CN111416572A - 一种太阳电池组件电性能的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳电池组件电性能的判别方法，所述太阳电池组件包含n片串联焊接的叠层电池；判别方法包含以下步骤：步骤一：测试并获得每一片叠层电池的IV特性曲线，分别以1、2、3…n表示；步骤二：根据IV特性曲线获得太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；采用IV测试仪测试并获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线；步骤三：根据短路电流的理论值Isc以及测试获得的暗IV特性曲线推算出太阳电池组件的IV特性曲线；步骤四：利用步骤三获得的IV特性曲线判断太阳电池组件的电性能是否合格。本发明所需测试设备成本低、体积小，另外还可以直接判断焊接过程是否存在异常，可以在焊接前及时发现叠层电池不匹配的问题。

Description

一种太阳电池组件电性能的判别方法

技术领域

本发明涉及航天领域电源技术，特别涉及一种太阳电池组件电性能的判别方法。

背景技术

空间用太阳电池阵制造过程中，需要将叠层电池进行串联焊接从而形成太阳电池组件，焊接采用电阻焊接的原理，焊接后需要对太阳电池组件的电性能进行测试并剔除不合格品。

目前采用的测试及判别方法如附图1所示，先测试每片叠层电池的IV特性曲线，再将叠层电池通过焊接制成太阳电池组件并测试其在标准光强下的IV特性曲线，根据测试获得的IV特性曲线判断太阳电池组件的电性能是否合格。这种测试方法需要在标准光强下进行，因此测试设备需要配置模拟标准光强的灯源(即太阳模拟器)，特别是当太阳电池组件的长度较长时，为确保测试的准确性，灯源的光需要在较大的面积范围内具有很高的均匀性及稳定性，这对太阳模拟器的要求很高，太阳模拟器的体积大、成本高。另外目前的判别方法是只测试太阳电池焊接后太阳电池组件在标准光强下的IV特性，由于太阳电池组件在标准光强下的IV特性同时受叠层电池匹配损失以及焊接损伤的影响，因此太阳电池组件在标准光强下的IV特性如果出现异常不能直接判断焊接过程是否存在异常，也不能在焊接前提前判断叠层电池的匹配是否存在异常。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术下太阳电池组件测试方法所需的太阳模拟器体积大、成本高以及不能直接判断焊接过程是否存在异常、不能在焊接前提前判断叠层电池的匹配是否存在异常。

为了达到上述目的，本发明提供了一种太阳电池组件电性能的判别方法，所述的太阳电池组件包含n片串联焊接的叠层电池；所述的判别方法包含以下步骤：

步骤一：测试并获得每一片叠层电池的IV特性曲线，分别以1、2、3…n表示；

步骤二：根据步骤一的叠层电池的IV特性曲线获得所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；采用IV测试仪测试并获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线；

步骤三：根据步骤二获得的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc以及测试获得的太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线推算出太阳电池组件的IV特性曲线；

步骤四：利用步骤三获得的太阳电池组件的IV特性曲线判断太阳电池组件的电性能是否合格。

较佳地，所述步骤二中，所述的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc的获得方法为：绘制出太阳电池组件的IV特性理论曲线，然后从所述IV特性理论曲线上得到的电压为0时对应的电流值，该电流值为所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；其中，所述的IV特性理论曲线的绘制方法为：根据IV特性曲线1、2、3…n，分别得到IV特性曲线1、2、3…n在电流为I₀时对应的电压值V₀₁、V₀₂、V₀₃…V_n，根据公式V₀＝V₀₁+V₀₂+V₀₃+…V_n计算出太阳电池组件在电流为I₀时对应的电压值V₀，采用同样的方法计算出太阳电池组件在电流为其它值时对应的电压值，根据计算得到的太阳电池组件的电流值和电压值绘制出太阳电池组件的IV特性理论曲线。

较佳地，所述步骤二中，所述的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc通过以下方法进行近似计算得到：测试每一片的叠层电池的短路电流值并计算出所述短路电流值的平均值或最小值，将该平均值或最小值近似看作所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc。

较佳地，所述步骤二中，测试并获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线的方法是：将太阳电池组件放在暗箱内，用IV测试仪测试太阳电池组件的IV曲线，获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线。

较佳地，所述步骤三中，将所述的实际的暗IV特性曲线沿着电流轴整体向上平移所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc的距离，得到所述的太阳电池组件的IV特性曲线。

较佳地，所述步骤四中，根据所述的IV特性曲线得到太阳电池组件的若干个指标，根据所述的IV特性理论曲线得到所述指标的理论值，并通过所述指标中的一个或若干个是否满足预先设定的阈值范围来判断太阳电池组件的电性能是否合格；所述的阈值范围为所述指标的理论值乘以允许的衰降系数得到，所述的衰降系数的下限和上限分别为0.95和1。

较佳地，所述的指标包含开路电压Vocb、填充因子FFb、转换效率ηb和工作电流Igb中的一个或两个以上。

较佳地，该判别方法还包含：根据所述指标的理论值中的一个或若干个是否满足预先设定的用于判断叠层电池的匹配损失是否合格的阈值范围来判断构成太阳电池组件的叠层电池的匹配损失是否合格；所述的阈值范围根据叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n分别获得叠层电池的判定指标的最小值和最大值，将所述的最小值和最大值分别乘以匹配损失系数的下限和上限得到所需的阈值范围。

较佳地，所述的匹配损失系数的下限和上限分别为0.95和1。

较佳地，所述步骤一中，叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n采用IV测试仪和太阳模拟器测试获得。

本发明具有以下优点：

1、本发明的太阳电池组件电性能的判别方法，太阳电池组件的IV特性曲线是根据太阳电池组件的暗IV特性曲线以及太阳电池组件的短路电流的理论值Isc进行推算获得的，而测试太阳电池组件的暗IV特性曲线不需要使用太阳模拟器，因此测试设备成本低、体积小。

2、本发明的判别方法可以通过比较太阳电池组件的IV特性曲线和太阳电池组件的IV特性理论曲线的差异，可以直接判断焊接过程是否存在异常。

3、本发明的判别方法，在焊接前可以通过串联电路的电压叠加原理推算出太阳电池组件的IV特性理论曲线，从而在焊接前就可以判断出构成太阳电池组件的叠层电池的匹配是否存在问题。

附图说明

图1为传统的太阳电池组件电性能的判别方法的流程示意图。

图2为本发明的太阳电池组件电性能的判别方法的流程示意图。

图3为本发明的太阳电池组件的IV特性理论曲线推算示意图。

图4为本发明的太阳电池组件的IV特性曲线推算示意图。

图5为本发明的根据太阳电池组件的IV特性曲线得到判别指标的示意图。

图6为本发明的根据太阳电池组件的IV特性理论曲线得到判别阈值范围的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

请参照图2，本发明的太阳电池组件电性能的判别方法，包含以下步骤：

步骤一(S1’)：测试组成太阳电池组件的每一片叠层电池的IV特性曲线，分别以1、2、3…n表示；

步骤二(S2’)：根据步骤一测试的叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n获得太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；采用IV测试仪测试出上述叠层太阳电池经过串联焊接而成的太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98；

步骤三(S3’)：根据步骤二获得的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc以及测试获得的太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98推算出太阳电池组件的IV特性曲线99b；

步骤四(S4’)：利用步骤三获得的太阳电池组件的IV特性曲线99b判断太阳电池组件的电性能是否合格。

在步骤一(S1’)中，叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n采用IV测试仪和太阳模拟器测试。太阳模拟器用于提供特定标准的光照条件，如地面用太阳电池常用(AM1.5、1000W/m²)的标准，空间用太阳电池常用(AM0、1367W/m²)的标准。IV测试仪主要包括可变电子负载、电流表和电压表，可变电子负载使叠层电池处于不同的偏压状态，由电流表和电压表分别测试并记录叠层电池在不同偏压状态下的电流值和电压值，从而绘制成叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n。

在步骤二(S2’)中，短路电流的理论值Isc计算方法如下：

参照图3(图3中示出IV特性曲线1、2、3)，采用串联电路的电压叠加原理推算出太阳电池组件的IV特性理论曲线99a，即根据构成太阳电池组件的若干叠层太阳电池的IV特性曲线1、2、3…n，分别得到IV特性曲线1、2、3…n在电流为I₀时对应的电压值V₀₁、V₀₂、V₀₃…V_n，根据公式V₀＝V₀₁+V₀₂+V₀₃+…V_n计算出太阳电池组件在电流为I₀时对应的电压值V₀，采用同样的方法计算出太阳电池组件在电流为其它值时对应的电压值，根据这些计算得到的太阳电池组件的电流值和电压值绘制出太阳电池组件的IV特性理论曲线99a。然后从IV特性理论曲线99a上得到电压为0时对应的电流值，该电流值即为太阳电池组件的短路电流的理论值Isc。

由于在实际的太阳电池生产过程中，叠层电池需要先进行IV特性测试然后根据性能分档，档次相同或相近的叠层电池才会焊接制成太阳电池组件，即构成一个太阳电池组件的叠层电池的短路电流值会非常接近，因此，一些实施例中，太阳电池组件的短路电流的理论值Isc还可以用更简单的方法进行近似计算，即根据测试的每一片的叠层电池的短路电流值计算出平均值或最小值，将该平均值或最小值近似看作太阳电池组件的短路电流的理论值Isc。

所述步骤二中测试太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98的方法是：将太阳电池组件放在暗箱内，用IV特性测试仪测试太阳电池组件在无光照条件下的IV曲线，即可获得太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98。

在测试太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98的过程中，不需要使用太阳模拟器对太阳电池组件提供标准的光照条件，太阳电池组件电性能测试装置可以大大简化。

参照图4，所述步骤三(S3’)中推算太阳电池组件的IV特性曲线99b的方法是，将测试获得的太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线98沿着电流轴整体向上平移太阳电池组件的短路电流的理论值Isc的距离，即可得到太阳电池组件的IV特性曲线99b。

参照图5，所述步骤四(S4’)中判断太阳电池组件的电性能是否合格的方法是，根据太阳电池组件的IV特性曲线99b进一步得到太阳电池组件的开路电压Vocb、填充因子FFb、转换效率ηb、工作电流Igb等指标，并通过这些指标中的一个或若干个是否满足预先设定的阈值范围来判断太阳电池组件的电性能是否合格。

其中开路电压Vocb从IV特性曲线99b上电流为0处获得，短路电流Iscb从IV特性曲线99b上电压为0处获得。

从IV特性曲线99b上计算出电流和电压的乘积为最大值时的最佳工作点991b，该最佳工作点991b对应的电流和电压的乘积除以开路电压Vocb和短路电流Iscb的乘积可计算出太阳电池组件的填充因子FFb，该最佳工作点991b对应的电流和电压的乘积除以入射到太阳电池组件的光的功率可计算出转换效率ηb。

根据太阳电池组件的设计要求指定太阳电池组件的工作电压为Vgb，工作电流Igb从IV特性曲线99b上电压为Vgb处获得。

进一步，用于判断太阳电池组件电性能是否合格的阈值范围，可以根据太阳电池组件的设计要求人为规定，也可以根据太阳电池组件的IV特性理论曲线99a进行计算。

进一步，所述的根据太阳电池组件的IV特性理论曲线99a进行计算阈值范围，可参照图6，采用上述类似的方法从IV特性理论曲线99a得到太阳电池组件的理论开路电压Voca、理论填充因子FFa、理论转换效率ηa、理论工作电流Iga等指标，将这些指标乘以允许的衰降系数即可得到所需的阈值范围，衰降系数的下限和上限分别为0.95和1。

进一步，还可以根据理论开路电压Voca、理论填充因子FFa、理论转换效率ηa、理论工作电流Iga等指标中的一个或若干个是否满足预先设定的阈值范围来判断构成太阳电池组件的叠层电池的匹配损失是否合格。

进一步，所述用于判断叠层电池的匹配损失是否合格的阈值根据构成太阳电池组件的叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n进行计算，即根据叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n分别获得叠层电池的填充因子、转换效率、工作电流等指标的最小值和最大值，将这些最小值和最大值分别乘以匹配损失系数的下限和上限即可得到所需的阈值范围，匹配损失系数的下限和上限分别为0.95和1。

本发明的太阳电池组件电性能的判别方法，太阳电池组件的IV特性曲线99b是根据太阳电池组件的暗IV特性曲线98以及太阳电池组件的短路电流的理论值Isc进行推算获得的，而测试太阳电池组件的暗IV特性曲线98不需要使用太阳模拟器，因此测试设备成本低、体积小。

本发明的判别方法可以通过比较太阳电池组件的IV特性曲线99b和太阳电池组件的IV特性理论曲线99a的差异，可以直接判断焊接过程是否存在异常。

另外，本发明的判别方法，在焊接前可以通过串联电路的电压叠加原理推算出太阳电池组件的IV特性理论曲线99a，从而在焊接前就可以判断出构成太阳电池组件的叠层电池的匹配损失的大小，而传统的判别方法需要在焊接后测试太阳电池组件的实际的IV特性曲线才能得知匹配损失的大小，因此本发明的判别方法可以在焊接前及时发现叠层电池不匹配的问题，避免焊接后造成不可逆的损失。

下面通过2个实施例对本发明的技术方案作更详细的介绍：

实施例1

以根据开路电压来进行判别合格为例，假定通过计算得到太阳电池组件的理论开路电压Voca为30V，根据衰降系数的下限和上限分别为0.95和1可以计算出该太阳电池组件的开路电压的合格判定的阈值范围为28.5～30.0V，根据本发明的方法推算出太阳电池组件的开路电压Vocb为29.6V，处于允许的阈值范围内，即可判断该太阳电池组件的电性能合格。

实施例2

以上为仅采用开路电压来进行判别合格的例子，实际生产中为了进一步提高判别的准确性，可同时采用多个指标来进行综合判别。如通过计算得到某一太阳电池组件的理论开路电压Voca为30V，理论填充因子FFa为0.80，根据衰降系数的下限和上限分别为0.95和1可以计算出该太阳电池组件的开路电压的合格判定的阈值范围为28.5～30.0V，填充因子的合格判定的阈值范围为0.76～0.80，根据本发明的方法推算出太阳电池组件的开路电压Vocb为29.6V，填充因子FFb为0.75，尽管开路电压Vocb处于允许的阈值范围内，但填充因子FFb超出允许的阈值范围，因此综合判断该太阳电池组件的电性能不合格。

另外，还可以在焊接前预先判断构成太阳电池组件的叠层电池的匹配损失是否合格。假定构成该太阳电池组件的所有叠层电池经过测试叠层电池的填充因子的最小值为0.82，最大值为0.84，根据匹配损失系数的下限和上限计算出太阳电池组件的理论填充因子FFa的合格判定的阈值范围为0.779～0.84，上述计算已得到太阳电池组件的理论填充因子FFa为0.80，处于允许的阈值范围内，即可判断该太阳电池组件的叠层电池的匹配损失合格，可以进行后继的焊接操作。

另外在本实例中，理论填充因子FFa为0.80，该理论填充因子已经包含了叠层电池的匹配损失的影响，理论填充因子FFa和填充因子FFb的差值为0.05，该差值是由焊接损伤造成的，因此根据该差值可以直接判断焊接过程是否存在异常。

综上所述，本发明具有所需测试设备成本低、体积小的优点，另外还可以直接判断焊接过程是否存在异常，可以在焊接前及时发现叠层电池不匹配的问题。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述的太阳电池组件包含n片串联焊接的叠层电池；所述的判别方法包含以下步骤：

步骤一：测试并获得每一片叠层电池的IV特性曲线，分别以1、2、3…n表示；

步骤二：根据步骤一的叠层电池的IV特性曲线获得所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；采用IV测试仪测试并获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线；

步骤三：根据步骤二获得的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc以及测试获得的太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线推算出太阳电池组件的IV特性曲线；

步骤四：利用步骤三获得的太阳电池组件的IV特性曲线判断太阳电池组件的电性能是否合格。

2.如权利要求1所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤二中，所述的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc的获得方法为：绘制出太阳电池组件的IV特性理论曲线，然后从所述IV特性理论曲线上得到的电压为0时对应的电流值，该电流值为所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc；其中，所述的IV特性理论曲线的绘制方法为：根据IV特性曲线1、2、3…n，分别得到IV特性曲线1、2、3…n在电流为I₀时对应的电压值V₀₁、V₀₂、V₀₃…V_n，根据公式V₀＝V₀₁+V₀₂+V₀₃+…V_n计算出太阳电池组件在电流为I₀时对应的电压值V₀，采用同样的方法计算出太阳电池组件在电流为其它值时对应的电压值，根据计算得到的太阳电池组件的电流值和电压值绘制出太阳电池组件的IV特性理论曲线。

3.如权利要求1所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤二中，所述的太阳电池组件的短路电流的理论值Isc通过以下方法进行近似计算得到：测试每一片的叠层电池的短路电流值并计算出所述短路电流值的平均值或最小值，将该平均值或最小值近似看作所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc。

4.如权利要求2或3所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤二中，测试并获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线的方法是：将太阳电池组件放在暗箱内，用IV测试仪测试太阳电池组件的IV曲线，获得所述太阳电池组件的实际的暗IV特性曲线。

5.如权利要求4所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤三中，将所述的实际的暗IV特性曲线沿着电流轴整体向上平移所述太阳电池组件的短路电流的理论值Isc的距离，得到所述的太阳电池组件的IV特性曲线。

6.如权利要求5所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤四中，根据所述的IV特性曲线得到太阳电池组件的若干个指标，根据所述的IV特性理论曲线得到所述指标的理论值，并通过所述指标中的一个或若干个是否满足预先设定的阈值范围来判断太阳电池组件的电性能是否合格；所述的阈值范围为所述指标的理论值乘以允许的衰降系数得到，所述的衰降系数的下限和上限分别为0.95和1。

7.如权利要求6所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述的指标包含开路电压Vocb、填充因子FFb、转换效率ηb和工作电流Igb中的一个或两个以上。

8.如权利要求7所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，该判别方法还包含：根据所述指标的理论值中的一个或若干个是否满足预先设定的用于判断叠层电池的匹配损失是否合格的阈值范围来判断构成太阳电池组件的叠层电池的匹配损失是否合格；所述的阈值范围根据叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n分别获得叠层电池的判定指标的最小值和最大值，将所述的最小值和最大值分别乘以匹配损失系数的下限和上限得到所需的阈值范围。

9.如权利要求8所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述的匹配损失系数的下限和上限分别为0.95和1。

10.如权利要求1所述的太阳电池组件电性能的判别方法，其特征在于，所述步骤一中，叠层电池的IV特性曲线1、2、3…n采用IV测试仪和太阳模拟器测试获得。

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