專利名稱：脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池組件測(cè)試儀，尤其涉及一種脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀，能測(cè)定太陽(yáng)電池組件的伏安特性，并進(jìn)而求出各種電性能參數(shù)，屬于太陽(yáng)電池測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
太陽(yáng)電池測(cè)試裝置一般是由太陽(yáng)模擬器、電子負(fù)載及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成的成套或配套設(shè)備，其中太陽(yáng)模擬器有穩(wěn)態(tài)的和脈沖式兩種，穩(wěn)態(tài)模擬器用來(lái)測(cè)試太陽(yáng)電池組件，面臨均勻性、穩(wěn)定性、功耗大、被測(cè)組件溫升等關(guān)鍵問(wèn)題，不易解決，因此，國(guó)外在太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀中采取穩(wěn)態(tài)模擬器的方案已逐步取消，取而代之的是脈沖式模擬器，對(duì)于脈沖式模擬器相應(yīng)的電子負(fù)載有多種，比如電橋式，場(chǎng)效應(yīng)管式，可調(diào)電阻負(fù)載，這些電子負(fù)載各有特點(diǎn)，但都需要較長(zhǎng)弧的脈沖光源作為模擬器光源，在一個(gè)脈沖里完成數(shù)據(jù)的采集和曲線的繪制，若縮短脈沖光源弧長(zhǎng)，則提高了對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的要求。
常規(guī)脈沖式模擬器大都采用點(diǎn)光源，被特定反光裝置反射和濾光裝置過(guò)濾后照射到被測(cè)面上，為了獲得被測(cè)面上的一定的均勻性，要加工制作復(fù)雜的反光裝置或增加光源與被側(cè)面的間距，有的間距可達(dá)十米之多，需占有好幾個(gè)房間，這樣，光源的功耗、整個(gè)設(shè)備的成本和使用成本相當(dāng)高。對(duì)比技術(shù)有SPIRE公司的SPI-SUN SIMULATOR 240A Photovoltaic Module Tester(http//www.spirecorp.com)，該技術(shù)采用的就是點(diǎn)光源，反光裝置加工難度大，光路調(diào)試?yán)щy。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，設(shè)計(jì)提供一種脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀，使之結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，能實(shí)現(xiàn)光照均勻性，并能自動(dòng)修正誤差，保證測(cè)量的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用光脈沖寬度5ms的長(zhǎng)弧脈沖模擬器來(lái)降低對(duì)測(cè)試電路的元器件的頻響要求，采用三自由度可調(diào)的脈沖氙燈線光源、拋物面漫反射作為反光裝置，光源與被測(cè)面之間還裝有光譜矯正的濾光系統(tǒng)和提高均勻性所用的絲網(wǎng)，以達(dá)到要求的均勻性和光譜。為了準(zhǔn)確測(cè)量電池板的開(kāi)路電壓，還設(shè)置一套獨(dú)立的開(kāi)路電壓測(cè)試電路，用計(jì)算機(jī)采樣、計(jì)算，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修正。
本發(fā)明采用脈沖氙燈是因?yàn)樗须姽庠粗须療舻墓庾V與日光最接近，為了在光的短距離的射程中獲得被測(cè)平面較好均勻性的光。線光源裝在三自由度可調(diào)光源座上，在光源與被測(cè)面之間距1.5m左右前提下實(shí)現(xiàn)5％以內(nèi)的均勻性，這種結(jié)構(gòu)便于制成較小的臺(tái)式儀器，對(duì)使用場(chǎng)地要求不高。
本發(fā)明采用定電壓電子負(fù)載(純阻性)作為測(cè)量用負(fù)載，其電壓加在被測(cè)太陽(yáng)電池的兩側(cè)，并受計(jì)算機(jī)控制。定電壓電子負(fù)載能克服常規(guī)負(fù)載電阻不能到零和至無(wú)窮大的缺點(diǎn)，還克服了場(chǎng)效應(yīng)管式電子負(fù)載的電阻不便電壓控制的缺點(diǎn)。定電壓電子負(fù)載還具有與計(jì)算機(jī)接口方便，控制實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)。
本發(fā)明還針對(duì)定電壓電子負(fù)載測(cè)量電池開(kāi)路的非直接性，設(shè)置獨(dú)立的開(kāi)路電壓測(cè)試電路，實(shí)現(xiàn)一種在直接測(cè)量開(kāi)路電壓后對(duì)所測(cè)曲線自動(dòng)矯正的方法，其基本原理是按比例對(duì)曲線進(jìn)行電壓修正。
本發(fā)明以太陽(yáng)電池雙指數(shù)模型為擬合模型，采用數(shù)論方法準(zhǔn)確擬合太陽(yáng)電池組件I-V曲線，實(shí)現(xiàn)由被測(cè)曲線精確計(jì)算串聯(lián)電阻Rs、并聯(lián)電阻Rsh、光生電流IL、曲線因子A等電池重要參數(shù)。
本發(fā)明采用長(zhǎng)弧的脈沖氙燈作模擬器光源，克服了穩(wěn)態(tài)模擬器的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了1.3×0.6m范圍內(nèi)光照的均勻性；采用定電壓電子負(fù)載，多次閃光采樣，完成一次完整的I-V曲線采集，避免了對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的頻率要求；更進(jìn)一步，本發(fā)明采用簡(jiǎn)單準(zhǔn)確方案測(cè)定開(kāi)路電壓，對(duì)可能出現(xiàn)誤差的I-V曲線進(jìn)行自動(dòng)修正，保證了測(cè)量的重復(fù)性及準(zhǔn)確性。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明太陽(yáng)模擬器原理示意圖。
如圖所示，本發(fā)明采用三自由度脈沖氙燈線光源、拋物面漫反射太陽(yáng)模擬器，線光源1發(fā)出的脈沖光經(jīng)拋物面漫反射裝置2反射之后，通過(guò)濾光系統(tǒng)3和絲網(wǎng)4，到達(dá)太陽(yáng)電池組件所在平面5。
圖2為本發(fā)明的電路系統(tǒng)方框圖。
如圖所示，本發(fā)明采用的三自由度脈沖氙燈線光源1，由與計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置12相連的氙燈電源電路15控制，線光源1經(jīng)拋物面漫反射裝置2，反射光線經(jīng)濾光系統(tǒng)3和絲網(wǎng)4，最后投射到被測(cè)組件所在平面5。在被測(cè)面上安裝有參考電池7和被測(cè)組件6，參考電池7產(chǎn)生的光電流經(jīng)放大比較電路9轉(zhuǎn)換成電壓與基準(zhǔn)電平電路13比較。放大比較電路9經(jīng)門電路11與電流鎖存電路10相連，定電壓電子負(fù)載8的電壓由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置12確定。當(dāng)參考電池7產(chǎn)生的信號(hào)大于基準(zhǔn)電平電路13的信號(hào)時(shí)，門電路11啟動(dòng)電流鎖存電路10，這樣被測(cè)組件6在計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置12確定的某一定電壓下產(chǎn)生的光電流經(jīng)電流鎖存電路10鎖存，再由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置12采樣，保存到計(jì)算機(jī)。如此完成I-V曲線上一個(gè)點(diǎn)的采集，多次閃光、多次采集就可以獲得許多I-V上的點(diǎn)，最后計(jì)算機(jī)繪制曲線并計(jì)算被測(cè)組件的電性能參數(shù)，計(jì)算前通過(guò)半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)14測(cè)量當(dāng)前電池的PN結(jié)溫度。
本發(fā)明為了準(zhǔn)確測(cè)量電池板的開(kāi)路電壓，還設(shè)置一套獨(dú)立的開(kāi)路電壓測(cè)試電路來(lái)測(cè)定電池的開(kāi)路電壓，供計(jì)算機(jī)采樣、計(jì)算、修正。
圖3為本發(fā)明的開(kāi)路電壓測(cè)試電路框圖。
圖中，開(kāi)路電壓測(cè)試電路包括電壓保持電路16和電壓鎖存器17，被測(cè)組件6在開(kāi)路下，其電壓經(jīng)電壓保持電路16后再由電壓鎖存器17鎖存，而電壓鎖存器17是在門電路11控制下鎖存，以保證此開(kāi)路電壓是標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)100mW/cm2下的開(kāi)路電壓，然后再由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置12采樣并保持，經(jīng)計(jì)算機(jī)一定程序計(jì)算并輸出修正結(jié)果。
圖4為本發(fā)明采用數(shù)論方法擬合的I-V曲線效果圖。
如圖所示，本發(fā)明以太陽(yáng)電池雙指數(shù)模型為擬合模型，準(zhǔn)確擬合太陽(yáng)電池組件I-V曲線，避免了點(diǎn)連線或平滑插點(diǎn)造成的I-V曲線不平滑。本發(fā)明的方法對(duì)各種I-V曲線都能準(zhǔn)確擬合。
本發(fā)明采用脈沖氙燈作電光源，使光譜容易達(dá)到太陽(yáng)模擬器的標(biāo)準(zhǔn)，而且商品化的脈沖氙燈比較容易購(gòu)買，采用拋物面漫反射和線光源，可以實(shí)現(xiàn)光的均勻性，采用定電壓電子負(fù)載，能在光脈沖重復(fù)性不一致的前提下，通過(guò)逐點(diǎn)閃光的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)I-V曲線的準(zhǔn)確繪制和被測(cè)組件電性能參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。開(kāi)路電壓和溫度單獨(dú)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果修正的可靠性，采用數(shù)論方法進(jìn)行曲線擬合，保證I-V曲線的準(zhǔn)確與平滑。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，便于制成較小的臺(tái)式儀器，對(duì)使用場(chǎng)地要求不高。
權(quán)利要求
1.一種脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀，其特征在于采用脈沖氙燈為線光源(1)，采用定電壓電子負(fù)載(8)作為測(cè)量用負(fù)載，并設(shè)置開(kāi)路電壓測(cè)試電路，線光源(1)由與計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置(12)相連的氙燈電源電路(15)控制，發(fā)出的脈沖光經(jīng)拋物面漫反射裝置(2)、濾光系統(tǒng)(3)和絲網(wǎng)(4)，到達(dá)被測(cè)組件(6)所在平面(5)，被測(cè)面上的參考電池(7)產(chǎn)生的光電流經(jīng)放大比較電路(9)轉(zhuǎn)換成電壓與基準(zhǔn)電平電路(13)比較，放大比較電路(9)經(jīng)門電路(11)與電流鎖存電路(10)相連，定電壓電子負(fù)載(8)的電壓由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置(12)確定，由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置(12)繪制曲線并計(jì)算被測(cè)組件(6)的電性能參數(shù)，同時(shí)通過(guò)半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)(14)測(cè)量當(dāng)前電池的PN結(jié)溫度。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀，其特征在于開(kāi)路電壓測(cè)試電路包括電壓保持電路(16)和電壓鎖存器(17)，被測(cè)組件(6)在開(kāi)路下，其電壓經(jīng)電壓保持電路(16)后再由電壓鎖存器(17)鎖存，由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置(12)采樣并保持，電壓鎖存器(17)由門電路(11)控制。
全文摘要
一種脈沖氙燈線光源臺(tái)架式太陽(yáng)電池組件測(cè)試儀,采用脈沖氙燈線光源和拋物面漫反射,光源與被測(cè)面之間裝有濾光系統(tǒng)和絲網(wǎng),實(shí)現(xiàn)光照均勻性,達(dá)到光譜要求。采用定電壓電子負(fù)載作為測(cè)量用負(fù)載,并設(shè)置開(kāi)路電壓測(cè)試電路,線光源由氙燈電源電路控制,被測(cè)組件在定電壓下產(chǎn)生的光電流經(jīng)鎖存,由計(jì)算機(jī)測(cè)控裝置采樣保存。本發(fā)明能在光脈沖重復(fù)性不一致的前提下,通過(guò)逐點(diǎn)閃光測(cè)量,采用數(shù)論方法擬合測(cè)量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)I－V曲線的準(zhǔn)確繪制和被測(cè)組件電性能參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1335514SQ0111303
公開(kāi)日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者崔容強(qiáng), 徐林, 丁正明, 楊宏喜, 匡子光 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)