一種測量pv組件功率特性的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運(yùn)算控制器，工件臺為旋轉(zhuǎn)工件臺，工件臺分別與電信號測試電路、運(yùn)算控制器相連接，電信號測試電路與運(yùn)算控制器相連接；所述工件臺上設(shè)有溫度傳感器和加熱板；其中，運(yùn)算控制器用于處理電信號測試電路發(fā)送來的I-V特性參數(shù)，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制工件臺的平移和旋轉(zhuǎn)，同時接收溫度傳感器的溫度信號，按照一定規(guī)律控制加熱板的溫度。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)工件臺，能夠模擬PV組件在實(shí)際工作時的光照條件，從而實(shí)現(xiàn)全時地測量PV組件的功率輸出特性。本發(fā)明還采用了溫控裝置，能夠準(zhǔn)確地表征在實(shí)際工作環(huán)境下的PV組件的真實(shí)功率特性。
【專利說明】—種測量PV組件功率特性的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PV組件測量儀器，尤其是涉及一種測量PV組件功率特性的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為半導(dǎo)體技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用，光伏發(fā)電是基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，利用PV (Photovoltage,光伏)組件等光電器件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。由于光伏發(fā)電清潔無污染，目前，世界各國都在積極發(fā)展以太陽能光伏產(chǎn)業(yè)為主的新能源產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢頭很迅猛，無論是多晶硅太陽能電池，還是薄膜太陽能電池；但是，整個產(chǎn)業(yè)的著力點(diǎn)還處于PV組件的設(shè)計和制造方面，在測試方面投入較小，目前整個行業(yè)對PV組件的功率特性測試裝置主要還是傳統(tǒng)的PV組件功率特性測試系統(tǒng)。
[0003]傳統(tǒng)的PV組件功率特性測試系統(tǒng)一般包括太陽光模擬器、承載PV組件的工件臺、電信號測試電路和控制器。該系統(tǒng)的工作過程為:首先利用基準(zhǔn)太陽能電池對太陽光模擬器進(jìn)行輻照度的修正，然后太陽光模擬器對放置在工件臺上的待測PV組件進(jìn)行垂直照射，與此同時，電信號測試電路采集得到被測PV組件的1-V特性參數(shù)，并且將這些1-V特性參數(shù)發(fā)送至運(yùn)算控制器，經(jīng)處理后得到PV組件的功率特性。當(dāng)前，工件臺均為平面一維移動，其上設(shè)置有固定PV組件的真空吸附結(jié)構(gòu)和測試PV組件的柵線探針等。
[0004]上述的測試系統(tǒng)對于測試襯底表面結(jié)構(gòu)大體相同的PV組件是相當(dāng)有效的。然而，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了襯底表面結(jié)構(gòu)不同的PV組件，例如，傳統(tǒng)的太陽能電池的光伏組件襯底表面結(jié)構(gòu)大體上為針狀(見圖1)，而目前已制作出呈圓孔或方孔的光伏組件襯底表面結(jié)構(gòu)的太陽能電池(見圖2、圖3)。
[0005]如果對不同襯底表面結(jié)構(gòu)的PV組件采用上述方式來測量功率特性，就無法準(zhǔn)確地反映出PV組件的真實(shí)性能。這是因?yàn)橐r底的表面結(jié)構(gòu)不同，PV組件在實(shí)際環(huán)境中使用的光電性能會有很大區(qū)別。如圖4、圖5所示，襯底表面結(jié)構(gòu)為針狀的光伏組件在真實(shí)太陽光照射下，垂直入射時可得到最大面積的光電轉(zhuǎn)換區(qū)，隨著時間變化，太陽光轉(zhuǎn)動至與襯底表面呈約45度，光電轉(zhuǎn)換區(qū)的面積縮減至最大面積的三分之一，相應(yīng)的光生載流子變化劇烈，由此使得光伏組件的IV特性參數(shù)變化明顯；然而，襯底表面結(jié)構(gòu)為圓孔狀的光伏組件在真實(shí)太陽光照射下，垂直入射時可得到最大面積的光電轉(zhuǎn)換區(qū)，當(dāng)太陽光轉(zhuǎn)動至與襯底表面呈約45度時，光電轉(zhuǎn)換區(qū)的面積縮減至最大面積的二分之一，與前者相比，IV特性參數(shù)變化緩和不少，可見圖6的示意。
[0006]此外，在戶外的PV組件受到環(huán)境影響會發(fā)生功率特性的變化，例如在環(huán)境溫度高達(dá)64°C (標(biāo)準(zhǔn)測試條件為25°C)下，電池的功率轉(zhuǎn)換效率下降了 69%，并且隨著光輻射強(qiáng)度的增強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率也呈現(xiàn)明顯地下降。
[0007]因此，采用傳統(tǒng)的PV組件功率特性測試系統(tǒng)，并不能準(zhǔn)確地反映襯底表面結(jié)構(gòu)不同的光伏組件在實(shí)際環(huán)境下的IV特性，進(jìn)而無法如實(shí)表征被測PV組件的功率特性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種測量PV組件功率特性的裝置，采用該裝置，能夠準(zhǔn)確如實(shí)地表征在實(shí)際工作環(huán)境下的不同襯底表面結(jié)構(gòu)的PV組件的真實(shí)功率特性。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運(yùn)算控制器，所述工件臺為旋轉(zhuǎn)工件臺，所述工件臺分別與所述電信號測試電路、所述運(yùn)算控制器相連接，所述電信號測試電路與所述運(yùn)算控制器相連接；所述工件臺上設(shè)有溫度傳感器和加熱板；
[0010]其中，所述太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；所述電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數(shù)，并將所述1-V特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)理發(fā)送至所述運(yùn)算控制器；所述運(yùn)算控制器用于處理所述1-V特性參數(shù)，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制所述工件臺的平移和旋轉(zhuǎn)，所述運(yùn)算控制器同時接收來自所述溫度傳感器的溫度信號，并且根據(jù)被測PV組件所需的加熱規(guī)律控制所述加熱板的溫度。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述太陽光模擬器的輻照面積為156mmX 156mm,有效照射面積內(nèi)的均勻度為±2%,時間不穩(wěn)性為±1%,光譜匹配度為±25%，所述太陽光模擬器的模擬光源通過選擇光譜和強(qiáng)度特性來模擬多種太陽光譜的光源。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述工件臺的臺體結(jié)構(gòu)包括上層和下層，所述下層沿水平的一維方向移動，所述上層沿水平軸旋轉(zhuǎn)。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述工件臺上設(shè)置有電壓傳感器、電流傳感器以及向被測PV組件施加電壓或電流的探針；所述電壓傳感器和所述電流傳感器的輸出分別與所述電信號測試電路連接，所述電信號測試電路通過所述工件臺上的探針，向被測PV組件施加電壓或電流。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述工件臺包括驅(qū)動器和控制器，所述控制器控制所述驅(qū)動器驅(qū)動所述工件臺運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)所述工件臺平移和旋轉(zhuǎn)。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述工件臺水平移動速度最大可達(dá)I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉(zhuǎn)角度為一 30度到十30度，定位精度為I度。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述電信號測試電路調(diào)理所述1-V特性參數(shù)的調(diào)理方式包括幅值調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)和相位調(diào)節(jié)。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明還具有如下特點(diǎn):所述運(yùn)算控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)，所述下位機(jī)與上位機(jī)的接口為RS232接口、RS485接口或USB接口 ；所述上位機(jī)為PC機(jī)，用于接收處理下位機(jī)的數(shù)據(jù)和指令，并且將所述上位機(jī)具有的用戶界面的數(shù)據(jù)和指令傳遞至所述下位機(jī)；所述下位機(jī)采用微處理器，用于接收處理所述上位機(jī)的數(shù)據(jù)和指令，并且實(shí)時地傳遞采集數(shù)據(jù)至所述上位機(jī)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]A、由于本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)工件臺替代傳統(tǒng)PV組件功率特性測試量系統(tǒng)的一維平面運(yùn)動工件臺，因此能夠模擬PV組件在實(shí)際工作時的光照條件，從而實(shí)現(xiàn)全時地測量PV組件的功率輸出特性。
[0020]B、由于本發(fā)明設(shè)置有溫控裝置，因此能夠準(zhǔn)確地表征在實(shí)際工作環(huán)境下的PV組件的真實(shí)功率特性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為傳統(tǒng)的襯底表面結(jié)構(gòu)為針狀的光伏組件的電子顯微鏡圖像；
[0022]圖2為襯底表面結(jié)構(gòu)為孔狀的光伏組件的電子顯微鏡圖像；
[0023]圖3為襯底表面結(jié)構(gòu)為孔狀的光伏組件的另一角度下的電子顯微鏡圖像；
[0024]圖4為襯底表面結(jié)構(gòu)為針狀的光伏組件在真實(shí)光照條件下的模擬示意圖；
[0025]圖5為襯底表面結(jié)構(gòu)為孔狀的光伏組件在真實(shí)光照條件下的模擬示意圖；
[0026]圖6為襯底表面結(jié)構(gòu)為孔狀的光伏組件和襯底表面結(jié)構(gòu)為針狀的光伏組件在真實(shí)光照條件下的光電轉(zhuǎn)換率變化示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明提供的測量PV組件功率特性的裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]本發(fā)明提供了一種測量PV組件功率特性的裝置，結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運(yùn)算控制器，其中工件臺為旋轉(zhuǎn)工件臺，其與電信號測試電路、運(yùn)算控制器相連接，電信號測試電路與運(yùn)算控制器相連接。其中，太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數(shù)，并將1-V特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)理發(fā)送至運(yùn)算控制器；運(yùn)算控制器用于處理1-V特性參數(shù)，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制工件臺的平移和旋轉(zhuǎn)。
[0030]太陽光模擬器具有156mmX 156mm的福照面積，有效照射面積內(nèi)的均勻度達(dá)到±2%，時間不穩(wěn)性為±1%，光譜匹配度達(dá)到±25%，太陽光模擬器的模擬光源通過選擇其光譜和強(qiáng)度特性來模擬各種條件下太陽光譜(AMO、AMl.0、AMl.5、AM1.5Global、AM2.0、AM2.0Global)的光源。
[0031]工件臺的臺體為包括上層和下層的雙層結(jié)構(gòu)，下層可沿水平的一維方向移動，上層可承載面積在156_X 156mm以下的PV組件沿水平軸旋轉(zhuǎn)。工件臺還包括驅(qū)動器和控制器，控制器控制驅(qū)動器驅(qū)動工件臺運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)工件臺平移和旋轉(zhuǎn)。工件臺的水平移動速度最大可達(dá)I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉(zhuǎn)角度為一 30度到十30度，定位精度為I度，并且具有真空吸附功能。在工件臺上，設(shè)置有探測電壓信號的電壓傳感器和探測電流信號的電流傳感器，還有向PV組件施加電壓或電流的探針，利用這些探針可向承載在工件臺上的待測PV組件施加電壓或電流。電壓傳感器和電流傳感器的輸出分別連接至電信號測試電路。此外，在旋轉(zhuǎn)工件臺上，設(shè)置有溫度傳感器和加熱板，用于改變PV組件周圍的環(huán)境溫度(即施加溫度場的作用)。
[0032]電信號測試電路接收來自于工件臺的電壓傳感器、電流傳感器的電壓信號和電流信號，然后將這些信號進(jìn)行調(diào)理以至于適合運(yùn)算控制器處理，調(diào)理的方式包括幅值調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、相位調(diào)節(jié)，其中幅值調(diào)節(jié)包括放大、縮小、截取等，頻率調(diào)節(jié)包括倍頻、分頻等，相位調(diào)節(jié)包括超前、保持、滯后等；此外，電信號測試電路還通過工件臺上的電壓探針和電流探針，向被測PV組件施加合適的電壓、電流。
[0033]運(yùn)算控制器包括下位機(jī)和上位機(jī)，其中上位機(jī)可為PC機(jī)，上位機(jī)具有良好的用戶界面，具有光強(qiáng)測量和修正功能，具有數(shù)據(jù)、曲線存儲、打印及測試數(shù)據(jù)分析功能；下位機(jī)采用高性能微處理器，并連接有AD/DA轉(zhuǎn)換電路，與上位機(jī)的接口可為RS232接口、RS485接口或USB接口。下位機(jī)可實(shí)時地傳遞采集數(shù)據(jù)至上位機(jī)，或者上位機(jī)將用戶界面的命令傳遞至下位機(jī)。一方面，運(yùn)算控制器接收來自于電信號測試電路的已調(diào)理信號，計算出在此測試條件下的開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點(diǎn)電壓、最大功率點(diǎn)電流、填充因子和轉(zhuǎn)換效率。另一方面，運(yùn)算控制器還可控制工件臺的平移和旋轉(zhuǎn)，以及被測PV組件的定位固定，并且運(yùn)算控制器根據(jù)被測PV組件所需的加熱規(guī)律控制加熱板的溫度，同時接收來自于溫度傳感器的溫度信號，形成閉環(huán)控制回路，以判斷加熱板的溫度是否達(dá)到設(shè)置值，以便改變或保持PV組件周圍的環(huán)境溫度。
[0034]本發(fā)明全時測量PV組件功率特性的裝置的工作過程如下:
[0035]首先，利用傳統(tǒng)的標(biāo)定太陽光模擬系統(tǒng)的方法來設(shè)定太陽光模擬器的輻照度，即測量與被測PV組件的光譜響應(yīng)相似的基準(zhǔn)太陽能電池的電流，由于基準(zhǔn)電池是經(jīng)過標(biāo)定的，由此可根據(jù)所得的基準(zhǔn)電流數(shù)值來設(shè)定太陽光模擬器的輻照度；此輻照度的標(biāo)定并不局限于太陽光垂直入射情況，可以在太陽光與工件臺呈不同角度時按照基準(zhǔn)電池測定方法來標(biāo)定相應(yīng)位置處的太陽光輻照度，即太陽光輻照度可以根據(jù)需要按照一定的規(guī)律變化。
[0036]其次，在已設(shè)定好的太陽光模擬器下，將待測的PV組件放置在工件臺上，在運(yùn)算控制器的控制下，承載被測PV組件的工件臺隨時間而沿著水平軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，例如根據(jù)日常的太陽光與地平面之間的角度變化來調(diào)整光照角度；與此同時，運(yùn)算控制器還控制在旋轉(zhuǎn)工件臺上的加熱板，按照一定的規(guī)律改變PV組件周圍環(huán)境溫度(例如根據(jù)不同季節(jié)下的從早到晚的每一時刻的溫度，這一溫度可以是在一個月或三個月之內(nèi)的這一時刻溫度的平均值)，并且利用溫度傳感器來實(shí)時地測量當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度下的溫度。
[0037]然后，借助于在工件臺上設(shè)置的電壓探針、電流探針，電信號測試電路向被測PV組件施加電壓、電流信號；此時同時，利用在工件臺上的電壓傳感器和電流傳感器，電信號測試電路實(shí)時地測量被測PV組件的IV特性參數(shù)(包括開路電壓Vre、短路電流Isc)。
[0038]最后，運(yùn)算控制器利用所測的IV特性參數(shù)，計算推導(dǎo)出表征PV組件的功率特性的參數(shù)(最大功率點(diǎn)Pmax、在Pmax處的電壓Vmp和電流Imp、轉(zhuǎn)換效率η以及填充因子FF)，并且以工件臺的旋轉(zhuǎn)角度、當(dāng)前角度下的溫度為自變量，功率特性的參數(shù)為變量，構(gòu)成二維函數(shù)關(guān)系，以便篩選出在實(shí)際工作環(huán)境下，功率輸出特性好的PV組件。
[0039]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的本質(zhì)和基本原理之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運(yùn)算控制器，其特征在于:所述工件臺為旋轉(zhuǎn)工件臺，所述工件臺分別與所述電信號測試電路、所述運(yùn)算控制器相連接，所述電信號測試電路與所述運(yùn)算控制器相連接；所述工件臺上設(shè)有溫度傳感器和加熱板； 其中，所述太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；所述電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數(shù)，并將所述1-V特性參數(shù)進(jìn)行調(diào)理發(fā)送至所述運(yùn)算控制器；所述運(yùn)算控制器用于處理所述1-V特性參數(shù)，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制所述工件臺的平移和旋轉(zhuǎn)，所述運(yùn)算控制器同時接收來自所述溫度傳感器的溫度信號，并且根據(jù)被測PV組件所需的加熱規(guī)律控制所述加熱板的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述太陽光模擬器的輻照面積為156mmX 156mm，有效照射面積內(nèi)的均勻度為±2%，時間不穩(wěn)性為± 1%，光譜匹配度為±25%，所述太陽光模擬器的模擬光源通過選擇光譜和強(qiáng)度特性來模擬多種太陽光譜的光源。
3.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺的臺體結(jié)構(gòu)包括上層和下層，所述下層沿水平的一維方向移動，所述上層沿水平軸旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺上設(shè)置有電壓傳感器、電流傳感器以及向被測PV組件施加電壓或電流的探針；所述電壓傳感器和所述電流傳感器的輸出分別與所述電信號測試電路連接，所述電信號測試電路通過所述工件臺上的探針，向被測PV組件施加電壓或電流。
5.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺包括驅(qū)動器和控制器，所述控制器控制所述驅(qū)動器驅(qū)動所述工件臺運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)所述工件臺平移和旋轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求3所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺水平移動速度最大可達(dá)I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉(zhuǎn)角度為一 30度到+ 30度，定位精度為I度。
7.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述電信號測試電路調(diào)理所述1-V特性參數(shù)的調(diào)理方式包括幅值調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)和相位調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1所述的測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述運(yùn)算控制器包括上位機(jī)和下位機(jī)，所述下位機(jī)與上位機(jī)的接口為RS232接口、RS485接口或USB接口 ；所述上位機(jī)為PC機(jī)，用于接收處理下位機(jī)的數(shù)據(jù)和指令，并且將所述上位機(jī)具有的用戶界面的數(shù)據(jù)和指令傳遞至所述下位機(jī)；所述下位機(jī)采用微處理器，用于接收處理所述上位機(jī)的數(shù)據(jù)和指令，并且實(shí)時地傳遞采集數(shù)據(jù)至所述上位機(jī)。
【文檔編號】H02S50/15GK103888076SQ201210563077
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】李勇滔, 夏洋, 劉邦武, 王文東 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所