CN104503508B - 一种太阳电池测试台温控系统及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳电池测试台温控系统及温控方法，该温控系统包括：工作台，其中设置有第一温度传感器；半导体制冷片，紧贴于工作台的下方，用于对工作台进行加热或制冷；散热片，紧贴于半导体制冷片的下方；以及温度控制系统，与温度传感器以及半导体制冷片相连。该方法包括：S91：检测工作台的温度，得到第一温度信号；S92：温度控制系统接收所述第一温度信号，将其与预设温度相比较，计算出半导体制冷片的控制参数；S93：根据半导体制冷片的控制参数驱动半导体制冷片对工作台进行加热或制冷。本发明的太阳电池测试台温控系统及温控方法，应用范围广，响应速度快，噪声小，能耗少。

Description

一种太阳电池测试台温控系统及温控方法

技术领域

本发明涉及一种温控装置，特别涉及一种太阳电池测试台温控系统及温控方法。

背景技术

太阳电池的测量是在太阳光照条件下进行的，电池温度会随光照升高。而太阳电池的测量结果与太阳光和温度直接相关。为保证量值的统一，太阳电池标准中规定了太阳电池标准测试条件(辐照度1000W/m2，温度25℃，光谱分布AM1.5G)。然而工厂测试条件很难符合要求的标准测试条件。目前通用做法是通过上级标定实验室对其在标准测试条件下进行标定，并测试各参数的温度系数。工厂通过监测现场环境温度，再根据给定的温度系数，将实测结果转换成标准测试条件下的结果。因此标定试验室，除能实现标准测试条件要求的温度外，还应对温度进行可设定控制，以便测试电池的各参数的温度系数。太阳能电池标定时光照引起的热密度高，很难通过控制环境温度来实现对电池片温度的控制。现有的太阳电池测试台的温度控制如下：

专利号为“200910061751.3”，专利名称为“一种太阳电池参数测试装置”的中国专利提供了一种带散热装置的测试系统，当工作台温度高于预设温度时，可以通过该散热装置将温度降低至预设温度；但是，该装置不能对工作台进行加热，因此，当工作台温度低于预设温度时，该装置不能使用。

专利号为“201110244435.7”，专利名称为“太阳电池组件温度系数测试台”的中国专利提供了一种带有恒温装置的测试系统，把太阳电池组件放在密闭的恒温装置中，温度控制系统控制恒温装置的温度，该装置适用于太阳电池组件，密闭装置对太阳光功率损耗大，且其采用空气制冷，功耗及噪声大。

专利号为“201310227224.1”，专利名称为“一种适用于背接触晶体硅太阳电池的测试平台”的中国专利提供了一种带温控系统的测试平台，该温控系统采用一定温度及流速的液体来控制测试平台的温度，该系统结构复杂，实现成本高，且采用液体控温的响应速度慢，控制难度高。

因此，现有的太阳电池测试台温度控制系统存在应用范围窄，响应速度慢，功耗大、噪声大等问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种太阳电池测试台温控系统及温控方法，其采用半导体制冷片来对工作台进行制冷或加热，工作台为开放式测试台，应用范围广；采用控制半导体制冷片中的电流来控制其工作，响应速度快，噪声小，能耗少，解决现有技术中应用范围窄，响应速度慢，功耗大，噪声大的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种太阳电池测试台温控系统，包括：工作台，其中设置有第一温度传感器；半导体制冷片，紧贴于工作台的下方，用于对工作台进行加热或制冷；散热片，紧贴于半导体制冷片的下方；以及温度控制系统，与所述第一温度传感器以及所述半导体制冷片相连。温度控制器根据温度传感器的温度信号与预设温度的差值，确定对半导体制冷片所加电流的方向和大小，控制半导体制冷片对工作台进行加热或制冷；工作台为开放式工作台，用于对太阳电池进行测试时，太阳光可直接照射在太阳电池上，相对于密闭测试装置来说，所需的能耗小；半导体制冷片底部安装有散热片，用于半导体制冷片制冷时，给其散热；采用半导体制冷片，与水冷相比，响应速度快，达到预设温度所需的时间少。

较佳地，所述温度控制系统包括：控制器及半导体制冷片驱动电路；其中：所述控制器的输入端与所述第一温度传感器相连，输出端与所述半导体制冷片驱动电路的输入端相连，所述半导体制冷片驱动电路的输出端与所述半导体制冷片相连；所述控制器比较所述第一温度传感器的温度信号与预设温度信号，将比较结果利用PID算法计算出所述半导体制冷片驱动电路中功率管的占空比，所述半导体制冷片驱动电路根据其功率管的占空比控制流入所述半导体制冷片的电流方向和大小，电流的方向决定半导体制冷片是加热还是制冷，电流的大小决定了半导体制冷片加热或制冷的功率。其中：PID算法的比例积分项、微分项系数可根据需要进行调节，温度控制范围大。

较佳地，太阳电池测试台温控系统还包括：风扇，设置于散热片的底部，所述风扇与所述温度控制系统相连，用于产生空气对流，加速传热。

较佳地，所述散热片中设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器的输入端相连。所述控制器根据第二温度传感器与第一温度传感器的温度差，即散热器和工作台的温度差，对所述风扇的功率进行控制，达到节能、降噪的效果。

较佳地，所述温度控制系统还包括：风扇驱动电路；其中：所述风扇驱动电路的输入端与所述控制器的输出端相连，输出端与所述风扇相连；所述控制器比较所述第一温度传感器的温度信号与所述第二温度传感器的温度信号，将比较结果利用PID算法计算出所述风扇驱动电路中功率管的占空比，所述风扇驱动电路根据其功率管的占空比控制所述风扇的转速。

较佳地，所述半导体制冷片包括多个，多个所述半导体制冷片均匀排布，半导体制冷片相对于太阳电池来说比较小，均匀设置多个半导体制冷片，对工作台的加热或制冷比较均匀，且可以减少达到预设温度的时间。

较佳地，所述第一温度传感器、所述散热片以及所述风扇都包括多个，每个制冷片对应一个第一温度传感器、一个散热片以及一个风扇，可以实现半导体制冷片的单独控制，更好地保证加热或制冷的均匀性，同时达到节能的效果。

较佳地，所述温度传感器为DS18D20数字温度传感器，其响应速度快，受环境其他因素的影响小，精度高。

本发明还提供一种太阳电池测试台温控方法，其包括以下步骤：

S91：检测工作台的温度，得到第一温度信号；

S92：:温度控制系统接收所述第一温度信号，将其与预设温度相比较，计算出半导体制冷片的控制参数；

S93：根据半导体制冷片的控制参数来控制半导体制冷片对工作台进行加热或制冷。

较佳地，所述步骤S93之后还包括：

S101：检测散热片的温度，得到第二温度信号；

S102：温度控制系统接收所述第二温度信号，将其与所述第一温度信号相比较，计算出风扇的控制参数；

S103：根据风扇的控制参数来控制风扇转速。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的太阳电池测试台温控系统及方法，采用半导体制冷片，对工作台既能加热，也能制冷，响应速度快；

(2)本发明的工作台为开放式工作台，测试时，太阳光可直接照射，能耗少；

(3)利用PID算法对功率管的占空比进行计算，其比例积分项、微分项可调，以达到比较大的温度控制范围；

(4)散热片中也设置有温度传感器，可根据散热器与工作台的温度差，对风扇的转速进行调节，节能、降噪；

(5)根据太阳电池的大小均匀排布多个半导体制冷片，每个半导体制冷片对应一个第一温度传感器，提高了温度均匀性。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的实施例1的太阳电池测试台温控系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的太阳电池测试台温控系统的工作原理图；

图3为本发明的实施例2的太阳电池测试台温控系统的结构示意图；

图4为本发明的实施例3的太阳电池测试台温控系统的半导体制冷片分布图；

图5为本发明的太阳电池测试台温控系统的温度稳定性测试图；

图6为本发明的实施例4的太阳电池测试台温控方法的流程图；

图7为本发明的实施例5的太阳电池测试台温控方法的流程图。

标号说明：1-工作台，2-第一温度传感器，3-半导体制冷片，4-散热片，5-温度控制系统，6-风扇，7-第二温度传感器，51-控制器，52-半导体制冷片驱动电路，53-风扇驱动电路。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例详细描述本发明的太阳电池测试台温控系统，如图1所示，其包括工作台1，埋置于工作台1中的第一温度传感器2，紧贴于工作台1下方的半导体制冷片3，紧贴于半导体制冷片3下方的散热片4，第一温度传感器2以及半导体制冷片3与温度控制系统5相连。第一温度传感器2用于探测工作台的温度，将探测到的温度信号传给温度控制系统5，温度控制系统5根据此温度信号与预设温度的差值，控制半导体制冷片对工作台进行加热或制冷，当半导体制冷片制冷时，散热片4对其进行散热。

本实施例中，温度控制系统5包括控制器51以及半导体制冷片52，控制器51的输入端与第一温度传感器2相连，输出端与半导体制冷片驱动电路52相连，半导体驱动电路52的输出端与半导体制冷片3相连。

如图2所示为本实施例的工作原理图，第一温度传感器2的温度信号H(s)与预设温度R(s)相减，得到E(s),然后将其利用PID算法进行计算，PID算法公式为：

G₁(s)＝Kp+Ki/s+Kd*s

得出半导体制冷片驱动电路52的功率管的占空比为E(s)×G₁(s)，然后加入干扰信号N(s)，再将其与半导体制冷片3的热传递函数G₂(s)相乘，即为工作台1所达到的温度C(s)：

C(s)＝(E(s)×G₁(s)+N(s))×G₂(s)

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上，在散热片4的下方设置风扇，用来产生空气对流，加速散热。同时在散热片4中设置第二温度传感器7，风扇9和第二温度传感器7分别与温度控制系统5相连，温度控制系统5根据第一温度传感器2和第二温度传感器7的温差来控制风扇6的转速。

温度控制系统5对风扇6的控制原理与实施例1中对半导体制冷片3的控制原理类似，此处不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1的基础上，设置多个半导体制冷片3。针对满足156mm×156mm太阳电池片的工作台1，工作台1的面积比较大，为了达到比较好的温度均匀性，设置4个半导体制冷片3，每个半导体制冷片3的大小为40mm×40mm，4个半导体制冷片3呈2×2阵列排布，其排布图如图4所示，这样设置之后，温控系统的温度均匀性非常好。同时每个半导体制冷片3对应一个第一温度传感器2以及一个散热片4，每个散热片4对应一个风扇6，能更好地保证温度的均匀性，且能节省能耗。

如图5所示，为对本实施例测试台稳定性的测试图，测试条件为：在1000W/m²模拟太阳光照下，将预设温度设置为25℃，当太阳电池测试台的温度监测温度值稳定在25℃时，开启F×100自动记录温度数据，记录了30分钟内的温度数据，从图中可看出，在30分钟内，温度在24.8℃和24.9℃之间跳跃，温度变化仅为0.1度，其稳定性非常高。

实施例4：

本实施例详细描述本发明的太阳电池测试台温控方法，其是利用实施例1的温控系统来实施，包括以下步骤：

S91：检测工作台1的温度，得到第一温度信号；

S92：控制器51接收第一温度信号，将其与预设温度相比较，计算出半导体制冷片驱动电路52的功率管的占空比；

S93：半导体制冷片驱动电路52根据其功率管的占空比驱动半导体制冷片3对工作台1进行加热或制冷。

实施例5：

本实施例是利用实施例2的温控系统来实施的温控方法，其是在实施例4的基础上，在步骤S93之后还包括：

S101：检测散热片4的温度，得到第二温度信号；

S102：控制器51接收所述第二温度信号，将其与所述第一温度信号相比较，计算出风扇驱动电路53的功率管的占空比；

S103：风扇驱动电路53根据其功率管的占空比驱动风扇6转动，控制其转速。

上述实施例中，控制器51可以利用单片机来实现。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种太阳电池测试台温控系统，其特征在于，包括：

工作台，其中设置有第一温度传感器；

半导体制冷片，紧贴于所述工作台的下方，用于对工作台进行加热或制冷；

散热片，紧贴于所述半导体制冷片的下方；以及

温度控制系统，与所述第一温度传感器以及所述半导体制冷片相连；

所述温度控制系统包括：控制器及半导体制冷片驱动电路；其中：

所述控制器的输入端与所述第一温度传感器相连，输出端与所述半导体制冷片驱动电路的输入端相连，所述半导体制冷片驱动电路的输出端与所述半导体制冷片相连；

所述控制器比较所述第一温度传感器的温度信号与预设温度信号，将比较结果利用PID算法计算出所述半导体制冷片驱动电路中功率管的占空比，所述半导体制冷片驱动电路根据其功率管的占空比控制流入所述半导体制冷片的电流方向和大小；

还包括：风扇，设置于散热片的底部，所述风扇与所述温度控制系统相连；

所述散热片中设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的太阳电池测试台温控系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括：风扇驱动电路；其中：

所述风扇驱动电路的输入端与所述控制器的输出端相连，输出端与所述风扇相连；

所述控制器比较所述第一温度传感器的温度信号与所述第二温度传感器的温度信号，将比较结果利用PID算法计算出所述风扇驱动电路中功率管的占空比，所述风扇驱动电路根据其功率管的占空比控制所述风扇的转速。

3.根据权利要求1所述的太阳电池测试台温控系统，其特征在于，所述半导体制冷片包括多个，多个所述半导体制冷片均匀排布。

4.根据权利要求3所述的太阳电池测试台温控系统，其特征在于，所述第一温度传感器、所述散热片以及所述风扇都包括多个，每个半导体制冷片对应一个第一温度传感器、一个散热片以及一个风扇。

5.根据权利要求1所述的太阳电池测试台温控系统，其特征在于，所述第一温度传感器和/或所述第二温度传感器为DS18D20数字温度传感器。

6.一种太阳电池测试台温控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S91：检测工作台的温度，得到第一温度信号；

S92：温度控制系统接收所述第一温度信号，将其与预设温度相比较，计算出半导体制冷片的控制参数；

S93：根据半导体制冷片的控制参数来控制半导体制冷片对工作台进行加热或制冷；

S101：检测散热片的温度，得到第二温度信号；

S102：温度控制系统接收所述第二温度信号，将其与所述第一温度信号相比较，计算出风扇的控制参数；

S103：根据风扇的控制参数来控制风扇转速。