CN104143959A - 光伏电池性能衰减监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电池性能衰减监测系统，包括测试光源模块、I-V曲线检测模块、通道切换模块、负载加载模块、通信控制单元及处理终端，I-V曲线检测模块检测光伏电池器件对外输出的伏安特性曲线；处理终端根据I-V曲线检测模块所检测到的伏安特性曲线，计算光伏电池器件的最大功率点的最优负载值；负载加载模块根据最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件上。本发明通过负载加载模块将计算得到的负载加载到所检测的光伏电池器件上，从而实现光伏电池器件在测试过程中始终对外做功，进而更贴合光伏电池器件在实际工作过程中的实际情况，能更加客观准确地模拟器件在实际工作状态下的衰减情况。

Description

光伏电池性能衰减监测系统

技术领域

本发明涉及光伏电池领域，具体的说是一种光伏电池器件性能衰减实时监测系统。

背景技术

太阳能作为一种清洁可持续能源，正在得到人们的普遍关注。为了让太阳能电池器件更廉价，除了提高其光电转化效率，降低制备成本外，提高太阳能电池器件的稳定性，延长其寿命也是重要的研究方向。

目前，光伏电池的稳定性及使用寿命通常采用可靠性检测手段来表征，即，将待测光伏电池置于较为苛刻的测试环境，如高温、高湿度的条件下，测试器件在加速老化条件下的器件性能变化。这样的检测方法比较简单，能够在一定程度下反映出器件的可靠性能。但这一测试方法存在着一些问题，首先器件在测试过程中并不对外做功。换句话说，器件是在断路情况下的老化过程，因此并不能准确反映器件在实际工作过程中的衰减变化，进而不能够准确模拟器件在实际工作状态下的使用寿命。另一方面，由于在测试过程中，器件处于断路状态，器件性能的变化过程并不能被完整地记录下来，因而不能够进行实时监测器件的衰减变化。

现有技术中，CN1769886A号中国专利申请公开了一种多路光伏电池性能实时测试方法，可以使用计算机多通道实时监控光伏电池的性能变化。然而，上述系统并不能实时跟踪器件的最大功率输出点，因此，器件实际处于断路状态，因而并不能准确地表征光伏器件在实际工作状态下的性能衰减过程。

有鉴于此，有必要提供一种光伏电池器件性能衰减监测系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的提供一种光伏电池性能实时监测系统，以实时跟踪器件的最大功率输出点，从而提升光伏电池器件的衰减变化测试的准确性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例公开一种光伏电池性能衰减监测系统，包括：

测试光源模块，用以发出照射到待监测的光伏电池器件上的光；

I-V曲线检测模块，用以检测所述光伏电池器件对外输出的伏安特性曲线；

处理终端，用以发出用以控制所述测试光源模块及所述I-V曲线检测模块运作的控制指令；所述处理终端与所述I-V曲线检测模块相互通信，以根据所述I-V曲线检测模块所检测到的伏安特性曲线，计算所述光伏电池器件的最大功率点的最优负载值；

通信控制单元，连接于所述处理终端与所述I-V曲线检测模块之间，以接收所述处理终端发出的控制指令并相应控制所述I-V曲线检测模块进行运作；所述通信控制单元还连接于所述处理终端与所述测试光源模块之间，以接收所述处理终端发出的控制指令并相应控制所述测试光源模块进行运作；

负载加载模块，与所述处理终端相互通信，用以接收所述处理终端所计算出的最优负载值，并根据所述最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件上。

作为本发明进一步的改进，所述光伏电池器件包括多个电池片，所述I-V曲线检测模块包括一通道切换模块，所述通道切换模块用以将所述I-V曲线检测模块在多个电池片间进行切换，以实现所述光伏电池器件中各个电池片的分别测试，例如，逐一测试。

作为本发明进一步的改进，所述光伏电池器件中每一个电池片与一负载电阻、一负载开关构成负载回路，所述负载电阻的阻值可根据最优负载值进行相应调整，所述负载开关用以控制所述负载回路的导通或断开。

作为本发明进一步的改进，所述负载电阻的阻值可以按照处理终端的指令变动，以实现光伏电池性最大功率点的自动跟踪。其中，所述负载电阻可由电阻及继电器等元件搭建而成。

作为本发明进一步的改进，所述通道切换模块包括第一选择开关和第二选择开关，所述第一选择开关用以将多个电池片之一的正极连接至所述I-V曲线检测模块的一端，所述第二选择开关用以将多个电池片之一的负极连接至所述I-V曲线检测模块的另一端。

作为本发明进一步的改进，所述系统还包括一用以感测光线强度的光强感测器，所述测试光源模块包括一用以调整光线强度的光源控制模块、以及一用以支撑所述光源装置的光源支撑模块，所述光源控制模块及所述光源支撑模块与所述通信控制单元相互通信，所述处理终端根据所述光强感测器所感测到的光线强度，相应控制所述光源控制模块及所述光源支撑模块，以校准光线强度或者稳定光线强度。

作为本发明进一步的改进，所述系统还包括一用以感测测试环境中参数值的环境传感器、及一连接于所述通信控制单元与环境传感器之间的环境控制模块，所述环境传感器所感测的参数值包括温度、或湿度、或含氧量中的一种或多种，所述环境控制模块用以根据测试环境中参数值的变化进行实时调整。

作为本发明进一步的改进，所述负载开关在所述I-V曲线检测模块处于测试状态时断开，在所述I-V曲线检测模块测试完毕后导通。

作为本发明进一步的改进，所述测试光源模块包括测试光源、用以为所述测试光源的输入电源、连接于所述测试光源的升降装置、恒流调节模块及工作电流显示模块，所述输入电源与所述测试光源之间还连接有开关电源降压模块及稳流模块，所述测试光源还包括一用以实现所述测试光源散热的散热模块。

作为本发明进一步的改进，所述测试光源具有多个LED灯的测试灯源组。

作为本发明进一步的改进，所述可变负载电阻可被可调电压源、或者可调电流源替换，以对光伏器件作电刺激。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所述光伏电池性能衰减监测系统包括测试光源模块、I-V曲线检测模块、处理终端、通信控制单元及负载加载模块，I-V曲线检测模块检测所述光伏电池器件对外输出的伏安特性曲线；处理终端根据所述I-V曲线检测模块所检测到的伏安特性曲线，计算所述光伏电池器件的最大功率点的最优负载值；负载加载模块根据所述最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件上。本系统通过负载加载模块将计算得到的负载加载到所检测的光伏电池器件上，从而实现光伏电池器件在测试过程中始终对外做功，进而准确反映器件在实际工作过程中的衰减变化，准确模拟器件在实际工作状态下的衰减情况，提升光伏电池器件的衰减变化测试的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式中光伏电池性能衰减监测系统的原理框图；

图2是本发明具体实施方式中负载加载模块和通道切换模块的工作原理图；

图3是本发明具体实施方式中对光伏电池性能衰减实时监测的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明具体实施方式中光伏电池性能衰减监测系统的原理框图。参图1所示，本实施方式中，光伏电池性能衰减监测系统100，包括测试光源模块30、I-V曲线检测模块6、处理终端10、通信控制单元20及负载加载模块80。其中，处理终端10可为笔记本电脑、台式电脑、服务器等具备处理功能的计算机。测试光源模块30用以发出照射到待监测的光伏电池器件50上的光。处理终端10用以发出用以控制所述测试光源模块30及所述I-V曲线检测模块6运作的控制指令，处理终端10与I-V曲线检测模块6相互通信，以根据所述I-V曲线检测模块6所检测到的伏安特性曲线，计算所述光伏电池器件50的最大功率点的最优负载值。通信控制单元20连接于所述处理终端10与所述I-V曲线检测模块6之间，以接收所述处理终端10发出的控制指令并相应控制所述I-V曲线检测模块6进行运作。所述通信控制单元20还连接于所述处理终端10与所述测试光源模块之间，以接收所述处理终端发出的控制指令并相应控制所述测试光源模块进行运作。负载加载模块80与所述处理终端10相互通信，用以接收所述处理终端10所计算出的最优负载值，并根据所述最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件50上。

本发明优选的实施方式中，I-V曲线检测模块6包括I-V曲线测试模块60及通道切换模块70，I-V曲线测试模块60用以检测所述光伏电池器件50对外输出的伏安特性曲线。所述光伏电池器件50包括多个电池片（电池阵列）：电池片一、电池片二、……电池片N，所述通道切换模块70用以将所述模块I-V曲线测试模块60在电池片一、电池片二、……电池片N间进行切换，以实现所述光伏电池器件50中电池片一至电池片N的逐一测试，从而获取到每一电池片的伏安特性曲线并发送至处理终端10进行计算。

继续参照图1所示，本实施方式中，所述系统100还包括一用以感测光线强度的光强感测器41、一用以调整光线强度的光源控制模块31、以及一用以支撑所述光源装置的光源支撑模块32，所述光源控制模块31、所述光源支撑模块32与所述通信控制单元20相互通信，所述处理终端10根据所述光强感测器41所感测到的光线强度，相应控制所述光源控制模块31及所述光源支撑模块32以校准光线强度或者稳定光线强度。通过实时监测测试光源的光线强度的变化，并根据实际测试需求实时调整光线强度及照射角度，从而确保测试效果处于较佳水准。本实施方式中，所述系统100还包括一用以感测测试环境中参数值的环境传感器40、及一连接于所述通信控制单元20与环境传感器40之间的环境控制模块33，所述环境传感器40所感测的参数值包括温度、或湿度、或含氧量中的一种或多种，具体地，该环境传感器40包括温度传感器42、湿度传感器43及气体传感器44等，所述环境控制模块33用以根据测试环境中温度、或湿度、或含氧量等参数值的变化，实时调整上述各个参数值，从而实现器件在可控的测试环境中进行。

图2是本发明具体实施方式中负载加载模块和通道切换模块的工作原理图。参图2所示，图中示意地绘示了四个电池片的测试原理图，本实施方式中，所述光伏电池器件50中每一个电池片与一阻值可变的负载电阻R1~R4、及一负载开关K1~K4构成负载回路，所述阻值可变的负载电阻R1~R4的阻值可根据最优负载值进行相应调整，所述负载开关K1~K4用以控制所述负载回路的导通或断开。优选地，阻值可变的负载电阻R1~R4为负载电阻。其中，处理终端10可以控制电池片阵列中的通道切换，通道切换模块70包括第一选择开关S1和第二选择开关S2，所述第一选择开关S1用以将多个电池片之一的正极连接至所述I-V曲线检测模块的一端，所述第二选择开S2关用以将多个电池片之一的负极连接至所述I-V曲线检测模块的另一端。处理终端10在得到某个电池片的伏安特性曲线数据后，可以通过计算得出器件的性能，计算机算出器件的最大功率点电压，最大功率点器件的外接电阻，将阻值反馈给负载电路，负载电路在收到传回来的阻值后，通过负载电阻来给器件加上相应的电阻。

本实施方式中，所述负载开关K1~K4在所述I-V曲线检测模块处于测试状态时断开，在所述I-V曲线检测模块测试完毕后导通。光伏器件的原始数据、计算出的性能参数、加载的电阻阻值以及采样得到的光强，温度、湿度等环境变量都可以实时记录。

图3是本发明具体实施方式中对光伏电池性能衰减实时监测的原理示意图。参图3所示，本实施方式中，所述测试光源模块30包括测试光源301、用以为所述测试光源301的输入电源304、连接于所述测试光源301的升降装置308、恒流调节模块302及工作电流显示模块303，所述输入电源304与所述测试光源301之间还连接有开关电源降压模块305及稳流模块306，所述测试光源301还包括一用以实现所述测试光源散热的散热模块307。优选地，所述测试光源301具有多个LED灯的测试灯源组，升降装置308通过机械式手动升降方式调节测试光源301的高度，恒流调节模块302和散热模块307构成光强相对稳定的光源系统。所述输入电源304采取交流（AC）220V。所述测试光源301与输入电源304之间的电路中连接有高温断路保护装置，以在电路温度过高时断开供电，从而保护测试光源。

值得提及的是，本发明其他实施方式中，所述可变负载电阻可被可调电压源、或者可调电流源等替换，以对光伏器件作电刺激。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所述光伏电池性能衰减监测系统包括测试光源模块、I-V曲线检测模块、处理终端、通信控制单元及负载加载模块，I-V曲线检测模块检测所述光伏电池器件对外输出的伏安特性曲线；处理终端根据所述I-V曲线检测模块所检测到的伏安特性曲线，计算所述光伏电池器件的最大功率点的最优负载值；负载加载模块根据所述最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件上。本系统通过负载加载模块将计算得到的负载加载到所检测的光伏电池器件上，从而实现光伏电池器件在测试过程中始终对外做功，进而准确反映器件在实际工作过程中的衰减变化，准确模拟器件在实际工作状态下的衰减情况，提升光伏电池器件的衰减变化测试的准确性。该系统通过测试光伏电池工作状态下的性能衰减变化过程，从而能够更为准确地表征器件的衰减变化，进而更稳准确的表征器件的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于包括：

测试光源模块，用以发出照射到待监测的光伏电池器件上的光；

I-V曲线检测模块，用以检测所述光伏电池器件对外输出的伏安特性曲线；

处理终端，用以发出用以控制所述测试光源模块、所述I-V曲线检测模块运作的控制指令；所述处理终端与所述I-V曲线检测模块相互通信，可以根据所述I-V曲线检测模块所检测到的伏安特性曲线，计算所述光伏电池器件的最大功率点的最优负载值；

通信控制单元，连接于所述处理终端与所述I-V曲线检测模块之间，以接收所述处理终端发出的控制指令并相应控制所述I-V曲线检测模块进行运作；所述通信控制单元还连接于所述处理终端与所述测试光源模块之间，以接收所述处理终端发出的控制指令并相应控制所述测试光源模块进行运作；

负载加载模块，与所述处理终端相互通信，用以接收所述处理终端所计算出的最优负载值，并根据所述最优负载值将相应阻值的负载电阻加载到所述光伏电池器件上。

2.根据权利要求1所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述光伏电池器件包括多个电池片，所述I-V曲线检测模块包含通道切换模块，所述通道切换模块用以将所述I-V曲线检测模块在多个电池片间进行切换，以实现所述光伏电池器件中各个电池片的逐一测试。

3.根据权利要求2所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述光伏电池器件中每一个电池片与一可变负载电阻、一负载开关构成负载回路，所述负载电阻的阻值可根据最优负载值进行相应调整，所述负载开关用以控制所述负载回路的导通或断开。

4.根据权利要求3所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述负载电阻的阻值可以按照处理终端的指令变动，以实现光伏电池性最大功率点的自动跟踪。

5.根据权利要求2所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述通道切换模块包括第一选择开关和第二选择开关，所述第一选择开关用以将多个电池片之一的正极连接至所述I-V曲线检测模块的一端，所述第二选择开关用以将多个电池片之一的负极连接至所述I-V曲线检测模块的另一端。

6.根据权利要求3所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述可变负载电阻可被可调电压源、或者可调电流源替换，以对光伏器件作电刺激。

7.根据权利要求1所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述系统还包括一用以感测光线强度的光强感测器，所述测试光源模块包括一用以调整光线强度的光源控制模块、以及一用以支撑所述光源装置的光源支撑模块，所述光源控制模块及所述光源支撑模块与所述通信控制单元相互通信，所述处理终端根据所述光强感测器所感测到的光线强度，相应控制所述光源控制模块及所述光源支撑模块，以校准光线强度或者稳定光线强度。

8.根据权利要求1所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述系统还包括一用以感测测试环境中参数值的环境传感器、及一连接于所述通信控制单元与环境传感器之间的环境控制模块，所述环境传感器所感测的参数值包括温度、或湿度、或含氧量中的一种或多种，所述环境控制模块用以根据测试环境中参数值的变化进行实时调整。

9.根据权利要求3所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述负载开关在所述I-V曲线检测模块处于测试状态时断开，在所述I-V曲线检测模块测试完毕后导通。

10.根据权利要求1所述的光伏电池性能衰减监测系统，其特征在于所述测试光源模块包括测试光源、用以为所述测试光源的输入电源、连接于所述测试光源的升降装置、恒流调节模块及工作电流显示模块，所述输入电源与所述测试光源之间还连接有开关电源降压模块及稳流模块，所述测试光源还包括一用以实现所述测试光源散热的散热模块。