CN104201988A

CN104201988A - 一种太阳电池组件电性能测试方法

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Publication number: CN104201988A
Application number: CN201410474464.6A
Authority: CN
Inventors: 冯云峰; 王水威; 王锦波; 曾祥超; 刘皎; 赵孟钢; 张会文; 刘佳
Original assignee: SHAANXI GSOLAR POWER CO Ltd
Current assignee: SHAANXI GSOLAR POWER CO Ltd
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: CN104201988B

Abstract

本发明所述的太阳电池组件电性能测试方法涉及太阳电池检测领域，尤其涉及太阳电池组件的电性能测量领域。包括1）向太阳电池组件照射模拟太阳光；2）在该模拟太阳光的辐照度稳定到预定值后，采集参数绘制稳定态IV曲线；3）将模拟太阳光的辐照度衰减为0；4）在该模拟太阳光衰减期内采集参数绘制衰减态Suns-V_oc曲线；5）根据稳定态IV曲线和衰减态Suns-V_oc曲线，计算出太阳电池组组件的电性能参数。本发明改进了太阳电池组件的测试时间段，使太阳模拟器工作一次就可以获得太阳电池组件的电性能，并保证该电性能表征可靠度和稳健性。

Description

一种太阳电池组件电性能测试方法

技术领域

本发明涉及太阳电池检测领域，尤其涉及太阳电池组件的电性能测量领域。

背景技术

目前，光伏行业发展迅速，对光伏产品的性能要求不断提高，因此对光伏产品性能评定的依据，即测量方法和测量结果的科学性和精确性提出了更高的要求。

太阳电池组件的电性能检测是指使用太阳模拟器来模拟自然条件下的太阳光来照射太阳电池组件，在太阳模拟器光照时间范围内，通过调节太阳电池组件两端的负载大小，同时测量不同负载下的电流和电压，得到太阳电池的IV特性曲线。根据IV特性曲线及太阳电池组件内的太阳电池片尺寸和连接情况，使用一定的计算方法，可以得到太阳电池组件的开路电压V_oc、短路电流I_sc、最佳工作电压V_m、最佳工作电流I_m、最大功率P_max、填充因子FF、串联电阻R_s、并联电阻R_sh、电池效率η等参数，这些参数即是表征太阳电池组件性能的关键参数。

太阳电池组件的电性能测试，既为太阳电池组件的生产工艺改进提供了参考依据，又为太阳电池组件的销售提供定价依据，是太阳电池组件生产环节中的重要一环，因此能在工业生产中实现高效、精确地检测太阳电池组件电性能的方法显得尤为重要。

对太阳电池来说，串联电阻R_s是一个非常重要的参数，严重影响了太阳电池的输出功率，因此对串联电阻R_s阻值的计算及测试的方法较多，但是德国夫琅禾费太阳能系统研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems）的D.Pysch等人对五种不同的计算方法进行了可靠性和稳健性分析（Pysch D, Mette A, Glunz S W. A review and comparison of different methods to determine the series resistance of solar cells[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2007, 91(18): 1698-1706.），得到的结果是：双光强法、明暗IV曲线对比法和Suns-V_oc法测得的结果最具可靠性和稳健性。

而上述三种可靠性和稳健性较好的方法中双光强法是唯一在IEC标准中提及的R_s测量方法（IEC 60891-2009：Photovoltaic devices – Procedures for temperature and Irradiance corrections to measured I-V characteristics），但是在使用双光强法测R_s时，需要单片太阳电池检测系统提供至少提供两次模拟太阳光谱和辐照度的均匀光照，并且每次照射的辐照度应该不同，这样就造成生产效率低下，因而没有在太阳电池工业生产中广泛应用。而明暗IV曲线对比方法也需要单片太阳电池检测系统进行两次测试，分别测量得到太阳电池在有光照和在无光照环境下的IV曲线才能精确计算R_s，同样导致工作效率降低，没有在工业生产中推广应用。类似地，在传统单片太阳电池检测系统中，要实现Suns-V_oc法测量R_s，同样需要单片太阳电池检测系统工作两次，第一次工作采集标准测试条件下IV曲线，第二次工作采集辐照度与开路电压随时间的变化曲线，因此也由于效率低下而没有应用于工业生产。

如上所述，在太阳电池片的串联电阻R_s测量上，双光强法、明暗IV曲线对比法和Suns-V_oc法均是实验验证过的准确度较高的方法，但是在生产过程中要实现这三种方法均存在降低生产效率、增加生产成本的问题。同样，对于太阳电池组件的串联电阻R_s测量上，上述三种方法同样是准确度较高的方法，同样也存在降低生产效率、增加生产成本的问题。但是，对于太阳电池组件，串联电阻R_s严重影响其输出功率和短路电流的大小，同时，对串联电阻R_s的测量，对于表征太阳电池组件的电性能、发现太阳电池组件生产过程中的工艺问题具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种准确性高且一次照射即可获得结果的太阳电池组件电性能测试方法。

本发明所述的太阳电池组件电性能测试方法，包括：

1）向太阳电池组件照射模拟太阳光；

2）在该模拟太阳光的辐照度稳定到预定值后，采集参数绘制稳定态IV曲线；

3）将模拟太阳光的辐照度衰减为0；

4）在该模拟太阳光衰减期内采集参数绘制衰减态Suns-V_oc曲线；

5）根据稳定态IV曲线和衰减态Suns-V_oc曲线，计算出太阳电池组组件的电性能参数。

其中IV曲线和Suns-V_oc曲线均可以利用现有的方法或设备来实现。

上述电性能是指通常太阳电池组件测试时所需检测的表征太阳电池组件的关键参数，如开路电压V_oc、短路电流I_sc、最佳工作电压V_m、最佳工作电流I_m、最大功率P_max、填充因子FF、串联电阻R_s、并联电阻R_sh、电池效率η等。

上述参数除串联电阻R_s外，均按现有方式进行检测并计算。串联电阻Rs的计算公式为：

其中，I_max为IV曲线中最大功率点的电流值，V_max为IV曲线中最大功率点的电压值，V’为Suns-V_oc曲线中电流为Imax时对应的电压值。

使用该方法的优越性在于，对于太阳电池的IV曲线测试，如图1和图2所示，无论是在单结模型中还是双结模型中，其测试结果中均有串联电阻R_s的影响，而对于Suns-V_oc测试，在光源辐照度衰减过程中，电子负载部分只采集太阳电池的光电压，因此消除了串联电阻R_s对测量结果的影响，即Suns-V_oc曲线中没有R_s的影响。

步骤3）中所述的模拟太阳光可以是均匀或是不均匀地衰减。但是为了方便控制等原因，可以选用均匀地衰减。

此外该衰减可以通过现有的公知技术来实现。对于单次脉冲太阳模拟器，光源衰减可以通过使用单次脉冲太阳模拟器中的单片机按预定的值调节单次脉冲太阳模拟器发出的模拟太阳光来实现。其中可以通过使用单片机按预定的电压值调节其提供给单次脉冲太阳模拟器的电压来实现模拟太阳光的衰减。

本发明改进了太阳电池组件的测试时间段，使太阳模拟器工作一次就可以获得太阳电池组件的电性能，并保证该电性能表征可靠度和稳健性。

附图说明

图1：太阳电池单结模型等效电路。

图2：太阳电池双节模型等效电路。

图3：太阳电池组件IV曲线和Suns-V_oc曲线，图中，曲线1为衰减态Suns-V_oc曲线，曲线2为稳定态IV曲线。

图4：实施例一光源辐照度变化曲线。

图5：实施例二光源辐照度变化曲线。

图6：实施例二的光源辐照度控制逻辑图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例中使用的设备为单次脉冲太阳模拟器。

通常单次脉冲太阳模拟器包括控制电路、光源系统、标准太阳电池、电子负载、高速数据采集系统，以及必要的数据处理、显示和存储设备。

在本实施例中，它的工作过程为：

1）数据处理设备指示控制电路向太阳模拟器光源供电，使其发出模拟太阳光照射被测的太阳电池组件；

2）控制电路采集标准太阳电池接收到的辐照度强度信号；

3）当标准太阳电池接收到的辐照度达到预定值时，控制电路触发电子负载和高速数据采集系统同时工作，在光源辐照度在预定值附近稳定，并且稳定度达到要求的时间内（即图4中t2-t3时间内），高速数据采集系统采集太阳电池组件两端电压和电子负载两端的电压，以及标准太阳电池接收到的辐照度信号和系统温度等参数，得到稳定态IV曲线。

4）然后控制电路停止向太阳模拟器光源供电，使其发出的模拟太阳光自然衰减；

5）在该模拟太阳光衰减期内（即图4中t3-t5时间内）高速数据采集系统采集太阳电池组件两端电压和电子负载两端的电压，以及标准太阳电池接收到的辐照度信号和系统温度等参数，得到衰减态Suns-V_oc曲线；

6）根据稳定态IV曲线和衰减态Suns-V_oc曲线，如图1所示，计算出太阳电池组件的电性能参数；

7）图3中曲线1中最大功率点的电流和电压分别为I_max和V_max，电流值为I_max时，在曲线1中对应的电压为V’，则

实施例二：

本实施例仍选用单次脉冲太阳模拟器，它的工作过程为：

1）数据处理设备指示控制电路向太阳模拟器光源供电，使其发出脉冲光照射太阳电池组件；

2）控制电路采集标准太阳电池接收到的辐照度信号；

3）当标准太阳电池接收到的辐照度达到预定值时，控制电路触发电子负载和高速数据采集系统同时工作，在光源辐照度在预定值附近稳定，并且稳定度达到要求的时间内（即图5中t2-t3时间内），高速数据采集系统采集太阳电池组件两端电压和电子负载两端的电压，以及标准太阳电池接收到的辐照度信号和系统温度等参数，得到稳定态IV曲线。

4）然后控制电路均匀地降低给太阳模拟器光源供电的电压，即基准电压在2ms-8ms如5ms内均匀地降至0，使脉冲光均匀地衰减，其控制逻辑如图6所示。

其中：

1为标准太阳电池所接收辐照度；

2为标准太阳电池采样电路输出电压，与辐照度成正比；

3为控制电路输出钳位电压，即控制电路的基准电压；

4为辐照度控制电路中的反相比较器，其输入为采样电池与钳位电压，其输出电压信号作为IGBT模块门极的输入信号；

5为IGBT的门极电压，电路工作时，存在两种状态：正电压和负电压，由反相比较器输出端信号决定；

6为光源工作电功率W，受与光源串联的IGBT的导通和关断状态影响，决定光源出射光功率，即直接决定测试面上辐照度大小。

5）在该脉冲光衰减期内（即图5中t3-t5时间内）高速数据采集系统采集太阳电池组件两端电压和标准太阳电池接收到的辐照度信号和系统温度等参数，得到衰减态Suns-V_oc曲线；

6）根据稳定态IV曲线和衰减态Suns-V_oc曲线，如图3所示，计算出太阳电池组件的电性能；

7）串联电阻R_s，它的计算公式为：

显而易见地，以上描述只是本发明的两个实施例，对于本领域的普通技术人员，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它的附图，并根据实际情况调整辐照度衰减曲线，进行实际生产。

Claims

1.太阳电池组件电性能测试方法，其特征在于包括：

1）向太阳电池组件照射模拟太阳光；

3）将模拟太阳光的辐照度衰减为0；

2.如权利要求1所述的太阳电池组件电性能测试方法，其特征在于步骤5）所述的电性能包括太阳电池组件的串联电阻R_s，它的计算公式为：

其中，I_max为IV曲线中最大功率点的电流值，V_max为IV曲线中最大功率点的电压值，V’为Suns-V_oc曲线中电流为I_max时对应的电压值。

3.如权利要求1或2所述的太阳电池组件电性能测试方法，其特征在于使用单次脉冲太阳模拟器向太阳电池组件照射模拟太阳光，所述的步骤3）是使用单次脉冲太阳模拟器中的单片机按预定的值调节单次脉冲太阳模拟器发出的模拟太阳光。

4.如权利要求3所述的太阳电池组件电性能测试方法，其特征在于所述的单片机按预定的电压值调节其提供给单次脉冲太阳模拟器的电压，从而调节太阳模拟器发出的模拟太阳光。