CN102879722A - 太阳能电池阵列伏安性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池阵列伏安性能测试装置及其测试方法，包括辅助电源E、第一开关管T1、第二开关管T2、电阻R1、电流采样电阻R2、电阻R3、电容C1、高速模数转换电路和单片机；辅助电源E、电阻R1、电容C1、第一开关管T1、电阻R2使用时和太阳能电池串联构成RC充电回路；电阻R3、电容C1和开关管T2串联构成放电回路；辅助电源E为短路电流测试的补偿电源；单片机通过输出控制信号，完成电路的充电阶段、放电阶段和零负载状态的测试。本发明的装置和测试方法通过使用RC充电放电回路替代传统程控电子负载电阻，有效提高了测量速度，解决了太阳能光伏电池测量中高电压大电流产生的功耗问题。

Description

太阳能电池阵列伏安性能测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池检测领域，特别涉及太阳能电池阵列电流电压性能测试装置及测试方法。

背景技术

当前，太阳能电池利用光伏效应直接将光能转变为电能，应用十分方便，成为替代煤与石油等矿物的清洁能源，得到快速发展。对太阳能电池的电流电压性能进行测试，能有效的控制太阳能光伏电池的生产工艺、提高生产效率和保证生产质量。目前西安交通大学研制的JDSGC系列的太阳能电池参数测试仪是基于PC机或便携式笔记本测试设备，测试精度高，测试时间短，但最大测试电压范围和电流范围有限，且设备体积庞大、成本高，不适用于工程现场大规模施工测试和维护测试；目前国内大多数产品只能满足单电池、小组件的测量需求，不能应用于太阳能电池阵列。

发明内容

    本发明的目的是：提供一种太阳能电池阵列伏安性能测试装置及其测试方法，解决现有技术中太阳能电池测试的电压和电流范围有限的问题，而且测试装置实现微型化，便于工程现场对高电压、大电流的太阳能电池阵列进行测试。

本发明的技术方案是：本发明的太阳能电池阵列伏安性能测试装置，其结构特点是：包括辅助电源E、第一开关管T1、第二开关管T2、电阻R1、电流采样电阻R2、电阻R3、电容C1、高速ADC和单片机；上述的第一开关管T1和第二开关管T2均具有控制端、输入端和输出端；单片机具有电压信号输入端、电流信号输入端、第一控制信号输出端和第二控制信号输出端；高速ADC具有采样电压信号输入端、采样电流信号输入端、电压信号输出端和电流信号输出端；

上述的单片机的电压信号输入端与高速ADC的电压信号输出端电连接；单片机的电流信号输入端与高速ADC的电流信号输出端电连接；辅助电源电源E的正极和高速ADC的采样电压信号输入端具有公共接点，该公共接点使用时与太阳能电池阵列的正极电连接；辅助电源E的负极与电阻R1的一端电连接；电阻R1的另一端、电容C1的一端以及第二开关管T2的输出端共线；第二开关管T2的控制端与单片机的第一控制信号输出端电连接；第二开关管T2的输入端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端、电容C1的另一端以及第一开关管T1的输入端共线；第一开关管T1的控制端与单片机的第二控制信号输出端电连接；第一开关管T1的输出端、高速ADC的采样电流信号输入端以及电流采样电阻R2的一端共线；电流采样电阻R2的另一端接地。

进一步的方案是：上述的第一开关管T1和第二开关管T2均为绝缘栅耗尽型场效应管。

进一步的方案是：上述的第一开关管T1和第二开关管T2均为NPN型三极管。

进一步的方案是：上述的第一开关管T1和第二开关管T2均为大功率绝缘栅双极型晶体管。

采用上述的太阳能电池阵列伏安性能测试装置测试太阳能电池阵列的方法包括如下步骤：

①    首先让第二开关管T2开关管导通，调节开关管T1，使太阳能电池两端

电压为0，测量短路电流；

②第二开关管T2断开，第一开关管T1导通，电路进入RC充电电路慢速充电过程；高速ADC连续采样电阻R2两端电流和太阳能电池两端的电压，并做好记录，形成负载特性曲线； 

③RC充电过程结束时，测得太阳能电池两端的电压即为开路电压；

④第一开关管T1关断，第二开关管T2导通，电路进入RC快速放电过程，为下一次测量作好准备。

本发明具有积极的效果：（1）通过采用RC充电电路代替传统的可变负载，避免了手动或微处理器调节负载电阻，从而有效缩短测量伏安特性测量时间，减小了开关管的平均功耗。（2）通过采用高速AD转换电路，将太阳能电池阵列的测量周期限制在毫秒级别，从而有效降低了开关管的平均电流，减少了对被测电池的损伤。

附图说明

图1为本发明的太阳能电池阵列伏安性能测试的电原理图；

图2为本发明一次测试的控制流程示意图。

具体实施方式

    （实施例1）

见图1，本实施例的太阳能电池阵列伏安性能测试装置，由辅助电源E、第一开关管T1、第二开关管T2、电阻R1、电流采样电阻R2、电阻R3、电容C1、高速模数转换电路和单片机组成。

第一开关管T1和第二开关管T2均具有控制端、输入端和输出端，本实施例中第一开关管T1和第二开关管T2优选绝缘栅耗尽型场效应管，简称MOS管，MOS管的栅极即为第一开关管T1和第二开关管T2的控制端，MOS管的漏极即为第一开关管T1和第二开关管T2的输入端，MOS管的源极即为第一开关管T1和第二开关管T2的输出端。高速模数转换电路简称高速ADC，后述均以高速ADC叙述。     

单片机具有电压信号输入端03、电流信号输入端04、第一控制信号输出端01和第二控制信号输出端02；高速ADC具有采样电压信号输入端11、采样电流信号输入端12、电压信号输出端13和电流信号输出端14。

单片机的电压信号输入端03与高速ADC的电压信号输出端13电连接；单片机的电流信号输入端04与高速ADC的电流信号输出端14电连接。

辅助电源电源E的正极和高速ADC的采样电压信号输入端11具有公共接点，该公共接点使用时与太阳能电池阵列的正极电连接；辅助电源E的负极与电阻R1的一端电连接；电阻R1的另一端、电容C1的一端以及第二开关管T2的输出端共线；第二开关管T2的控制端与单片机的第一控制信号输出端01电连接；第二开关管T2的输入端与电阻R3的一端电连接，电阻R3的另一端、电容C1的另一端以及第一开关管T1的输入端共线；第一开关管T1的控制端与单片机的第二控制信号输出端02电连接；第一开关管T1的输出端、高速ADC的采样电流信号输入端12以及电流采样电阻R2的一端共线；电流采样电阻R2的另一端接地。

本实施例中的电流采样电阻R2可设置于电阻R1、电容C1、开关管T1、太阳能电池和补偿电源E组成的RC串联回路中的任意位置。电容C1也可选择由多个电容采取串联、并联、混联等多种形式设置。

参见图2，本实施例的太阳能电池阵列伏安性能测试装置的工作原理和对太阳能电池阵列的伏安性能测试方法如下述：

前述的辅助电源E、电阻R1、电容C1、第一开关管T1、电阻R2使用时和太阳能电池串联构成RC充电回路；电阻R3、电容C1和开关管T2串联构成放电回路；辅助电源E为短路电流测试的补偿电源；被测电压直接取自太阳能电池两端；单片机通过输出控制信号，完成电路的充电阶段、放电阶段和零负载状态的测试，单片机控制下对太阳能电池阵列的伏安性能测试的过程主要包括以下步骤：

①    首先让第二开关管T2开关管导通，调节开关管T1，使太阳能电池两端电压为0，

测量短路电流；

②第二开关管T2断开，第一开关管T1导通，电路进入RC充电电路慢速充电过程；高速ADC连续采样电阻R2两端电流和太阳能电池两端的电压，并做好记录，形成负载特性曲线； 

③RC充电过程结束时，测得太阳能电池两端的电压即为开路电压；

④第一开关管T1关断，第二开关管T2导通，电路进入RC快速放电过程，为下一次测量作好准备。

单片机接收高速ADC采集的采样电流和电压信号，进行数据处理与分析，得出的太阳能电池的开路电压、短路电流和伏安性能曲线等电学参数，可通过相应设备绘制或者显示其伏安特性也及I-V特性曲线；采集的数据和分析结果还可以通过有线通道传送给本地计算机，或者通过无线通道传送给远程服务器。

（实施例2）

本实施例的太阳能电池阵列伏安性能测试装置及方法其他方面与实施例1相同，不同之处在于，第一开关管T1和第二开关管T2选用NPN型三极管，三极管的基极即为开关管的控制端；三极管的射极即为开关管的输出端；三极管的集电极即为开关管的输入端。

（实施例3）

本实施例的太阳能电池阵列伏安性能测试装置及方法其他方面与实施例1相同，不同之处在于，第一开关管T1和第二开关管T2选用大功率绝缘栅双极型晶体管，英文简称IGBT, 大功率绝缘栅双极型晶体管的门极即为开关管的控制端；大功率绝缘栅双极型晶体管的发射极即为开关管的输出端；大功率绝缘栅双极型晶体管的集电极即为开关管的输入端。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1. 一种太阳能电池阵列伏安性能测试装置，其特征在于：包括辅助电源（E）、第一开关管（T1）、第二开关管（T2）、电阻（R1）、电流采样电阻（R2）、电阻（R3）、电容（C1）、高速ADC和单片机；所述的第一开关管（T1）和第二开关管（T2）均具有控制端、输入端和输出端；单片机具有电压信号输入端（03）、电流信号输入端（04）、第一控制信号输出端（01）和第二控制信号输出端（02）；高速ADC具有采样电压信号输入端（11）、采样电流信号输入端（12）、电压信号输出端（13）和电流信号输出端（14）；

所述的单片机的电压信号输入端（03）与高速ADC的电压信号输出端（13）电连接；单片机的电流信号输入端（04）与高速ADC的电流信号输出端（14）电连接；辅助电源电源（E）的正极和高速ADC的采样电压信号输入端（11）具有公共接点，该公共接点使用时与太阳能电池阵列的正极电连接；辅助电源（E）的负极与电阻（R1）的一端电连接；电阻（R1）的另一端、电容（C1）的一端以及第二开关管（T2）的输出端共线；第二开关管（T2）的控制端与单片机的第一控制信号输出端（01）电连接；第二开关管（T2）的输入端与电阻（R3）的一端电连接，电阻（R3）的另一端、电容（C1）的另一端以及第一开关管（T1）的输入端共线；第一开关管（T1）的控制端与单片机的第二控制信号输出端（02）电连接；第一开关管（T1）的输出端、高速ADC的采样电流信号输入端（12）以及电流采样电阻（R2）的一端共线；电流采样电阻（R2）的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列伏安性能测试装置，其特征在于：所述的第一开关管（T1）和第二开关管（T2）均为绝缘栅耗尽型场效应管。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列伏安性能测试装置，其特征在于：所述的第一开关管（T1）和第二开关管（T2）均为NPN型三极管。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池阵列伏安性能测试装置，其特征在于：所述的第一开关管（T1）和第二开关管（T2）均为大功率绝缘栅双极型晶体管。

5.一种由权利要求1到4任一所述的太阳能电池阵列伏安性能测试装置测试太阳能电池阵列的方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先让第二开关管T2开关管导通，调节开关管T1，使太阳能电池两端电压为0，

测量短路电流；

②第二开关管T2断开，第一开关管T1导通，电路进入RC充电电路慢速充电过程；高速ADC连续采样电阻R2两端电流和太阳能电池两端的电压，并做好记录，形成负载特性曲线； 

③RC充电过程结束时，测得太阳能电池两端的电压即为开路电压；

④第一开关管T1关断，第二开关管T2导通，电路进入RC快速放电过程，为下一次测量作好准备。

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