CN102759696A - 太阳能电池i-v特性调节和取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池I-V特性调节和取样装置，包括负载调整电路、电流取样电路、电压取样电路；太阳能电池以四线制方式接入，其中正端电压信号线、负端电压信号线连接到电压取样电路，正端电流信号线依次连接到负载调整电路、电流取样电路，再连接到负端电流信号线；控制信号的正负端分别连接到负载调整电路和电流取样电路，控制信号使负载调整电路从开路到短路变化；电流取样电路对太阳能电池的负载电流进行取样，输出电流取样信号；电压取样电路对太阳能电池的端电压进行取样，输出电压取样信号。其优点是：本装置电路简单、实用，性价比高，适合于小功率的I-V特性测量。可获取太阳能电池在不同太阳辐照度条件下的I-V特性曲线。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的测试设备，具体是一种太阳能电池I-V特性调节和取样装置。
背景技术
在太阳能资源调查中，需要了解在不同安装角度、当地的各种太阳辐照度下，不同类型太阳能电池的 I-V 特性曲线以及实际发电效率，这就需要有一种装置，可以实时调节太阳能电池的负载，令负载从短路到开路之间变化，并获取其电流和电压的变化，从而得到 I-V特性曲线。目前的太阳能电池I-V特性曲线测试仪，要么局限于实验室测试用，要么用于 PV 阵列的测试，且大都属于中、大功率的测试设备，体积大、构造复杂、价格昂贵，不能适合太阳能资源调查的小功率、批量应用需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种太阳能电池I-V特性调节和取样装置，该装置通过简单的电路结构获取太阳能电池的I-V特性曲线。
按照本发明提供的技术方案，所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，包括：负载调整电路、电流取样电路、电压取样电路；太阳能电池以四线制的方式接入，正端和负端各引出2根线，分别为正端电压信号线、负端电压信号线、正端电流信号线和负端电流信号线，其中所述正端电压信号线、负端电压信号线连接到电压取样电路，正端电流信号线依次连接到负载调整电路、电流取样电路，再连接到负端电流信号线；控制信号是一个可变电压，所述控制信号的正负端分别连接到负载调整电路和电流取样电路，负载调整电路在所述控制信号的作用下改变太阳能电池的负载，使太阳能电池端电压和输出电流产生变化；所述控制信号的大小使负载调整电路从开路到短路变化；电流取样电路对太阳能电池的负载电流进行取样，输出一个与电流成比例的电压信号即电流取样信号；电压取样电路对太阳能电池的端电压进行取样，输出一个与端电压成比例的电压信号即电压取样信号。
所述电流取样电路的电流取样信号以二线制的方式输出。所述电压取样电路的电压取样信号以二线制的方式输出。
为满足测试精度要求，在本发明的电流测量回路中，短路电流时线路的压降不超过开路电压的3%。电压取样电路的输入阻抗应大于20kΩ/V×太阳能电池的开路电压。
所述负载调整电路采用一个MOSFET器件，MOSFET器件漏极连接正端电流信号线，MOSFET器件源极连接电流取样电路，MOSFET器件栅极连接所述控制信号。
所述电流取样电路采用第一电阻，第一电阻的两端分别输出正、负电流取样信号。
所述电压取样电路包括串接的第二电阻和第三电阻，连接顺序为：正端电压信号线连接到第二电阻，再连接到第三电阻，再连接到负端电压信号线，所述第三电阻的两端分别输出正、负电压取样信号。
本发明的优点是：本装置电路简单、实用，性价比高，适合于小功率的I-V特性测量。本装置对太阳能电池的负载进行调节，得到太阳能电池从开路到短路的电流和电压的取样信号，从而可以获取太阳能电池在不同太阳辐照度条件下的I-V特性曲线。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图。
图2是本发明实施例电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括：负载调整电路1、电流取样电路2、电压取样电路3；太阳能电池4以四线制的方式接入，正端和负端各引出2根线，分别为正端电压信号线L1、负端电压信号线L2、正端电流信号线L3和负端电流信号线L4，其中所述正端电压信号线L1、负端电压信号线L2连接到电压取样电路3，正端电流信号线L3依次连接到负载调整电路1、电流取样电路2，再连接到负端电流信号线L4；控制信号是一个可变电压，所述控制信号的正负端分别连接到负载调整电路1和电流取样电路2，负载调整电路1在控制信号的作用下改变太阳能电池4的负载，使太阳能电池4端电压和输出电流产生变化；所述控制信号的大小使负载调整电路1从开路到短路变化；电流取样电路2对太阳能电池4的负载电流进行取样，输出一个与电流成比例的电压信号；电压取样电路3对太阳能电池4的端电压进行取样，输出一个与端电压成比例的电压信号。
正端电压信号线L1、负端电压信号线L2用于电压取样电路3，正端电流信号线L3、负端电流信号线L4用于负载调整和电流取样电路2，这样即使电流测量回路中存在大电流，也不会在电压测量回路的线路上产生压降而造成测量误差。正端电流信号线L3、负端电流信号线L4的线路阻抗要足够小，应根据布线长度、太阳能电池4短路电流和开路电压的大小进行计算，确保在短路电流时线路的压降不超过开路电压的3%。
所述控制信号是一个可变的电压值，通常可由I-V 数据采集器来提供。控制信号的电压范围应使负载调整电路1从开路到短路变化，控制信号的电压分辨力可根据所需的I-V数据点数来确定。
负载调整电路1在控制信号的作用下，改变太阳能电池4的负载，使太阳能电池4端电压和输出电流产生变化。根据控制信号的大小，负载调整电路1可从开路到短路变化。负载调整电路1常常由MOSFET器件构成，这个器件必须有非常低的导通电阻，通常应小于30mΩ，合适的工作电流（略高于太阳能电池的短路电流），较低的栅极、源极阈值电压。
电流取样电路2对太阳能电池4的负载电流进行取样，得到一个与电流成比例的电压信号。电流取样电路2对太阳能电池4负载的影响应足够小(考虑L3、L4的线路阻抗，确保在短路电流时线路的压降不超过开路电压的3%)，以满足太阳能电池4短路电流的测试要求。电流取样信号以二线制的方式输出，有利于I-V数据采集器提高测量准确度。
电压取样电路3对太阳能电池4的端电压进行取样，得到一个与端电压成比例的电压信号。电压取样电路3对太阳能电池4的端电压的影响应足够小（阻抗应大于20kΩ/V×开路电压），以满足太阳能电池4开路电压的测试要求。电压取样信号以二线制的方式输出，有利于I-V数据采集器提高测量准确度。
如图2所示，MOSFET器件M构成了负载调整电路1，第一电阻R1构成了电流取样电路2，第二电阻R2、第三电阻R3构成了电压取样电路3，I+、I-是电流取样信号，V+、V- 是电压取样信号，输出到I-V数据采集器。I-V数据采集器控制本装置，通过输出控制信号使太阳能电池的负载从短路到开路之间变化一次，同时，采样在每个控制点下的电流取样信号和电压取样信号，得到一对I-V数据。这个控制过程每分钟进行一次，每次获取一组共20对I-V数据，利用这组数据可绘出一条太阳能电池的I-V特性曲线。具体电路连接关系为：MOSFET器件M漏极连接正端电流信号线L3，MOSFET器件M源极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接负端电流信号线L4，第一电阻R1两端分别输出电流取样信号I+、I-给I-V数据采集器，MOSFET器件M栅极连接控制信号正极，控制信号负极连接负端电流信号线L4，第二电阻R2一端和第三电阻R3一端相连并输出电压取样信号V+给I-V数据采集器，第二电阻R2另一端连接正端电压信号线L1，第三电阻R3另一端连接负端电压信号线L2并输出电压取样信号V-给I-V数据采集器。
本实施例针对2.5W的多晶硅、单晶硅、薄膜太阳能电池板，在水平安装、纬度角安装、单轴跟踪安装、双轴跟踪安装等多种安装方式下，进行全天候的I-V特性测量，每分钟取得一条I-V特性曲线，达到了较好的效果，适合大规模应用于全国太阳能资源观测站。
Claims (8)
1. 太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是：包括负载调整电路（1）、电流取样电路（2）、电压取样电路（3）；太阳能电池（4）以四线制的方式接入，正端和负端各引出2根线，分别为正端电压信号线（L1）、负端电压信号线（L2）、正端电流信号线（L3）和负端电流信号线（L4），其中所述正端电压信号线（L1）、负端电压信号线（L2）连接到电压取样电路（3），正端电流信号线（L3）依次连接到负载调整电路（1）、电流取样电路（2），再连接到负端电流信号线（L4）；控制信号是一个可变电压，所述控制信号的正负端分别连接到负载调整电路（1）和电流取样电路（2），负载调整电路（1）在所述控制信号的作用下改变太阳能电池（4）的负载，使太阳能电池（4）端电压和输出电流产生变化；所述控制信号的大小使负载调整电路（1）从开路到短路变化；电流取样电路（2）对太阳能电池（4）的负载电流进行取样，输出一个与电流成比例的电压信号即电流取样信号；电压取样电路（3）对太阳能电池（4）的端电压进行取样，输出一个与端电压成比例的电压信号即电压取样信号。
2.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述电流取样电路（2）的电流取样信号以二线制的方式输出。
3.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述电压取样电路（3）的电压取样信号以二线制的方式输出。
4.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，电流测量回路中，短路电流时线路的压降不超过开路电压的3%。
5.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述电压取样电路（3）的输入阻抗应大于20kΩ/V×太阳能电池的开路电压。
6.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述负载调整电路（1）采用一个MOSFET器件（M），MOSFET器件（M）漏极连接正端电流信号线（L3），MOSFET器件（M）源极连接电流取样电路（2），MOSFET器件（M）栅极连接所述控制信号。
7.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述电流取样电路（2）采用第一电阻（R1），第一电阻（R1）的两端分别输出正、负电流取样信号。
8.如权利要求1所述太阳能电池I-V特性调节和取样装置，其特征是，所述电压取样电路（3）包括串接的第二电阻（R2）和第三电阻（R3），连接顺序为：正端电压信号线（L1）连接到第二电阻（R2），再连接到第三电阻（R3），再连接到负端电压信号线（L2），所述第三电阻（R3）的两端分别输出正、负电压取样信号。
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