CN103916072A - 一种太阳能电池校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能电池校准装置及方法，首先，对太阳进行跟踪、定位及瞄准，测量并记录自然阳光直接辐照度；测量并记录太阳能电池短路电流；同时测量并记录天空总辐照度、散射辐照度及太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流值与自然阳光直接辐照度值的比值，否则不计算。本发明可以更加精确的校准太阳能电池的校准结果。

Description

一种太阳能电池校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池校准装置及方法。

背景技术

采用绝对辐射计、太阳跟踪仪测量太阳光辐照度，或用绝对辐射计校准传递标准探测器，国内已有相关的研究，如王玉鹏等的论文《双锥腔互补偿型绝对辐射计》（刊载于《光学精密工程》-2007.（11）.-1662-1667）论述其原理和灵敏度高、时间常数小、减小辐照度测量结果不确定度等。黄剑波等的《一种高精度全天候太阳跟踪仪的设计》(刊载于《长春理工大学学报》，自然科学版-2010（3）.-4-7)论述了太阳跟踪仪的实时跟踪和程序跟踪两种方式，采用了GPS、四象限硅光电池等跟踪太阳。王学新等的《辐射计校准技术的研究》（刊载于《应用光学》-2004.25（5）.-18-21）论述了以绝对辐射计（标准辐射计）作为最高标准，通过选择合适的辐射源标准，用标准辐射计对传递标准探测器进行校准。

背景技术存在的缺点：不能精确测量太阳能电池校准结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种太阳能电池校准方法，精确的测量太阳能电池的校准结果。

本发明问题之一是这样实现的：一种太阳能电池校准方法，包括如下步骤：

步骤10、对太阳进行跟踪、定位及瞄准；

步骤20、测量并记录自然阳光直接辐照度；

步骤30、测量并记录太阳能电池短路电流；

步骤40、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

步骤50、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度；

步骤60、根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值，否则不计算。

进一步地，所述步骤10进一步具体为：

通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准。

进一步地，所述步骤20进一步具体为：

通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔。

进一步地，所述步骤30进一步具体为：

通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门。

进一步地，所述步骤50进一步具体为：

在进行步骤20、30的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度。

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种太阳能电池校准装置，精确的测量太阳能电池的校准结果。

本发明问题之一是这样实现的：一种太阳能电池校准装置，包括如下模块：

自然光跟踪定位测量模块，对太阳进行跟踪、定位及瞄准；

直接辐照度检测模块，测量并记录自然阳光直接辐照度；

电池短路电流检测模块，测量并记录太阳能电池短路电流；

电池温度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

天空总辐照度及散射辐照度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度；

太阳能电池校准验证模块，根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值，否则不计算。

进一步地，所述自然光跟踪定位测量模块进一步具体为：

通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准。

进一步地，所述直接辐照度检测模块进一步具体为：

通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔。

进一步地，所述电池短路电流检测模块进一步具体为：

通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门。

进一步地，所述天空总辐照度及散射辐照度检测模块进一步具体为：

在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度。

本发明具有如下优点：一种太阳能电池校准方法及装置精确的测量太阳能电池的校准结果，并且该装置便于用户携带及安装。

具体实施方式

一种太阳能电池校准方法，包括如下步骤：

步骤10、对太阳进行跟踪、定位及瞄准：通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准；

步骤20、测量并记录自然阳光直接辐照度：通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔；

步骤30、测量并记录太阳能电池短路电流：通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门；

步骤40、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

步骤50、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度：在进行步骤20、30的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度；

步骤60、根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值（即为所测的太阳能电池短路电流的值/所测的自然阳光直接辐照度的值），否则不计算。

一种太阳能电池校准装置，包括如下模块：

自然光跟踪定位测量模块，对太阳进行跟踪、定位及瞄准：通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准；

直接辐照度检测模块，测量并记录自然阳光直接辐照度：通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔；

电池短路电流检测模块，测量并记录太阳能电池短路电流：通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门；

电池温度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

天空总辐照度及散射辐照度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度：在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度；

太阳能电池校准验证模块，根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值（即为所测的太阳能电池短路电流的值/所测的自然阳光直接辐照度的值），否则不计算。

本发明是采用自然阳光校准参考太阳能电池，将绝对辐射计和太阳跟踪装置、被校准的参考太阳能电池的安装和温度监控装置、天空总辐照度和散射辐照度测量装置等关键设备集成设计和安装成同一套装置，达到保证校准结果的准确度、且便于户外使用携带安装的目的。

1、绝对辐射计安装于太阳跟踪仪，太阳跟踪仪采用双轴跟踪太阳方位角和高度角，并采用四象限光电定位器精确定位瞄准太阳，之后绝对辐射计接受阳光照射，测量自然阳光直接辐照度。

2、被校准的太阳能电池（包括温度测控装置）安装于太阳跟踪仪，在绝对辐射计按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度后，开启限制被校准太阳能电池照射光入射角的准直光管上的快门控制器，让自然阳光照射电池，采用多用数字式电参数测量仪测量电池产生的短路电流和电池的温度。

3、天空总辐照度、散射辐照度遮光装置安装于太阳跟踪仪，测量的总辐照度和散射辐照度。

4、计算机与软件测控系统的功能

4.1 在一个测量过程依序测控的功能为：

①控制太阳跟踪仪跟踪、定位、瞄准太阳；

②控制绝对辐射计按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度，测量结束瞬间关闭入射光孔；

③控制被校准的太阳能电池的快门器开启快门，多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流，太阳能电池的快门器关闭快门；

④在②、③过程测量天空总辐照度、散射辐照度；

⑤在②、③过程测量被校准的太阳能电池的温度；

⑥当温度偏离规定温度范围，调整制冷或制热系统控制被校准的太阳能电池的温度。

上述①、②、③、④、⑤为一个测量循环过程，在自然阳光直接辐照度测量结束瞬间同步测量太阳能电池短路电流、温度和天空总辐照度、散射辐照度；⑥为不间断的连续过程。

4.2 计算机与软件测控系统的功能还包括：

①在一个测量过程记录自然阳光直接辐照度、太阳能电池短路电流、温度和天空总辐照度、散射辐照度；

②根据太阳能电池温度修正短路电流；

③根据天空总辐照度与散射辐照度的比值判断这个测量过程是否有效；

④计算太阳能电池短路电流与自然阳光直接辐照度的比值作为校准结果（CV值）。

本发明具有如下优点：

1、利用自然阳光作为照射太阳能电池、进而测量太阳能电池短路电流的光源，与光伏业界普遍使用太阳模拟器作为光源相比，具有与光伏电池在自然阳光下使用的特点相一致的显著、独特的优点，如自然阳光均匀性很好、光谱与标准的AM1.5光谱很接近、辐照度值很宽，等等。

2、利用绝对辐射计和太阳跟踪仪测量自然阳光辐照度，可以达到很高的精度，如直接辐照度测量结果扩展不确定度U=1.0%（k=2），比使用太阳模拟器作为光源的辐照度测量结果扩展不确定度小1倍以上。

3、采用绝对辐射计与多种仪器、软件集成的太阳能电池校准装置来校准参考太阳能电池CV值，比采用太阳模拟器的校准结果准确度高很多。

4、本发明装置便于户外使用携带安装。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池校准方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤10、对太阳进行跟踪、定位及瞄准；

步骤20、测量并记录自然阳光直接辐照度；

步骤30、测量并记录太阳能电池短路电流；

步骤40、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

步骤50、在进行步骤20、30的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度；

步骤60、根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值，否则不计算。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池校准方法，其特征在于：所述步骤10进一步具体为：

通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池校准方法，其特征在于：所述步骤20进一步具体为：

通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池校准方法，其特征在于：所述步骤30进一步具体为：

通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池校准方法，其特征在于：所述步骤50进一步具体为：

在进行步骤20、30的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度。

6.一种太阳能电池校准装置，其特征在于：包括如下模块：

自然光跟踪定位测量模块，对太阳进行跟踪、定位及瞄准；

直接辐照度检测模块，测量并记录自然阳光直接辐照度；

电池短路电流检测模块，测量并记录太阳能电池短路电流；

电池温度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录太阳能电池温度，根据所测量的太阳能电池温度进行短路电流修正，调节制冷或制热系统控制太阳能电池温度；

天空总辐照度及散射辐照度检测模块，在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，进行测量并记录天空总辐照度及散射辐照度；

太阳能电池校准验证模块，根据天空总辐照度及散射辐照度的比值验证测量过程是否有效，若有效，则计算该过程所测的太阳能电池短路电流与所测的自然阳光直接辐照度的比值，否则不计算。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池校准装置，其特征在于：所述自然光跟踪定位测量模块进一步具体为：

通过控制太阳跟踪仪进行对太阳的跟踪、定位及瞄准。

8.根据权利要求6所述的一种太阳能电池校准装置，其特征在于：所述直接辐照度检测模块进一步具体为：

通过控制绝对辐射计，打开其入射光孔按照其时间常数测量自然阳光直接辐照度并记录，测量结束时关闭入射光孔。

9.根据权利要求6所述的一种太阳能电池校准装置，其特征在于：所述电池短路电流检测模块进一步具体为：

通过控制被校准的太阳能电池的快门控制器开启快门，使用多用数字式电参数测量仪测量太阳能电池短路电流并记录，测量结束后关闭快门。

10.根据权利要求6所述的一种太阳能电池校准方法，其特征在于：所述天空总辐照度及散射辐照度检测模块进一步具体为：

在直接辐照度检测模块和电池短路电流检测模块进行测量的同时，用天空总辐照度测量装置测量并记录天空总辐照度，用散辐照度测量装置测量并记录散射辐照度。