CN106332552B - 用于测试聚光光伏模块的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测试包括多个子模块(10)的聚光光伏模块(1)的设备和方法，该设备包括：光源(2)；与光源(2)耦合以将来自每个源(2)的光以准直的光束垂直于待测试的模块(1)向模块反射的抛物面反射镜(4)。每个光源(2)包括：光学系统，其包括在隔板(23)的每一侧上的两个平行的透镜(21、22)；灯(24)，其在所述系统的光轴(X)上；反射器(25)，其被布置在所述轴上、在相对于灯(24)与光学系统(21、22、23)相反的一侧，并且沿所述轴能够平移地移动；以及壳体(26)，其容纳光学系统(21、22、23)、灯(24)以及反射器(25)，并且包括设置在所述轴上用于所述光束的输出开口(27)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测试聚光光伏模块的设备，以及一种用于实现所述设备的测试方法。
背景技术
聚光光伏模块(CPV)基本上包括光伏电池(例如多结电池)和聚光器，所述聚光器被设计成将太阳辐射朝向所述电池聚集。
在多结电池的情况下，不同的结被串联布置，所述结的每一个都适用于太阳辐射的一特定光谱带。
比传统的由硅制成的太阳能电池尺寸更小的多结电池具有提供更好的效率的优点，但是需要更高的光强度来运行。
在CPV模块中，电池与诸如菲涅尔透镜的聚光器相关联，该聚光器将太阳辐射朝向所述电池聚集。
此外，光伏模块被设计成安装在太阳跟踪系统(也称为“跟踪器”)上，以根据太阳的轨道最佳地定向所述模块，使得聚光器将太阳的光线聚焦到电池上。
在这种光伏模块的制造过程中，通常验证各个模块的操作和性能，为的是在派发(expedite)其之前检测所述结中的任何一个的任何故障、聚光器的质量或定位的缺陷、或者所述模块的任何其它的异常。
模块通过整体安装或部分地串联安装而频繁结合。在这种情况下，整个系统的性能将被最弱的元件所限制。因此，可以证明有用的是在模块被结合之前对它们进行选择以使得它们响应均衡。在这方面，能够测量该模块的性能是重要的。
出于该目的，已知借助于通常被称为“闪光器”的照明设备模拟太阳的照明，该照明设备生成具有接近太阳的辐照度、光谱功率分布和角散度的光束。这些特性要在待测试的模块的整个表面上一致。
当前市售的CPV模块具有相对小的尺寸(具有0.5到1.5m2的量级)。存在在这种类型的模块上模拟太阳照明的照明设备。
Soitec公司已经将大尺寸的太阳能模块推向市场，其具有数m2的表面、由通过单个底架连接的数个CPV子模块构成。
因此，例如，8m2的模块可以由可以选择性地串联连接的两行各六个子模块形成。
因此，存在能够测试大尺寸模块的问题，由于子模块被整体或部分地串联连接并且通过单个底架确保它们的机械完整性，因此它们无法被单独测试。
另一方面，在安装组件之前确保其操作是重要的。
因此，有必要能够通过尽可能接近太阳辐射的模拟照明验证整个模块的性能。
在这方面，照明设备必须遵从如下约束条件：
-堪比由太阳在地平面产生的辐照度，即，1kW/m2的量级；
-通过考虑谱密度对从紫外线到红外线的完整的太阳光谱的重现；
-接近太阳光的角散度，即，0.5°(±0.25°)。
-辐照度的相当大的空间均匀性(目标是辐照度的不均匀性小于或等于5％)。
已知的照明设备无法应对针对大尺寸模块的这些需求。
事实上，这些设备或者提供了更加缩小的场域或者提供了太远离太阳的那些特性的特性(尤其是角散度)。
在设计照明设备时考虑的另一约束条件是测试安装的紧凑。
使用数个已知的设备照亮所述模块的每个部分可能是可行的。
然而，出现光强度的均匀性的问题以及这些不同设备并排的区域中的边缘效应的问题。
事实上，不但每个设备都必须传送非常均匀的光强度，而且该均匀性还必须从一个照明设备到另一个照明设备得以遵从。
通过修改各个源的供电电压来调整由各个设备传送的光强度是可能的；然而，该调整还影响光谱。
本发明的目的在于设计一种用于测试大尺寸聚光光伏模块的设备，其遵从上文所提及的约束条件，并且提供尤其非常好的光强度的均匀性，并且与紧凑的测试安装相兼容。
发明内容
因此，提出了一种用于测试包括多个子模块的聚光光伏模块的设备，所述多个子模块中的每一个包括多个由光伏电池和聚光器构成的组件，该聚光器相对于所述电池布置用于将以垂直入射抵达的辐射朝向所述电池聚集。
根据本发明，所述测试设备包括：
-多个光源；
-多个抛物面反射镜，所述多个抛物面反射镜耦合至所述光源，以将来自各个源的光以多条几乎准直的光束沿垂直于待测试的所述模块的表面的方向射回到所述模块；
每个光源包括：
·光学系统，所述光学系统具有光轴并且包括布置在隔板的每一侧上的两个平行的透镜；
·灯，所述灯被布置在所述光轴上；
·反射器，该反射器被布置在所述光轴上、在相对于所述灯与所述光学系统相反的一侧，该反射器沿光轴能够平移移动，以通过使所述反射器与所述灯之间的距离改变来调整由所述源传送的光强度；
·壳体，该壳体容纳所述光学系统、所述灯以及所述反射器，并且包括光束的输出孔，该孔被布置在所述光学系统的光轴上。
出于该目的，所述测试设备包括适于保持光伏模块垂直于由每个反射镜射回的几乎准直的光束的支撑件。
本文中几乎准直的光束是指散度很低(通常小于1°)的光束。在本发明中，为了重现太阳的散度，所述几乎直准的光束具有+/-0.25°的散度。
如本身已知的，各条几乎准直的光束通过将各个光源的孔放置在与其耦合的抛物面反射镜的焦点处或者焦点附近来获得，技术人员能够限定孔的尺寸特性以及源-反射镜对的尺寸特性以获得这样的几乎准直的光束。
根据实施方式，所述灯是闪光灯。
所述反射器可以是柱形或球形反射镜。
根据本发明的实施方式，所述设备包括与光源一样多的抛物面反射镜，每个光源被设置在相应的抛物面反射镜的焦点处。
根据实施方式，所述光源以水平延伸的两行布置在所述模块在其支撑件上的放置位置的每一侧上。
所述抛物面反射镜被布置以形成面对待测试的所述模块在所述支撑件上的放置位置的水平两行。
另一目的是提出一种用于测试聚光光伏模块的方法，所述聚光光伏模块包括多个子模块，所述多个子模块中的每一个包括多个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述聚光器相对于所述电池布置用于将以垂直入射抵达的辐射朝向所述电池聚集，所述方法的特征在于，借助于耦合至抛物面反射镜的多个光源沿垂直于所述模块的表面的方向朝向所述模块发射多条几乎准直的光束，每个光源包括：
-光学系统，所述光学系统具有光轴并且包括布置在隔板的每一侧上的两个平行的透镜；
-灯，所述灯被布置在所述光轴上；
-反射器，所述反射器被布置在所述光轴上、在相对于所述灯与所述光学系统相反的一侧，所述反射器是能够沿所述光轴平移移动；
-壳体，该壳体容纳所述光学系统、所述灯以及所述反射器，并且包括光束的输出孔，该孔被布置在所述光学系统的光轴上，
并且其中，由所有的所述特定光源传送的光强度都预先通过针对每个光源调整所述反射器与所述灯之间的距离进行均匀化。
根据实施方式，使用与待测试的所述光伏模块的子模块一样多的光源和抛物面反射镜，每个光源被耦合至抛物面反射镜以便向相应的子模块发射几乎准直的光束。
尤其有利地，布置所述光源和所述抛物面反射镜使得未被由所述反射镜射出的所述几乎准直的光束照亮的区域与将来自待测试的所述模块的所述子模块隔开的区域重合。
待测试的模块的表面优选大于或等于3m2。
根据实施方式，所述模块的电池是多结电池。
附图说明
本发明的其它特性和优点将从下面参照附图的详细描述中出现，在附图中：
图1A是包括数个串联连接的子模块的聚光光伏模块的示意图；
图1B是属于这种模块的子模块的光伏电池-聚光器组件的示意图；
图2是根据本发明的测试设备的组装视图；
图3是根据本发明的测试设备的光源的示意图。
具体实施方式
图1A是本发明测试的光伏模块的示意图。
待测试的所述模块1包括多个聚光子光伏模块10。
每个子模块10包括多个电池-聚光器组件。
如图1B所例示，每个组件100基本上包括光伏电池101(例如多结光伏电池)和聚光器102，该聚光器102被设计成将以垂直入射抵达的太阳辐射朝向所述电池101聚集。可选地，电池101被置于散热器103上以限制其温度的升高。
聚光器102例如包括菲涅尔透镜。
在本文中，待测试的模块的表面是聚光器的表面。
可选地，形成模块1的子模块10可以串联电连接或并联电连接。
每个子模块10的表面具有大致矩形形状，其宽度和高度分别在下列范围内：宽度介于30到80cm之间，例如60cm，以及高度介于60到150cm之间，例如120cm。
子模块10通常以行和/或列的形式布置以形成所述模块。
例如，可以由两行各六个子模块形成8m2的模块，每个子模块都具有大约0.7m2的表面。
图2是根据本发明的测试设备的组装视图。
该设备包括用于待测试的模块1的支撑件3。
优选地，布置支撑件3以使得待测试的模块的表面是竖直的。
本文中的“竖直的”是指垂直于测试设备被安装在其中的建筑物的地板的方向。
在支撑件3的前面，测试设备包括多个光源2和多个抛物面反射镜4，所述多个抛物面反射镜4耦合至所述光源以沿垂直于所述模块的表面的方向以几乎准直的光束反射源于各个源的光。
根据优选实施方式，每个源都被布置在对应的抛物面反射镜的焦点处。
在这种情况下，测试设备因此包括与反射镜一样多的源。
这利用多个相同的反射镜，调整它们的位置和方向以便向待测试的模块发射回垂直于所述模块的表面的几乎准直的光束。
根据另一实施方式，每个光源都可以耦合至数个反射镜，配置这些反射镜达到使得它们的焦点合一的程度，所述源被布置在这些焦点的位置。
在图2所例示的实施方式中，其中模块1包括水平两行各六个子模块10，测试设备包括在模块1的每一侧上按照水平两行放置的12个光源2，以及面对模块1按照水平两行放置的12个抛物面反射镜4。
每个源和相应的抛物面反射镜都彼此相对地定向，使得通过反射镜射回的光束垂直于相应的子模块的表面。
限定源与抛物面反射镜之间的距离使得由每个反射镜射回的几乎准直的光束以优选的特性照亮相应子模块的整个表面。
因此，该距离(以及反射镜的表面)取决于待测试的模块的子模块的表面。
在不希望受限的情况下，认为在抛物面反射镜与光源之间的地面处测得的2到6米的量级的距离-这确定了在测试设备的地面处的大部分表面-是合理的。
但是，光源和抛物面反射镜的数量不必与待测试的光伏模块的子模块的数量相同。
事实上，如果每个子模块的表面足够低，则可能发生的是，光源-抛物面反射镜对照亮数个子模块并且保持测试设备可接受的地面空间和不损害其制造成本的反射镜尺寸。
另一方面，在相邻的几乎准直的光束之间的边界处，可能存在其中强度不满足均匀性或散度的标准的区域。
在这种情况下，有利地布置光源和抛物面反射镜使得未被通过反射镜反射的几乎准直的光束照亮的区域与将来自待测试的模块中的子模块隔开的区域重合，该区域在光伏转换方面不起作用。
由于模块的装配的缘故，如从图1A中明显看出的，事实上，两个相邻的子模块10之间存在空间，在该空间处不发生光电转换。
用这种方法，如果在这些区域中发生均匀性的任何缺陷，则这些缺陷对测试的质量不具有负面的影响。
为了允许这种调整，如此设计测试设备以使得每个反射镜的位置和定向的调整是可能的。
间隙被有利地设置在反射镜之间以使得能够进行这样的调整。
图3是能够生成具有所需特性的光束的光源的示意图。
所述源2包括具有光轴X并且包括布置在隔板(diaphragm)23的每一侧上的两个平行的透镜21、22的光学系统。
灯24被布置在光轴X上；“第一透镜”将指示离灯最近的透镜21，并且“第二透镜”将指示布置在隔板23的另一侧上的透镜22。
作为优势，灯24是闪光灯。针对其产生优选的光谱和光辐照度的能力来选择该灯。例如，灯24是氙气闪光灯。
隔板23以光轴X为中心并且其功能在于仅选择来自第一透镜的光束的中心部分，以使得每个光源仅照亮与之相匹配的抛物面反射镜。
光源还包括反射器25，该反射器25布置在相对于灯24与光学系统21、22、23相反的一侧的光轴X上，以将由灯射出的光沿相反方向射回到光学系统21、22、23。
所述反射器25沿光轴X可平移移动(由双向箭头x1、x2示出)。
反射器可以由柱形、球形或抛物面反射镜构成。在后者的情况下，反射镜可以是轴对称抛物面反射镜或柱形抛物面反射镜，也就是说，包括经调节的表面(regulatedsurface)，其横截面是抛物线并且其中母线(génératrices)在垂直于所述抛物线的平面的平面中延伸。
例如，所述反射镜由经抛光的铝制成。
所述源中的移动反射器的优点如下：
·首先，由源传送的光强度可以通过使沿反射器25与灯24之间的轴X的距离改变进行调整。
·其次，比利用单个灯可恢复的光更多的光被聚集。
·最后，其使由灯射出的光均匀化以限制对灯的几何形状的敏感性以及对灯变化期间的定位误差的敏感性。
光学系统21、22、23、灯24和反射器25组成的组件被容纳(contain)在壳体26中。
所述壳体包括布置在光轴X上的孔27，使得不同的源不会彼此干扰，一个源只将光发射到单个反射镜上。
孔27根据源与抛物面反射镜之间的距离具有通常可在1mm与7cm之间的尺寸，优选地在1cm与5cm之间的尺寸。
有利地，选择孔27的尺寸，以便在与待测试的模块的每个子模块的表面对应的表面上通过抛物面反射镜上的反射获得具有大体等于太阳的散度(±0.25°)的散度的几乎准直的光束。
例如，针对抛物面反射镜与源之间的2.5m的距离，圆盘形式的直径3.5cm的孔产生具有优选散度的几乎准直的光束。
用这种方法，由灯24、反射器25和光学系统21、22、23形成的且经由壳体的孔27射出光束的组件形成具有用于对每个子模块进行测试的所需特性的光源。
本领域的技术人员能够按尺寸制作所述源的不同组件使得其具有所需的特性。
利用布置在各自的抛物面反射镜的焦点处-或布置在所述焦点附近-的每个光源，每个反射镜将由相应的源发射的光以几乎准直的光束的形式反射。
限定抛物面反射镜的定向以使得每条几乎准直的光束垂直于待测试的模块的表面。
为了确保所有几乎准直的光束的强度一致(也就是说，在所有的光束的最强强度与最弱强度之间存在小于5％的差异)，针对各个光源预先调整由所述源发射的强度。
该调整通过控制每个灯24与相应的反射器25之间的距离来完成。
借助于为此目的而设置的经校准的传感器来测量每个源的强度。
例如，限定目标强度并且确保每个光束的强度都被包含在目标强度周围5％的强度的范围内。
所述模块被安装在支撑件上以对光伏模块执行测试并且进行必要的电连接以记录其对模拟太阳的照明的响应。
如果需要则调整反射镜的位置和定向以照亮每个子模块的整个表面。
进一步验证了所述光源的组件展现出强度的所需的均匀性。
该验证通过前面提到的强度测量传感器利用对子模块的每次测量来自动完成。
在对新的模块的每次测试之前不必完成该验证。
事实上，一旦针对源的给定组件对强度的均匀性进行了调节(例如，当运行测试设备时，和/或在更换光源或这样的源的组件之后)，则可以认为该均匀性将不会随时间而改变。
需要的话，如果该验证暴露出均匀性的缺陷，则调整一个或更多个光源的强度以产生所需的均匀性。
一旦进行了任何必要的调整，则所有源的灯都同时开启。
由每个光源发射的光束通过相应的抛物面反射镜以几乎准直的光束的形式沿垂直于模块的表面的方向朝向相应的子模块射回。
每个子模块的电流-电压特性被记录，然后对结果进行处理以确定所述模块能够提供的电力。
Claims (11)
1.一种用于测试聚光光伏模块(1)的设备，所述聚光光伏模块(1)包括多个子模块(10)，所述多个子模块(10)中的每一个包括多个由光伏电池(101)和聚光器(102)构成的组件，所述聚光器(102)相对于所述电池布置用于将以垂直入射抵达的辐射朝向所述电池聚集，所述设备的特征在于，所述设备包括：
-多个光源(2)；
-多个抛物面反射镜(4)，所述多个抛物面反射镜(4)耦合至所述光源(2)，以将来自各个光源(2)的光以多条几乎准直的光束沿垂直于待测试的所述聚光光伏模块(1)的表面的方向射回所述聚光光伏模块(1)，
并且其中，每个光源(2)包括：
-光学系统，所述光学系统具有光轴(X)并且包括布置在隔板(23)的每一侧上的两个平行的透镜(21、22)；
-灯(24)，所述灯(24)被布置在所述光轴(X)上；
-反射器(25)，所述反射器(25)被布置在所述光轴(X)上、在相对于所述灯(24)与所述光学系统(21、22、23)相反的一侧，所述反射器(25)沿所述光轴(X)能够平移移动，以通过使所述反射器(25)与所述灯(24)之间的距离改变来调整由所述光源(2)传送的光强度；
-壳体(26)，所述壳体(26)容纳所述光学系统(21、22、23)、所述灯(24)以及所述反射器(25)，并且包括所述光束的输出孔(27)，所述输出孔(27)被布置在所述光学系统(21、22、23)的所述光轴(X)上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述灯是闪光灯。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述反射器(25)是抛物面反射镜。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括与光源(2)一样多的耦合至所述光源(2)的所述多个抛物面反射镜(4)中的抛物面反射镜，每个光源(2)被设置在所述多个抛物面反射镜(4)中的相应的抛物面反射镜的焦点处。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于待测试的所述聚光光伏模块(1)的支撑件，并且其中所述光源(2)以水平延伸的两行布置在所述聚光光伏模块(1)在所述支撑件上的放置位置的每一侧上。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述多个抛物面反射镜(4)中的所述抛物面反射镜被布置以形成面对待测试的所述聚光光伏模块(1)在所述支撑件上的放置位置的水平两行。
7.一种用于测试聚光光伏模块(1)的方法，所述聚光光伏模块(1)包括多个子模块(10)，所述多个子模块(10)中的每一个包括多个由光伏电池(101)和聚光器(102)构成的组件(100)，所述聚光器(102)相对于所述电池布置用于使将以垂直入射抵达的辐射朝向所述电池聚集，所述方法的特征在于，借助于耦合至抛物面反射镜(4)的多个光源(2)沿垂直于所述聚光光伏模块(1)的表面的方向朝向所述聚光光伏模块(1)发射多条几乎准直的光束，每个光源(2)包括：
-光学系统，所述光学系统具有光轴(X)并且包括布置在隔板(23)的每一侧上的两个平行的透镜(21、22)；
-灯(24)，所述灯(24)被布置在所述光轴(X)上；
-反射器(25)，所述反射器(25)被布置在所述光轴(X)上、在相对于所述灯(24)与所述光学系统(21、22、23)相反的一侧，所述反射器(25)沿所述光轴(X)能够平移移动；
-壳体(26)，所述壳体(26)容纳所述光学系统(21、22、23)、所述灯(24)以及所述反射器(25)，并且包括所述光束的输出孔(27)，所述输出孔(27)被布置在所述光学系统(21、22、23)的所述光轴(X)上，
并且其中，由所有的所述光源(2)传送的光强度都预先通过针对每个光源(2)调整所述反射器(25)与所述灯(24)之间的距离进行均匀化。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，使用与待测试的所述聚光光伏模块(1)的子模块(10)一样多的光源(2)和抛物面反射镜(4)，每个光源(2)被耦合至抛物面反射镜(4)以便向相应的子模块(10)发射几乎准直的光束。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，布置所述光源(2)和所述抛物面反射镜(4)使得未被由所述反射镜射出的所述几乎准直的光束照亮的区域与将来自待测试的所述聚光光伏模块(1)的所述子模块隔开的区域重合。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，待测试的所述聚光光伏模块(1)的所述表面大于或等于3m2。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚光光伏模块(1)的所述电池是多结电池。
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