CN104009715A - 一种用于太阳能电池标定的测试夹 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳能电池标定的测试夹，包括导电条和设在导电条上的若干探针组，每个探针组包括两根电流探针和一根电压探针；每个探针组中，电压探针设在两根电流探针的正中间，两根电流探针相对于电压探针对称分布。本发明提供的测试夹，在测试太阳能电池时，能够使主栅线电阻引起的电压测量误差小于0.1%，测量结果稳定，重复性好。

Description

一种用于太阳能电池标定的测试夹

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池标定的测试夹。

背景技术

随着太阳能技术的不断发展，现有的电力供应中，太阳能电池所提供的电力占有重要的比重。在测量太阳能电池的输出功率时，需要较高的精确度，不然，由于电量基数较大，即使有1%的测量误差，也会产生巨大的资源浪费和经济损失。因此，精确测量太阳能电池的输出功率，对于提高太阳能电池的输出功率具有重要作用，而所选择的的太阳能测试夹的结构对太阳能电池的最大输出功率的测量结果有直接的影响。

现有技术中存在的测试探针或探针排有多种，例如专利申请号为201310331980.9的“一种无损式太阳电池电流-电压测试系统样品夹具”，其采用两根探针（一根为电压探针，一根为电流探针）对太阳电池主栅线进行电流-电压特性测试；再如，专利申请号为201120185513.6的“一种太阳电池通电测试装置”，其采用两根可调节的悬臂探针对太阳电池主栅线进行电流-电压特性测试。该两个专利都只采用两根探针，进行I-V测量，虽然比较方便，但由于太阳电池主栅线存在电阻，导致主栅线电势分布不均匀。而且，在使用电流、电压探针时测量时，在理论上要求电流、电压探针位于同一被测点，但由于加工工艺的限制，电流、电压探针的最短可实现距离在2mm～3mm。因此，如果只采用2根探针，采集到的电势和真实值误差较大，随着太阳电池标定要求日益提高，这种2根探针检测的方式已经不能满足太阳能电池的测量需要。因此，需要一种产生较小误差的较为精确的测试夹。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于太阳能电池标定的测试夹。

本发明具体的技术方案如下：一种用于太阳能电池标定的测试夹，包括导电条以及设在导电条上的若干探针组，每个探针组包括两根电流探针和一根电压探针；电流探针与导电条导通，电压探针与导电条绝缘；其中，每个探针组中，电压探针设在两根电流探针之间。

作为优化方案，每个探针组中，电压探针设在两根电流探针的正中间，电流探针相对于电压探针对称分布。

作为优化方案，每个探针组中电流探针之间的距离为6.0mm。

作为优化方案，导电条上设有8个探针组。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的测试夹，在测试太阳能电池时，能够使主栅线电阻引起的电压测量误差小于0.1%。

（2）本发明提供的测试夹测量结果稳定，重复性好。

附图说明

图1为本发明所提供的一种测试夹。

图2为测试夹电流探针在H型太阳电池主栅线边沿的电流流向分布图。

图3为主栅线上不同数目电流探针下的电势分布图。

图4为当N=6,7,8….20时对应的电压误差图。

图5为电压、电流探针位置改进前与改进后的电势差对比图。

图6为传统测试夹测试太阳能电池连接图。

图7为图6电流电压探针间距离与电势差的实测关系曲线图。

图8为本发明测试夹测试太阳能电池连接图。

图9为I=5.0A时图8电流电压探针间距离与电势差的实测关系曲线图。

上图中序号为：1-导电条、2-电流探针、3-电压探针、4-太阳能电池主栅线、5-测试夹。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

具体实施方式：

在本实施例中，一种用于太阳能电池标定的测试夹，如图1所示，包括导电条1以及设在导电条上的探针组，每个探针组包括两根电流探针2和一根电压探针3；电流探针与导电条导通，电压探针与导电条绝缘；其中，电压探针3设在两根电流探针2的正中间，两根电流探针相对于电压探针对称分布；每个探针组中两根电流探针之间的距离为6.0mm；导电条1上设有8个探针组。以上仅为说明本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此。

以下结合图2～图7，对本发明的原理作出说明。

其中，测试夹的电流探针设计原理如下：

所用的太阳能电池为156*156的H型硅太阳能电池，如图1所示，在H型太阳能电池主栅线边沿的电流流向。由图1可知，电流经过细栅线逐步汇入主栅线，再由电流探针流出。

为便于分析，假定电池有效面积内的各处特性相同，电流连续流入主栅线上，则：

在主栅线x处的电流：I(x)=2ρBx  （1）

ρ为面电流密度，2B为相邻两主栅线的距离。

在主栅线x处的电阻：  （2）

R为主栅线等效串联电阻，2A为主栅线长度

在主栅线x处的电势为：dU=I(x)dR  （3）

在主栅线x处相对于x=0处的电势差为：

$U\left(x\right)=\frac{\mathrm{BR\ρ}}{A}{\∫}_0^x\mathrm{xdx}=\frac{\mathrm{BR\ρ}}{2A}{x}^1---\left(4\right)$

在主栅线从x=0到x处的功率损耗为：

$P\left(x\right)=\frac{2{\mathrm{\ρ}}^2{B}^{2}R}{A}{\∫}_0^x{x}^2\mathrm{dx}=\frac{2{\mathrm{\ρ}}^2{B}^{2}R}{3A}{x}^3---\left(5\right)$

设ρ=30mA/cm²，主栅线等效串联电阻R=80mΩ，每个主栅线上电流探针的数量为N，以相邻电流探针的正中间为0电势，则由公式（1）可知，主栅线上各处电势不同。当N=3，4，5，6，7时，主栅线的电势分布图如图3所示。

由公式（4）可知，当x最大时，即x位于电流探针处时，其相对于x=0（即两个电流探针的正中间处）时电势差最大。此时：

$U\left(x\right)|\max =\frac{\mathrm{BR\ρ}}{A}{\∫}_0^{\frac{A}{N-1}}\mathrm{xdx}=\frac{\mathrm{\ρBR}}{2A}{\left(\frac{A}{N-1}\right)}^2---\left(6\right)$

由公式(6)知N越大,U(x)|max越小，主栅线的电势分布越均匀。该值表征了在主栅线边沿单点连接测量电压的误差，该误差由主栅线的电阻引起，但可以通过合理设计电流探针的位置和数目N来减少这种误差。在本实施例中，需要将这种误差降到0.1%以内。假定最大功率点的输出电压为560mV，若使主栅线上U(x)|max小于输出电压的0.1%，即：

$\frac{\mathrm{\&rho;BR}}{2A}{\left(\frac{A}{N-1}\right)}^2<(560\mathrm{mV}\&times;100\%)---\left(7\right)$

由公式（7）可知，N＞9。故对于上述假设态下，测试夹至少应包含9根等间距的电流探针，如图4所示，为N=6,7,8,9,10,11……20时引入的电压误差，考虑到余量，在本实施例中选N=16。因此，在导电条1上设有16根电流探针2，依次两根为一组，共8组，每组中电流探针2之间的距离可以设为6mm。本实施例中选择探针组的组数为8组，但不限于8组，可以根据实际需要调整探针组的组数。

测试夹的电压探针设计原理如下：

如图2所示，可知主栅线上的电势对称分布。理论上，可以用靠近电流探针2的电压探针3来连接电压测量回路。而实际中，由于电池特性在各处不完全一致，因此主栅线上的电势并不是规则的对称分布。现有技术中的做法是，缩短电压探针3和电流探针2之间的距离，以缩小电流、电压测试点不在同一位置所引起的误差。为了减小这一误差，可以在每个电流探针2的一侧设置一根电压探针3，并且使电压探针3的位置无限接近电流探针2。然而，现有技术中用成对尽可能靠近的电压探针和电流探针作为电压-电流测量连接，前后两次电流探针和电压探针的位置的微小变化，将导致电压的极大变化。其原因在于：

对公式（4）求导：可以得到电势变化率U'：

$U^{\&prime;}=\frac{\mathrm{dU}\left(x\right)}{\mathrm{dx}}=\frac{\mathrm{\&rho;BR}}{A}x$ 其中 $x\&Element;(0,\frac{A}{N-1})$

显然，当x=0时，电势变化率U'最小，此时U'=0；当时，电势变化率U'最大，此时因此，当x=0时，即电压探针3设在每个探针组的正中间时，电势的变化率最小；当时，即电压探针3设在电流探针处时，电势的变化率最大。

因此，若在靠近电流探针2的位置设置电压探针3（此时电势变化率最大），前后两次电流探针或电压探针的位置微小变化，都会导致电压的较大变化。

为了改善这一缺点，在前述测试夹的电流探针设计的基础上，依次每相邻两根电流探针2为一组，共8组；在每组的两根电流探针2之间，各设一根电压探针3。每组的两个电流探针2和电压探针3共同组成一个探针组。采用探针组的形式，电流探针2和电压探针3之间的电压差明显减小，对比结果如图4所示。并且，在本实施例中，本发明提供的电压测试设计电压探针3的位置位于其所在探针组的正中间，如图2所示，可知探针组两根电流探针2的正中间电势变化率为0，所以电压探针3的位置的微小变化，不会引起电压探针3和电流探针2之间电压的较大变化，重复性较好。结合前述电流测试设计，在每个探针组中，电压探针3的位置距相邻电流探针2的距离为3mm。

验证试验：

为验证电压探针与电流探针距离差对最大输出功率点处电压测量结果的影响，测量主栅线不同位置相对于电流探针处的电势差。如图6所示，为现有技术中测试夹测试太阳能电池连接图。其中，如图所示，4个电压探针3通过导线引出连接在一起，作为零电势。以左侧测试夹电流探针所在位置为坐标原点，由左向右移动测量主栅线上的电势。选择输出电流I=5.0A和I=4.5A两个值，所测电势差与电流探针位置关系如图7所示。

由图7可知，电压探针3和电流探针2之间距离x，电压探针3和电流探针2之间的电势差与x²成正比，与电流面密度ρ成正比，符合公式（4）。

本发明提供的测试夹测试太阳能电池连接图，如图8所示。其中，实际使用的测试夹如图8所示的前排测试夹，即测试夹包括8个探针组，每个探针组包括两根电流探针2和一根电流探针3，所有电流探针2与导电条1导通，电压探针3与导电条1绝缘。在本实施例中，为了测试电压探针3在太阳能电池主栅线位置的电势，将电压探针用导线连接，如图8后排测试夹所示。在本实施例中，以如图8所示的测试夹的最左侧探针组的电压探针3处电势为0，测试其他电压探针3的电势。当I=5.0A时，图8的测量结果如图9所示。

由图7可知，在I=5A时，现有技术中的测试夹电压探针3所在主栅线位置的电势差最大约为35mV，最小时也将近5mV，而由图9可知，在I=5A时，本发明提供的测试夹电压探针3所在主栅线位置的电势差不超过0.8mV。显然，本实施例所提供的测试夹的测量时电势分布更均匀，使太阳能电池主栅线电阻引起的电压测量误差小于0.1%，测量结果稳定，可重复性好。

以上公开的仅为本申请的具体实施例及设计原理，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于太阳能电池标定的测试夹，其特征在于，包括导电条以及设在所述导电条上的若干探针组；每个探针组包括两根电流探针和一根电压探针；所述电压探针设在所述电流探针之间；其中，所述电流探针与所述导电条导通，所述电压探针与所述导电条绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池标定的测试夹，其特征在于，每个探针组中，电压探针设在两根电流探针的正中间，两根电流探针相对于电压探针对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳能电池标定的测试夹，其特征在于，每个探针组中两根电流探针之间的距离不大于6.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于太阳能电池标定的测试夹，其特征在于，所述导电条上设有8个探针组。