CN105187011A - 查找太阳能电池限流单元及输出均匀电流方法、遮光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种查找太阳能电池限流单元的方法，另外还公开一种输出均匀电流方法，此外还公开一种遮光装置。其中，查找太阳能电池限流单元的方法是通过设置遮光装置逐一测量电池组件的输出参数的方式查找电池组件中的限流单元，首先通过遮光装置依次遮蔽每一个电池组件中的子电池，以测量出电池组件中每一个子电池的电学特性，通过比对短路电流值，查找出该电池组件中的限流单元，也即限流子电池。所以，采用该方法不但可以测量封装前或封装后的组件中所有子电池的限流情况，还可以为节宽设计提供量化依据，优化电路设计，提高电池组件的输出功率。

Description

查找太阳能电池限流单元及输出均匀电流方法、遮光装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种查找太阳能电池限流单元的方法，还涉及一种应用上述方法的使太阳能电池输出均匀电流的方法；另外，还涉及一种遮光装置。

背景技术

以玻璃为衬底制备的非晶硅/CIGS等薄膜电池组件由多个子电池串联而成，每个子电池皆为一个电流产生单元。由于大面积镀膜过程中存在膜层均匀性的问题，因此衬底不同位置处的子电池具有不同的光吸收和电流产生能力。组件的整体输出受限于电流产生能力最弱的子电池。在电池组件节宽设计时，需要考虑膜层的不均匀性因素。测量组件中的各个子电池的电流产生能力，可以为电池节宽设计提供依据。

现有测量子电池限流的办法一般为：在封装前，自组件边缘位置的子电池起，采取贴铝带的办法依次向内测量。这种办法只能测量边缘少数几节子电池的限流情况，无法测量组件中间位置的数十节子电池的情况。并且采取贴铝带的方法无法对封装后的组件进行测量，而对于某些薄膜电池，封装使用一段时间后，子电池的限流情况可能会不同于初始状态，采取贴铝带的方法将不能对这些电池组件进行测量。

发明内容

本发明提供一种查找太阳能电池限流单元的方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明还提供一种输出均匀电流的方法。

本发明另外还提供一种遮光装置。

本发明提供一种查找太阳能电池限流单元的方法，包括：

预设遮光装置；

将所述遮光装置依次设置在太阳能电池的电池组件中的一个或一组子电池上，以遮蔽照射至所述一个或一组子电池上的光线；

对所述电池组件依次进行相同程度的光学调制，分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性；将每一个或每一组子电池的电学特性对应于其相应的子电池；

根据所述电学特性获取每一个或每一组子电池的短路电流；

获取小于或等于电流阈值的限流集合；

将获取的所述限流集合中短路电流值对应的子电池设定为太阳能电池的限流单元。

可选的，所述遮光装置的形状尺寸与所述一个或一组子电池的形状尺寸相同。

可选的，所述分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性中的电学特性中包括电池组件的伏安特性。

可选的，所述一组子电池包括至少两个子电池。

可选的，所述对电池组件依次进行相同程度的光学调制包括，采用相同的光强强度的光线照射该电池组件。

可选的，所述遮光装置为遮光条，所述遮光条的材料为PET薄膜。

可选的，所述遮光装置的厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米。

可选的，所述遮光装置的厚度是50微米。

可选的，在波长为340纳米到1000纳米范围内，所述遮光装置的遮光率的范围为大于等于5％，且小于等于30％。

可选的，所述遮光装置的遮光率为15％。

可选的，所述将所述遮光装置依次设置在一个或一组子电池上具体是，采用胶带将所述遮光装置依次固定在一个或一组子电池上。

可选的，所述电池组件中的子电池采用串联方式连接。

本发明还提供一种输出均匀电流的方法，包括：

采用上述的查询太阳能电池限流单元的方法获取太阳能电池组件中的限流单元，即限流子电池；

根据所述限流子电池的输出电流设置该限流子电池的节宽，以保证电池组件输出的电流具有均匀性。

可选的，所述根据限流子电池的输出电流设置该限流子电池的节宽，以保证电池组件输出的电流具有均匀性，具体是，增加所述限流子电池的节宽，以保证所述限流子电池的输出电流与电池组件中其他子电池的输出电流之间具有均匀性。

本发明另外还提供一种遮光装置，其特征在于，包括：支架和遮光条，所述支架设置于太阳能电池的电池组件上，所述遮光条的两端以滑动连接的方式设置于所述支架上，所述遮光条沿着支架的延伸方向移动；

所述遮光条的形状尺寸与所述电池组件中子电池的形状尺寸相同。

可选的，还包括按钮，所述遮光条沿着支架的延伸方向移动具体是，所述按钮控制所述遮光条沿着支架的延伸方向移动。

可选的，所述遮光条为PET材料，厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米；所述遮光条的遮光率的范围是大于等于5％，且小于等于30％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种查找太阳能电池限流单元的方法，该方法包括：预设遮光装置；将所述遮光装置依次设置在太阳能电池的电池组件中的一个或一组子电池上，以遮蔽照射至所述一个或一组子电池上的光线；对电池组件依次进行相同程度的光学调制，分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性；将每一个或每一组子电池的电学特性对应于其相应的子电池；根据所述电学特性获取每一个或每一组子电池的短路电流；将所有子电池对应的短路电流值作比对，获得短路电流的最小值；将所述短路电流的最小值对应的子电池设定为限流单元。该方法通过遮光装置可测量出电池组件中每一个子电池的电学特性，通过比对短路电流值，查找出该电池组件中的限流单元，也即限流子电池。所以，采用该方法不但可以测量封装前或封装后的组件中所有子电池的限流情况，还可以为节宽设计提供量化依据，优化电路设计，提高电池组件的输出功率。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种查找太阳能电池限流单元的方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的查找太阳能电池限流单元的方法的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种输出均匀电流的方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的一种遮光装置的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种查找太阳能电池限流单元的方法，该方法应用于太阳能电池的技术领域，具体是涉及到在设计太阳能电池中电池组件的节宽问题。为了更方便理解本申请的技术方案，以下先对太阳能电池进行简单的介绍。

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其工作原理是：通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能，现有的太阳能电池一般是以光电效应工作的薄膜式太阳能电池，例如：常见的有的a-Si(非晶硅太阳能电池)和CIGS(铜铟镓硒薄膜太阳能电池)，a-Si为传统的太阳能电池，而CIGS为新型的太阳能电池。

以上述薄膜太阳能电池a-Si和CIGS为例说明，a-Si和CIGS均是以玻璃为衬底制备的薄膜太阳能电池，该太阳能电池的电池组件由多个子电池串联而成，每个子电池可称为一个电流产生单元。

但是，由于在制作电池过程中，大面积镀膜时会造成膜层均匀性差的问题，因此，衬底不同位置处的子电池将会具有不同的光吸收能力以及电流产生能力。电池组件的整体输出能力受限于电流产生能力最弱的子电池。所以，在电池组件节宽设计时，需要考虑膜层的不均匀性的因素，因此，测量电池组件中的各个子电池的电流产生能力，可以为电池节宽设计提供依据。

在知悉太阳能电池的基本知识的基础上，本申请实施例所提供的方法是以太阳能电池中的电池组件为测量对象，以下将对本申请的实施例进行详细的描述。

根据上述介绍，说明电池组件中子电池所产生的电流取决于两个因素：第一是入射到表面的光的强度；第二是电池本身的光吸收能力和电流产生能力。因此，本申请实施例提供的方案是通过改变入射到电池表面的光的强度来测量出子电池产生电流能力的大小。

图1是本申请实施例提供的一种查找太阳能电池限流单元的方法的流程图，图2是本申请实施例提供的查找太阳能电池限流单元的方法的示意图，请参照图1和图2，该方法包括如下步骤：

步骤S101，预设遮光装置。

在该步骤中，首先要设置一遮光装置，所述遮光装置用于在对电池组件进行测量时，部分或全部遮挡照射至电池组件中某部分子电池上的光线。

其次，是对所述遮光装置的形状、材料等的选择。

在实际应用中，所述遮光装置可以采用遮光条，但是，为了适应不同波段的光波，所述遮光条的材料应该选择不管在长波段内还是在段波段内均具有稳定的遮光率。优选的，所述遮光条的材料采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜，PET是乳白色或浅黄色高度结晶性聚合物，表面平滑有光泽，耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料材料中最大的韧性，电绝缘性能好，受温度影响小。所以，PET材料本身的特性稳定，在不同光强照射下不易发生质变和形变，采用该材料作为遮光条对电池组件的测量更精准和稳定。

此外，所述遮光条的形状尺寸与测量的电池组件中的子电池的形状尺寸相同，一般太阳能电池的子电池为长条形状，因此，该遮光条一般设置为长条形状，所述遮光条的宽度应该与所述一个子电池的宽度相同，也可以与一组子电池的宽度相同。

其中，上述的一组子电池是由于在步骤102及步骤S103中涉及，所以，遮光条的宽度可以根据需要遮蔽一个子电池，也可以设置一个遮光条遮蔽一组子电池，因此，所述遮光条的宽度也是根据实际测量过程中的需求进行设置的。

所述一组子电池可以简单的理解为至少两个子电池，将子电池按照小组进行划分也是为了方便测量，一般在子电池数量较多的情况下，可以将两个或者多个子电池划分为一个组，对划分出的小组进行测量。在这样的情况下，对应的遮光条的宽度需要是一个子电池宽度的N倍，N为每一个小组中包含的子电池的数量。

除了上述介绍的长条形状的遮光条，如根据实际子电池的形状也可设计为其他形状，例如方形、圆形等。

与长宽对应的参数为遮光条的厚度，一般情况下，采用的遮光条的厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米。优选的，可将所述遮光条的厚度设置为50微米，在该厚度下，所述遮光条的各个参数处于稳定状态，便于后续步骤对电池组件性能参数的测量。

所述遮光条的另一个参数是其透光率和遮光率，虽然其透光率和遮光率的大小不会影响后续步骤的结论，但是，在某一波段内，遮光率和透光率越稳定，则对后续步骤的测量的误差影响越小。

所述PET材料的遮光条在340nm至1000nm之间的波段内，其透光率和遮光率是稳定的。经过精准测试，在上述波段内，其透光率的范围为大于等于70％，且小于等于95％，相应的，所述遮光率的范围为大于等于5％，且小于等于30％。

优选的，可选用遮光率在15％左右的遮光条。

上述是以遮光条为主要实例描述的遮光装置，而遮光装置不仅限于上述遮光条，还可以采用其他装置进行代替，本申请实施例中还涉及一种遮光装置，后续会对该遮光装置进行详细的介绍，因此，在此将不对该遮光装置的概念进行详述。

步骤S102，将所述遮光装置依次设置在太阳能电池的电池组件中的一个或一组子电池上，以遮蔽照射至所述一个或一组子电池上的光线；

步骤S101中已经对遮光装置进行了描述，以下，将具体描述将所述遮光装置设置在电池组件的过程。

之前也对太阳能电池中电池组件的子电池进行的介绍，电池组件有多个子电池构成，每一个子电池可通过串联的方式连接，因此，多个子电池串联而成一个电池组件。

由于电池组件中输出电流的能力是由其中输出能力最弱的子电池决定，因此，将所述遮光装置依次设置在一个或者一组子电池上，由于所述遮光装置可以遮蔽部分光线，因此，被遮蔽的子电池获得的光的强度小于没有被遮蔽的子电池获得的光的强度，并且，子电池产生电流的大小取决于入射的电池表面上光的强度，减小光照强度自然会造成该子电池的输出电流的减小。

上述有介绍所述遮光装置采用遮光条设置，为了操作简单，将所述遮光装置设置在子电池上具体可采用的方法是：采用胶带将所述遮光装置依次固定在一个或一组子电池上。

步骤S103，对所述电池组件依次进行相同程度的光学调制，分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性；将每一个或每一组子电池的电学特性对应于其相应的子电池；

步骤S102中已经将所述遮光装置设置在所述电池组件上，步骤S102与步骤S103的关系是相互融合的。

将所述遮光装置设置在一个或者一组子电池上时，采用相同光强强度的光线照射所述电池组件，即对所述电池组件进行相同程度的光学调制。光线照射至电池组件后，每个子根据各自获得的光照强度，以及光吸收能力和电流产生能力，产生不同大小的电流，测量出此时状态下电池组件的电学特性，并将遮蔽的子电池与测量出的电学特性采用对应关系记录下。

同理，依次对所述电池组件中的一个或者一组子电池进行遮蔽，并相应的测量其电学特性，并将遮蔽的子电池与其相应的电学特性对应记录。

采用上述方法即可将电池组件中每一个子电池或者每一组子电池的电学特性分别测量并记录出来。

上述测量的电池组件的电学特性一般为I-V特性曲线(伏安特性)。除测量所述电池组件的伏安特性外，还可以进行电池组件的其他特性测量。

步骤S104，根据所述电学特性获取每一个或每一组子电池的短路电流。

为方便叙述，该步骤主要介绍根据电学特性获取每一个子电池的短路电流的方法，而对每一组子电池的短路电流的方法与每一个子电池的方法相同。

上述步骤具体的实现方法如下：遮光装置固定完毕后，在3A级太阳能电池I-V测试机上对电池组件进行常规的I-V测量，并记录短路电流I(n)，n为该节子电池的编号。

依次对所有子电池进行如上遮光I-V测量，获得{I(n)，n＝1，2，3…}即为每一个子电池的短路电流值。

步骤S105，获取小于或等于电流阈值的限流集合。

根据步骤S104可获得每个子电池的短路电流值{I(n)，n＝1，2，3…}，比较{I(n)}可以得到较小的电流值。

需要说明的是，比较获得的较小的电流值可分为以下两种情况：

第一种情况是，获取的{I(n)}的所有的电流值都很平均，只有其中一个子电池对应的短路电流值远远小于平均值，则可将定义该最小的短路电流值为阈值，所述限流集合中仅有该最小短路电流值一个元素。

第二种情况是，获取的{I(n)}的值并不是平均的，先将获取的所有{I(n)}值进行排序，并预先设定一个电流阈值，对小于或者等于该预先设定的电流阈值的电流值统计到一个集合中，该集合中的电流值则是需要查找的限流集合。

根据上述情况分析可以得出，所要查找的限流集合中可能只有一个元素，也可能有多个元素，具体情况可根据实际情况分析。

步骤S106，将获取的所述限流集合中短路电流值对应的子电池设定为太阳能电池的限流单元。

由于每一个短路电流值对应一个或者一组子电池，则根据步骤S105中可获得一个限流集合，在该限流集合中可能包含一个或者多个电流值，而该一个或者多个电流值均对应一个或者多个子电池，因此，该限流集合中的电流值对应的子电池即为太阳能电池的限流单元，也可称为太阳能电池的电池组件中的限流子电池。

本申请实施例中提供的方法是一种有效的确定限流子电池的方法，以下给出分析过程：

例如，在测量第一个子电池的短路电流时，遮挡该第一个子电池，则第一个子电池产生电流的能力会下降，产生的电流较小，但也可能存在此时电池组件中其他子电池(假设是第三个子电池)产生的电流更小的情况，虽然此时测出的电流并不是第一个子电池的输出电流，但是当遮蔽第三个子电池时，电池组件输出的电流值会更低，假设限流结合中仅含有一个元素时，相比第一个子电池的电流值与第三个子电池的电流值，可获知，第三个子电池的电流值会在该限流集合中，相应的第三个子电池为所要查找的限流子电池。

该方法通过将电池组件中所有子电池在相同光学调制下进行电学特性的测量，可获知准确的限流子电池，同时也可得知该电池组件产生的电流是否均匀。若根据该方法获得的电流值比较平均，则说明该太阳能电池的产生电流的能力为均匀的，否则，说明该太阳能电池产生电流能力是不均匀的，进一步需要通过其他的措施或者设计改善这一问题。

由于该方法是通过遮光装置遮挡子电池实现的，因此，该方法可以测量封装前以及封装后的电池组件中子电池的情况，具有更大的实际应用价值。

根据上述查找太阳能电池限流单元的方法，可延伸出一种输出均匀电流的方法。

图3是本申请实施例提供的一种输出均匀电流的方法的流程图，请参照图3，该方法包括：

步骤S301，采用上述查询太阳能电池限流单元的方法获取太阳能电池组件中的限流单元，即限流子电池。

该方法是在太阳能电池组件封装前实施的，当通过查找太阳能电池限流单元的方法查找出限流子电池之后，说明该限流子电池的电流产生能力低，产生的电流小，需要后续对该子电池进行重新设计，具体设计过程参考步骤S302。

步骤S302，根据所述限流子电池的输出电流设置该限流子电池的节宽，以保证电池组件输出的电流具有均匀性。

具体是，当子电池输出的电流较小时，可通过增大子电池的面积，即增加照射在该子电池上的光线增加其电流输出。

因此，在进行电池的节宽(子电池的宽度)设计时，可以考考这一因素和方案，增加所述限流子电池的节宽，以保证所述限流子电池的输出电流与电池组件中其他子电池的输出电流之间具有均匀性。具体子电池设计的尺寸可根据实际应用中子电池的输出电流进行计算，在此不再详述。

总之，该方法为太阳能电池中子电池的节宽涉及提供了量化的依据，并且可以优化电路设计，提高电池组件的输出功率。

在本申请实施例的查找太阳能电池限流单元的方法中涉及一个遮光装置，在方法中仅对遮光装置进行了简单的描述，以下本申请实施例还提供一种遮光装置，该遮光装置是在上述方法的基础上延伸出来的，对该装置的具体介绍请参考图4，图4是本申请实施例提供的一种遮光装置的示意图。

本申请实施例提供一种遮光装置包括支架401和遮光条402。

所述支架401设置于太阳能电池的电池组件上，所述遮光条402的两端以滑动连接的方式设置于所述支架401上，所述遮光条402沿着支架401的延伸方向移动。

上述滑动连接用于使所述遮光条402可以沿着支架401移动，因此，该遮光条402也可以采用其他可移动的方式连接的支架401。

所述遮光条402的形状尺寸与所述电池组件中子电池的形状尺寸相同。所述遮光条402为PET材料，厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米；所述遮光条的遮光率的范围是大于等于5％，且小于等于30％。具体遮光条402的各其他参数等可参考上述方法中对遮光条的描述。

所述遮光装置还包括按钮，所述遮光条402沿着支架401的延伸方向移动具体是，所述按钮控制所述遮光条402沿着支架401的延伸方向移动。

所述按钮可采用如下的方式控制所述遮光条：在遮光条的两端连接推动装置，该推动装置电连接一个控制装置，控制装置通过控制芯片等控制该推动装置移动的位置和移动距离等。所述按钮控制所述控制装置的开启和工作，例如，按下开启按钮，则开启该装置，并使所述推动装置移动固定距离，该距离可设定为子电池的宽度等，再次按动按钮，则所述推动装置再移动固定距离，依次，使得所述遮光条在所述电池组件上方移动以遮蔽某一子电池。

上述遮光装置也可以不用按钮，直接通过手动方式拉动或者推动所述遮光条在所述支架上移动。

本申请实施例提供的一种遮光装置可以更简便的实现遮光条对电池组件的遮挡，可以采用手动方式也可以采用电动方式，并且制造成本较低。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，包括：

预设遮光装置；

将所述遮光装置依次设置在太阳能电池的电池组件中的一个或一组子电池上，以遮蔽照射至所述一个或一组子电池上的光线；

对所述电池组件依次进行相同程度的光学调制，分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性；将每一个或每一组子电池的电学特性对应于其相应的子电池；

根据所述电学特性获取每一个或每一组子电池的短路电流；

获取小于或等于电流阈值的限流集合；

将获取的所述限流集合中短路电流值对应的子电池设定为太阳能电池的限流单元。

2.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述遮光装置的形状尺寸与所述一个或一组子电池的形状尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述分别测量出遮光装置设置于每一个或每一组子电池上时电池组件的电学特性中的电学特性中包括电池组件的伏安特性。

4.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述一组子电池包括至少两个子电池。

5.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述对电池组件依次进行相同程度的光学调制包括，采用相同的光强强度的光线照射该电池组件。

6.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述遮光装置为遮光条，所述遮光条的材料为PET薄膜。

7.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述遮光装置的厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米。

8.根据权利要求7所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述遮光装置的厚度是50微米。

9.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，在波长为340纳米到1000纳米范围内，所述遮光装置的遮光率的范围为大于等于5％，且小于等于30％。

10.根据权利要求9所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述遮光装置的遮光率为15％。

11.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述将所述遮光装置依次设置在一个或一组子电池上具体是，采用胶带将所述遮光装置依次固定在一个或一组子电池上。

12.根据权利要求1所述的查找太阳能电池限流单元的方法，其特征在于，所述电池组件中的子电池采用串联方式连接。

13.一种输出均匀电流的方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-12任一项所述的查询太阳能电池限流单元的方法获取太阳能电池组件中的限流单元，即限流子电池；

根据所述限流子电池的输出电流设置该限流子电池的节宽，以保证电池组件输出的电流具有均匀性。

14.根据权利要求13所述的输出均匀电流的方法，其特征在于，所述根据限流子电池的输出电流设置该限流子电池的节宽，以保证电池组件输出的电流具有均匀性，具体是，增加所述限流子电池的节宽，以保证所述限流子电池的输出电流与电池组件中其他子电池的输出电流之间具有均匀性。

15.一种遮光装置，其特征在于，包括：支架和遮光条，所述支架设置于太阳能电池的电池组件上，所述遮光条的两端以滑动连接的方式设置于所述支架上，所述遮光条沿着支架的延伸方向移动；

所述遮光条的形状尺寸与所述电池组件中子电池的形状尺寸相同。

16.根据权利要求15所述的遮光装置，其特征在于，还包括按钮，所述遮光条沿着支架的延伸方向移动具体是，所述按钮控制所述遮光条沿着支架的延伸方向移动。

17.根据权利要求15所述的遮光装置，其特征在于，所述遮光条为PET材料，厚度范围是大于等于40微米，且小于等于60微米；所述遮光条的遮光率的范围是大于等于5％，且小于等于30％。