей задача - нахождения точки на кривой вольтамперной характеристики, которая соответствует максимальной вырабатываемой мощности.