CN106253848A - 一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置 - Google Patents

一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置 Download PDF

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邵剑波
席曦
李果华
王晓
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

本发明公开了一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置，所述方法包括以下步骤：步骤1、太阳电池探头在单色光照下输出短路电流Isc；等效的标准光的光子流密度为Nph0，这里的等效标准光包括但不限于AM0、AM1.0、AM1.5G、AM1.5D；太阳电池的响应系数为R，这里的响应系数可以是电池的量子效率等相关参数；面积为A；步骤2、将短路电流Isc转换为数字信号，以便单片机识别；步骤3、单片机对数字信号进行运算，得出单色光所对应太阳数。本发明通过测量和计算光伏电池在单色光照射下的太阳电池的响应系数和对应的光子流密度，并利用测得的光伏电池的短路电流，从而计算出对应的辐照单色光源的等效太阳数。

Description

一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置
技术领域
本发明涉及太阳电池测试领域，具体涉及一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置。
背景技术
太阳光谱总辐射分为AM0标准太阳光谱总辐射和AM1.5标准太阳光谱总辐射等。在地球大气球上垂直于太阳极射方向的单位面积上接收到的功率在132.8mW/cm2到141.8mW/cm2之间，这种辐射的波长约从0.1微米到几百微米。为了统一标准，定义在平均日地距离处，垂直于太阳辐射方向的单位面积上接收到太阳的总辐射度为一个太阳常数，其数值为1367±7W/m2。在地球大气层外接收到的太阳辐射，未收到地球大气层的吸收和反射，称为大气质量为零时的辐射，以AM0表示，其中AM是Air Mass的缩写。
太阳辐射在到达地球表面之前，在通过大气层时，会被大气层中的分子及微粒所吸收、散射和反射。由于大气的存在，太阳辐射能在达到地面之前将受到很大程度的衰减。太阳能衰减的程度与太阳光线在大气中经过的路程密切相关。路程越长，能量损失越多，路程越短，损失越小。通常我们把太阳处在天顶时，太阳垂直照射地面时，太阳光线经过的大气路程定义为1个大气质量。根据此定义，结合图1可计算出每个太阳高度角对应的大气质量：
AM＝d·secθ
用大气质量AM表示太阳光通过大气的距离。当θ＝0时，AM＝1，称大气质量为1，用AM1表示。当θ＝48.2°时，AM＝1.5，称大气质量为1.5。在光伏行业中，太阳模拟器采用的是AM1.5标准，要求太阳模拟器的光谱辐照度分布应遵循AM1.5标准下的太阳光光谱辐照分布。
在当前实行的国家标准和国际标准中，将太阳模拟器400nm～1100nm全波段的光谱辐照度分布划分成六个部分，并规定了六个波段内的光谱辐照度分布占全波段光谱辐照度的百分比。并且，在辐照面上的辐照强度为1000W/m2时，认为等同于如AM1.5G的辐照强度，称为一个标准太阳的辐照强度。近年来，在光伏电池领域，会出现用单色光作为光源来照射太阳电池从而产生光电转换或者其他需要的效应的情况。按照前述定义，单色光情形下显然不能用白光的(如AM1.5G)的定义来描述和测量由于单色光的辐照强度和在光伏电池中产生的短路电流之间的关系。
发明内容
在现有技术的基础上，本发明公开了一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法和装置。
本发明的技术方案如下：
一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法，包括以下步骤：
步骤1、太阳电池探头在单色光照下输出短路电流Isc；等效的标准光的光子流密度为Nph0；太阳电池的响应系数为R；太阳电池的面积为A；
步骤2、将短路电流Isc转换为数字信号，以便单片机识别；
步骤3、单片机对步骤2中的数字信号进行运算，得出单色光所对应的太阳数X(Suns)，计算公式如下：
X(Suns)＝Isc/(R×A×e×Nph0)；
上式中，e为电子电量；
步骤4、在输出显示装置上显示计算结果。
其进一步的技术方案为，等效标准光包括AM0、AM1.0、AM1.5G、AM1.5D。
其进一步的技术方案为，所述太阳电池的响应系数为太阳电池的量子效率。
一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试装置，包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、AD转换电路、单片机和显示器；所述太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接AD转换电路；AD转换电路的输出端连接单片机的通用I/O接口；显示器与单片机相连接。
一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试装置，包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、单片机和显示器；所述单片机内置有AD转换模块；所述太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接单片机上具备有AD信号采集功能的I/O接口；显示器与单片机相连接。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过测量和计算光伏电池在单色光照射下的太阳电池响应系数R(响应系数可以是电池的量子效率等相关参数)和等效的标准光的光子流密度(等效标准光包括但不限于AM0、AM1.0、AM1.5G、AM1.5D)，并利用测得的光伏电池的短路电流，可计算出对应的辐照单色光源的等效太阳数。
本发明应用范围广，标准太阳数包括但不局限于AM1、AM1.5D、AM1.5G等条件，凡知道光子流密度分布的各类标准太阳光，都可以等效。
附图说明
图1是太阳高度角对应的大气质量的计算方法示意图。
图2是本发明所述的装置示意图。
图3是本发明所述的装置的另一种实施方法示意图。
图4是本发明所述的方法流程图。
具体实施方式
图2是本发明的装置示意图。如图2所示，该装置包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、AD转换电路、单片机和显示器；太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接AD转换电路。AD转换电路的输出端连接单片机的通用I/O接口。显示器与单片机相连接。
图3是本发明的装置的另一种实施方法示意图。如图3所示，该装置还有另一种实施方法，即使用带有AD转换模块的单片机。具体的，该装置4包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、单片机和显示器；单片机内置有AD转换模块；太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接单片机上具备有AD信号采集功能的I/O接口；显示器与单片机相连接。
在图2中，AD转换电路的作用是将太阳电池探头所测得的电流转换为单片机易于识别的数字信号。在图3中，这一功能由单片机内部的AD转换模块来实现。
在图2和图3中，计算过程均由单片机实现，计算结果均由显示器显示。
图4是本发明所述的方法流程图。该方法包括以下步骤：
步骤1、太阳电池探头在单色光照下输出短路电流Isc；等效的标准光的光子流密度为Nph0，这里的等效标准光包括但不限于AM0、AM1.0、AM1.5G、AM1.5D，其他凡知道光子流密度分布的各类标准太阳光，都可以等效。太阳电池的响应系数为R，这里的响应系数可以是电池的量子效率等相关参数；太阳电池的面积为A；
步骤2、将短路电流Isc转换为数字信号，以便单片机识别；
步骤3、单片机对步骤2中的数字信号进行运算，得出单色光所对应的太阳数X(Suns)，计算公式如下：
X(Suns)＝Isc/(R×A×e×Nph0)；
上式中，e为电子电量；
步骤4、在输出显示装置上显示计算结果。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、太阳电池探头在单色光照下输出短路电流Isc；等效的标准光的光子流密度为Nph0；太阳电池的响应系数为R；太阳电池的面积为A；
步骤2、将短路电流Isc转换为数字信号，以便单片机识别；
步骤3、单片机对步骤2中的数字信号进行运算，得出单色光所对应的太阳数X(Suns)，计算公式如下：
X(Suns)＝Isc/(R×A×e×Nph0)；
上式中，e为电子电量；
步骤4、在输出显示装置上显示计算结果。
2.如权利要求1所述的单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法，其特征在于，等效标准光包括AM0、AM1.0、AM1.5G、AM1.5D。
3.如权利要求1所述的单色光光子流密度等效标准太阳数的测试方法，其特征在于，所述太阳电池的响应系数为太阳电池的量子效率。
4.一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试装置，其特征在于，包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、AD转换电路、单片机和显示器；所述太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接AD转换电路；AD转换电路的输出端连接单片机的通用I/O接口；显示器与单片机相连接。
5.一种单色光光子流密度等效标准太阳数的测试装置，其特征在于，包括将光照转换为短路电流的太阳电池探头、采样电路、单片机和显示器；所述单片机内置有AD转换模块；所述太阳电池探头接受光照，输出信号输入采样电路；采样电路的输出端连接单片机上具备有AD信号采集功能的I/O接口；显示器与单片机相连接。
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