CN108919080A - 一种太阳电池性能测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种太阳电池性能测试系统，包括充有惰性气体的高空气球和太阳电池测试模块，所述高空气球与所述太阳电池测试模块相连接，所述太阳电池测试模块包括太阳电池以及用于测试太阳电池性能的测试装置。本发明将太阳电池测试模块连接高空气球，在高空环境下对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。使测试环境中的光强、光谱分布和温度等环境参数的设置方面与实际的环境参数相接近，提高了太阳电池性能测试结果的精确性。并且本发明提供的太阳电池测试系统结构简单，重量轻，能够应用于高空测试。

Description

一种太阳电池性能测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及浮空器及太阳电池应用技术领域，更具体的，涉及一种太阳电池性能测试系统及其测试方法。

背景技术

近年来，高效空间太阳电池有了长足的发展，并广泛应用于临近空间领域，是平流层飞艇、太阳能无人机、高空气球等各种临近空间飞行器的理想一次能源。

在进行太阳电池性能评估时，需要获得太阳电池在临近空间环境中的精确性能参数。而目前在地面采用太阳光模拟器开展的此项测试，在光强、光谱分布和环境温度等参数的设置方面与实际环境有差别，不足以反映太阳电池的真正性能。

发明内容

本发明为解决传统太阳电池性能测试过程中，光强、光谱分布和环境温度等参数的设置方面与实际环境有差别的缺陷，提供一种太阳电池性能测试系统及其测试方法。

一方面，本发明提供一种太阳电池性能测试系统，包括充有惰性气体的高空气球和太阳电池测试模块，所述高空气球与所述太阳电池测试模块相连接，所述太阳电池测试模块包括太阳电池以及用于测试太阳电池性能的测试装置。

其中，所述系统还包括降落伞、吊舱、第一缆绳和第二缆绳；所述降落伞上端通过所述第一缆绳与所述高空气球相连接，所述降落伞的下端通过第二缆绳与所述吊舱相连接；所述太阳电池测试模块安装于所述吊舱内。

其中，所述测试装置包括太阳辐射传感器、太阳电池温度传感器、太阳电池支架、电流传感器和电压传感器；

所述太阳辐射传感器用于测量太阳辐射；所述太阳电池温度传感器用于测量太阳电池的温度；所述太阳电池支架用于承载太阳电池；所述电流传感器用于测量通过太阳电池的电流，所述电压传感器用于测量所述太阳电池两端的电压。

其中，所述测试装置还包括数据记录设备，所述数据记录设备分别与所述电流传感器、电压传感器、太阳辐射传感器和太阳电池温度传感器相连接，用于采集由太阳辐射传感器、太阳电池温度传感器、电压传感器和电流传感器传输的数据。

其中，所述测试装置还包括负载组件，所述负载组件包括开关控制器、充电开关、电容、电阻和放电开关；

所述充电开关一端连接所述电容，另一端分别与所述开关控制器以及所述太阳电池相连接，用于接收开关控制器的指令，控制太阳电池对电容的充电与截止；

所述放电开关一端连接所述电阻，另一端分别与所述开关控制器以及所述电容相连接，用于接收开关控制器的指令；控制电阻对电容的放电与截止。

其中，所述太阳电池为标准电池、电池组件或由多个电池组件串联和/或并联组成的电池阵列

其中，所述电容为单只电容或由多只电容串联和/或并联组成的电容阵列。

其中，所述电阻为单只电阻或由多只电阻串联和/或并联组成的电阻阵列。

另一方面，本发明还提供太阳电池性能测试系统的测试方法，包括：

将所述太阳电池测试模块连接高空气球，高空气球内充入惰性气体，带动所述太阳电池测试模块升空；

通过所述测试装置对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。

本发明实施例提供的太阳电池性能测试系统及其测试方法，将太阳电池测试模块连接高空气球，在高空环境下对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。使测试环境中的光强、光谱分布和温度等环境参数的设置方面与实际的环境参数相接近，提高了太阳电池性能测试结果的精确性。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的太阳电池性能测试系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的测试装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的负载组件的结构示意图；

图4为根据本发明实施例提供的高空气球与降落伞分离的情景示意图；

图中，1.高空气球；2.第一缆绳；3.降落伞；4.吊舱；5.太阳电池测试模块；6.太阳电池；7.太阳辐射传感器；8.太阳电池温度传感器；9.太阳电池支架；10.数据记录设备；11.电压传感器；12.负载组件；13.电流传感器；14.充电开关；15.放电开关；16.开关控制器；17.电容；18.电阻；19.第二缆绳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一模块实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例提供的太阳电池性能测试系统的结构示意图。如图1所示，太阳电池性能测试系统包括充有惰性气体的高空气球1和太阳电池测试模块5，所述高空气球1与所述太阳电池测试模块5相连接，所述太阳电池测试模块5包括太阳电池6以及用于测试太阳电池性能的测试装置。

太阳电池是可以有效吸收太阳能，并将其转化成电能的半导体部件。用半导体硅﹑铜铟镓硒等材料将太阳的光能变成电能的器件。具有可靠性高，寿命长，转换效率高等优点。在进行太阳电池性能评估时，需要获得太阳电池在临近空间环境中的精确性能参数。而目前在地面采用太阳光模拟器开展的此项测试，在光强、光谱分布和环境温度等参数的设置方面与实际环境有差别，不足以反映太阳电池的真正性能。因此需要对太阳电池进行实际临近空间环境中的性能测试试验。开展这项测试需要有合适的载体。现有技术中，可用的载体就是平流层飞艇、太阳能无人机和高空气球。平流层飞艇和太阳能无人机的系统复杂、成本高、操控难度大，不适合用来专门开展太阳电池的测试试验。相比而言，高空气球系统操作简便、可实现临近空间驻空飞行，是比较合适的载体。高空气球又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，狭义上特指零压式高空气球。由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，因此越来越受到科学工作者的青睐。

参照图1，太阳电池性能测试系统包括充有惰性气体的高空气球1和太阳电池测试模块5，所述高空气球1与所述太阳电池测试模块5相连接，所述太阳电池测试模块5包括太阳电池以及用于测试太阳电池性能的测试装置。将太阳电池测试模块5连接高空气球1，高空气球1内充入惰性气体，带动所述太阳电池测试模块5升空。在高空环境下对太阳电池6的工作性能进行循环测试，并实时记录数据。

本发明实施例提供的太阳电池性能测试系统，将太阳电池测试模块5连接高空气球1，在高空环境下对太阳电池6的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。使测试环境中的光强、光谱分布和温度等环境参数的设置方面与实际的环境参数相接近，提高了太阳电池性能测试结果的精确性。

在上述实施例的基础上，所述系统还包括降落伞3、吊舱4、第一缆绳2和第二缆绳19；所述降落伞3上端通过所述第一缆绳2与所述高空气球1相连接，所述降落伞3的下端通过第二缆绳19与所述吊舱4相连接；所述太阳电池测试模块5安装于所述吊舱4内。

如图1所示，太阳电池测试模块5安装于所述吊舱4内。吊舱4上端通过第二缆绳19连接降落伞3的下端。降落伞3的上端通过第一缆绳2连接高空气球1。高空气球1内充入惰性气体，带动所述太阳电池测试模块5升空。对太阳电池6的工作性能进行循环测试。高空气球1飞行过程中实时记录并传输所测数据。测试完成后，切断第一缆绳2，打开降落伞3，将吊舱4缓降至地面进行回收。

本实施例在高空环境下对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。提高了太阳电池性能测试结果的精确性。该系统结构简单，成本低。在测试完成后，利用降落伞3回收太阳电池测试模块5，降低了成本。

图2为根据本发明实施例提供的测试装置的结构示意图，如图2所示，测试装置包括太阳辐射传感器7、太阳电池温度传感器8、太阳电池支架9、电流传感器13和电压传感器11；

所述太阳辐射传感器7用于测量太阳辐射；所述太阳电池温度传感器8用于测量太阳电池6的温度；所述太阳电池支架9用于承载太阳电池6；所述电流传感器13用于测量通过太阳电池6的电流，所述电压传感器11用于测量所述太阳电池6两端的电压。

参照图2，太阳电池6分别连接太阳辐射传感器7、太阳电池温度传感器8、太阳电池支架9、电流传感器13和电压传感器11。其中，太阳辐射传感器7用于测量太阳辐射；所述太阳电池温度传感器8用于测量太阳电池6的温度；所述太阳电池支架9用于承载太阳电池6；所述电流传感器13用于测量通过太阳电池6的电流，所述电压传感器11用于测量所述太阳电池6两端的电压。

本实施例在高空环境下测试对太阳电池的各项工作性能，并设置了太阳辐射强度和太阳电池温度的测试，与现有的太阳电池测试系统相比，测试数据更加全面。

在上述各实施例的基础上，所述测试装置还包括数据记录设备10，所述数据记录设备10分别与所述电流传感器13、电压传感器11、太阳辐射传感器7和太阳电池温度传感器8相连接，用于采集由太阳辐射传感器7、太阳电池温度传感器8、电压传感器11和电流传感器13传输的数据。

本实施例在高空环境下测试对太阳电池的各项工作性能，并实时记录所测数据。提高了太阳电池性能测试结果的精确性。

在上述各实施例的基础上，所述测试装置还包括负载组件12，所述负载组件12包括开关控制器16、充电开关14、电容17、电阻18和放电开关15；

所述充电开关14一端连接所述电容17，另一端分别与所述开关控制器16以及所述太阳电池6相连接，用于接收开关控制器16的指令，控制太阳电池6对电容17的充电与截止；

所述放电开关15一端连接所述电阻18，另一端分别与所述开关控制器16以及所述电容17相连接，用于接收开关控制器16的指令；控制电阻18对电容17的放电与截止。

图3为根据本发明实施例提供的负载组件12的结构示意图，如图3所示，负载组件12包括开关控制器16、充电开关14、电容17、电阻18和放电开关15。

具体地，太阳电池性能测试的步骤包括：

首先，根据高空气球1数据传输速率的要求设置开关控制器16分别控制充电开关14和放电开关15闭合与断开的时长。其中，设置开关控制器16的控制时序为：在电容17充电时段内，充电开关14闭合，放电开关15断开；在电容17放电时段内，充电开关14断开，放电开关15闭合。

然后，根据设置的控制时序和时长，开关控制器16发出指令，充电开关14闭合，放电开关15断开，太阳电池6为电容17充电，在此过程中，数据记录设备10同步采集由太阳辐射传感器7、太阳电池温度传感器8、电压传感器11和电流传感器13传输的数据；达到设定的时长后，开关控制器16发出指令，充电开关14断开，放电开关15闭合，电阻18为电容17放电。至此，完成一次太阳电池性能的扫描测试。在单次扫描测试完成后，重复上述步骤，对太阳电池6的工作性能进行循环测试。并利用高空气球1带动太阳电池测试模块5在高空环境下对太阳电池6的工作性能进行循环测试。

图4为根据本发明实施例提供的高空气球1与降落伞3分离的情景示意图，如图4所示，太阳电池性能测试完成后，切断第一缆绳2，打开降落伞3，将吊舱4缓降至地面进行回收。

现有的太阳电池测试技术可分为两类。一类是采用便携的电池性能测试仪进行测量，通常一次测得一条曲线，不能进行连续扫描测试。另一类太阳电池测试系统能够连续扫描测试，但系统复杂，要求的数据采样频率高、通信速率快，将其应用在高空气球1上难以实现实时监控；系统未设置太阳辐射强度和太阳电池温度的测试，测试数据不全面；测试系统重量大，难以应用在高空气球1上。

本实施例实现对太阳电池的性能进行循环测试。并且本发明提供的太阳电池测试系统结构简单，重量轻，能够应用于高空测试。

在上述各实施例的基础上，所述太阳电池6为标准电池、电池组件或由多个电池组件串联和/或并联组成的电池阵列。

所述电容17为单只电容或由多只电容串联和/或并联组成的电容阵列。

所述电阻18为单只电阻或由多只电阻串联和/或并联组成的电阻阵列。

在上述各实施例的基础上，太阳电池性能测试系统的测试方法，其特征在于，包括：

将所述太阳电池测试模块5连接高空气球1，高空气球1内充入惰性气体，带动所述太阳电池测试模块5升空；

通过所述测试装置对太阳电池6的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。

具体地，太阳电池性能测试的步骤包括：

首先，根据高空气球1数据传输速率的要求设置开关控制器16分别控制充电开关14和放电开关15闭合与断开的时长。其中，设置开关控制器16的控制时序为：在电容17充电时段内，充电开关14闭合，放电开关15断开；在电容17放电时段内，充电开关14断开，放电开关15闭合。

然后，根据设置的控制时序和时长，开关控制器16发出指令，充电开关14闭合，放电开关15断开，太阳电池6为电容17充电，在此过程中，数据记录设备10同步采集由太阳辐射传感器7、太阳电池温度传感器8、电压传感器11和电流传感器13传输的数据；达到设定的时长后，开关控制器16发出指令，充电开关14断开，放电开关15闭合，电阻为电容17放电。至此，完成一次太阳电池性能的扫描测试。在单次扫描测试完成后，重复上述步骤，对太阳电池6的工作性能进行循环测试。

利用高空气球1带动太阳电池测试模块5在高空环境下对太阳电池6的工作性能进行循环测试。高空气球1飞行过程中实时记录并传输所测数据。

太阳电池性能测试完成后，切断第一缆绳2，打开降落伞3，将吊舱4缓降至地面进行回收。

本发明实施例提供的太阳电池性能测试系统及其测试方法，将太阳电池测试模块5连接高空气球1，在高空环境下对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。使测试环境中的光强、光谱分布和温度等环境参数的设置方面与实际的环境参数相接近，提高了太阳电池性能测试结果的精确性。本发明实施例实现对太阳电池的性能进行循环测试。并且本发明提供的太阳电池测试系统结构简单，重量轻，能够应用于高空测试。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明根据本发明实施例提供的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离根据本发明实施例提供的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，凡在根据本发明实施例提供的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在根据本发明实施例提供的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳电池性能测试系统，其特征在于，包括充有惰性气体的高空气球和太阳电池测试模块，所述高空气球与所述太阳电池测试模块相连接，所述太阳电池测试模块包括太阳电池以及用于测试太阳电池性能的测试装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括降落伞、吊舱、第一缆绳和第二缆绳；所述降落伞上端通过所述第一缆绳与所述高空气球相连接，所述降落伞的下端通过第二缆绳与所述吊舱相连接；所述太阳电池测试模块安装于所述吊舱内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试装置包括太阳辐射传感器、太阳电池温度传感器、太阳电池支架、电流传感器和电压传感器；

所述太阳辐射传感器用于测量太阳辐射；所述太阳电池温度传感器用于测量太阳电池的温度；所述太阳电池支架用于承载太阳电池；所述电流传感器用于测量通过太阳电池的电流，所述电压传感器用于测量所述太阳电池两端的电压。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述测试装置还包括数据记录设备，所述数据记录设备分别与所述电流传感器、电压传感器、太阳辐射传感器和太阳电池温度传感器相连接，用于采集由太阳辐射传感器、太阳电池温度传感器、电压传感器和电流传感器传输的数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述测试装置还包括负载组件，所述负载组件包括开关控制器、充电开关、电容、电阻和放电开关；

所述充电开关一端连接所述电容，另一端分别与所述开关控制器以及所述太阳电池相连接，用于接收开关控制器的指令，控制太阳电池对电容的充电与截止；

所述放电开关一端连接所述电阻，另一端分别与所述开关控制器以及所述电容相连接，用于接收开关控制器的指令；控制电阻对电容的放电与截止。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳电池为标准电池、电池组件或由多个电池组件串联和/或并联组成的电池阵列。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电容为单只电容或由多只电容串联和/或并联组成的电容阵列。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电阻为单只电阻或由多只电阻串联和/或并联组成的电阻阵列。

9.根据权利要求1～8任一项所述的太阳电池性能测试系统的测试方法，其特征在于，包括：

将所述太阳电池测试模块连接高空气球，高空气球内充入惰性气体，带动所述太阳电池测试模块升空；

通过所述测试装置对太阳电池的工作性能进行循环测试，并实时记录所测数据。