CN112425068A - 用于测试卫星的太阳能发电机的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试卫星或太阳能无人机的太阳能发电机的装置，所述太阳能发电机包括单结或多结太阳能电池阵列，每个结能够将相应波长带的光子转换成电流，所述测试装置包括：‑光源阵列，所述光源阵列包括至少一排光源，所述阵列的每个光源能够在所述太阳能电池的结的每个电转换波长带中发射光，‑用于所述光源阵列的控制单元，所述控制单元能够单独控制所述阵列的每个光源的接通和断开，所述光源阵列被进一步配置成能够通过接通所述阵列的一个或多个光源来选择性地照亮所述太阳能发电机的每个太阳能电池，其中所述太阳能电池接收大于至少130W/m²的辐照度。

Description

用于测试卫星的太阳能发电机的装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试卫星或太阳能无人机的太阳能发电机的装置。

根据本发明的装置具体地可用于测试形成太阳能发电机的太阳能电池的健康，但是还可用于测试太阳能电池和其保护性元件的连接的正确操作。

背景技术

卫星的电力由一个或多个太阳能发电机供应，每个发电机包括包含若干p-n结(通常是三个p-n结)的太阳能电池阵列。与双结电池相比，三结太阳能电池展现出更高的电转换效率，但是三结太阳能电池更昂贵。

鉴于一旦部署卫星后很难接近卫星，在卫星发射之后很难或甚至不可能对其组件进行测试或维修，故因此，能够在发射前在地面上对卫星进行测试至关重要。具体地，太阳能发电机经受若干功能测试，所述功能测试的目的是证明一旦卫星发射，将保证发电机的性能，并且如有必要，在发射前替换缺陷组件。

这些正确操作的测试具体地包含对电路的完整性和所述太阳能发电机的组件，即太阳能电池的性能的验证。目前，验证是通过一系列单元测试来完成的，所述单元测试通常包括：

-对电池的布线和如旁路二极管等保护性元件的连续性测试，

-太阳能电池的健康测试，

-在集成太阳能发电机后，电气区段到卫星的分配和正确连接的测试。

可以通过由以下组成的电致发光测试来实现对太阳能电池的健康测试：向太阳能发电机供应电流和捕获并处理响应于此电流而生成的电致发光图像，以便检测故障。所述健康测试还可以通过被称为“闪光测试(f l ash test)”的由以下组成的测试来实现：照亮太阳能发电机并测量作为响应而生成的电力和/或I-V特性。

布线连续性测试可以通过对形成发电机的各种太阳能电池串进行单独极化来手动执行。

这些不同类型的测试需要将太阳能发电机与卫星断开连接并访问太阳能发电机的电气系统，以便连接测量电子设备和处理电子设备。鉴于这些测试所需的时间，通常必须将太阳能发电机从卫星拆除并且带到特定测试区域，这增加不想要的处理并且因此提高了损坏太阳能发电机和卫星的风险，考虑这些部件的生产成本，所述处理和风险是不期望的。

可以通过照亮太阳能发电机的不同区域并测量卫星处的响应来执行分配测试。因此，一旦已经将太阳能发电机重新组装到卫星，便在第二步骤中执行此测试。

所实施的各种测试的多样性以及在连接到太阳能发电机并对其进行操纵以便能够执行每个测试方面出现的限制，使测试方案变得冗长且有风险。

太阳能无人机也出现了同样的问题，由于太阳能无人机的显著集成约束和轻质约束，太阳能无人机包括昂贵且易碎的太阳能发电机，非常重要的是，在没有任何损坏所述太阳能发电机的风险的情况下能够对其进行测试。另外，对于可能具有充分自主性以在夜间不着陆的太阳能无人机，在发射无人机之前执行所有必要的测试，以避免对无人机飞行的不合时宜的中断也是有利的。

因此，需要一种测试太阳能发电机的装置，所述装置更快并且对太阳能发电机和其上所安装的卫星或无人机的完整性构成的风险较小。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的缺点。

具体地，本发明的一个目的是提供一种用于测试太阳能发电机的可用于执行各种类型的测试的非接触式装置。

本发明的另一个目的是提供一种用于对太阳能电池执行健康测试并且还测试布线连续性以及电气区段到卫星或到太阳能无人机的正确连接的测试装置。

在此方面，本发明的目标是一种用于测试卫星或太阳能无人机的太阳能发电机的装置，所述太阳能发电机包括单结或多结太阳能电池阵列，每个结能够将相应波长带的光子转换成电流，

所述测试装置包括：

-光源阵列，所述光源阵列包括至少一排光源，所述阵列的每个光源能够在所述太阳能电池的一个或多个结的每个电转换波长带中发射光，

-用于所述光源阵列的控制单元，所述控制单元能够单独控制所述阵列的所述光源中的每个光源的接通和断开，

所述光源阵列被进一步配置成能够通过接通所述阵列的一个或多个光源来选择性地照亮所述太阳能发电机的每个太阳能电池，其中所述太阳能电池接收大于至少130W/m²的辐照度。

在一个实施例中，每个太阳能电池为多结类型，并且所述阵列的每个光源包括多个发光二极管，每个发光二极管能够在所述太阳能电池的相应结的电转换波长带中发射光。

例如，N为所述太阳能发电机的所述太阳能电池的结数，所述阵列的每个光源可以包括N个发光二极管，光源的每个二极管能够在由所述太阳能电池的相应结吸收的波长带中发射光。

在一个特定实施例中，所述太阳能电池为三结类型，并且所述阵列的每个光源包括：

-第一发光二极管，所述第一发光二极管能够在以450nm为中心的波长带中发射光，

-第二发光二极管，所述第二发光二极管能够在以850nm为中心的波长带中发射光，以及

-第三发光二极管，所述第三发光二极管能够在以940nm为中心的波长带中发射光。

有利地，所述控制单元进一步能够单独控制所述阵列的光源的每个发光二极管的接通、断开和辐照度。

有利地，所述阵列的两个相邻光源之间的距离小于或等于两个相邻太阳能电池的中心之间的距离。

在一个实施例中，所述测试装置进一步包括光学器件，所述光学器件适合于控制由每个光源发射的光束的张角。在光源包括LED的情况下，这些光学器件可以集成到每个LED中。

所述测试装置可以进一步包括用于太阳能发电机的保护装置，所述保护装置包括：

-透明屏幕，所述透明屏幕能够阻挡波长大于1.8μm的光线，以及

-风扇，所述风扇能够使空气在所述透明屏幕与所述光源阵列之间循环。

有利地，所述光源阵列由多个子阵列形成，每个子阵列包括至少一排光源。

本发明的另一个目标是一种用于测试卫星或太阳能无人机的太阳能发电机的方法，所述太阳能发电机包括多结太阳能电池阵列，每个结能够将相应波长带的光子转换成电流，所述测试方法使用根据上文描述的测试装置实施，并且包括以下步骤：

-将所述测试装置的所述阵列的光源定位成面对所述太阳能发电机，

-通过接通所述阵列的至少一个光源，选择性地照亮所述太阳能发电机的至少一个太阳能电池，

-测量被照亮的太阳能电池的响应电流，以及

-分析测得的响应电流，以便推导出所述太阳能发电机的健康或缺陷状态。

有利地，所述太阳能发电机被组装到卫星或太阳能无人机，并且所述测得的响应电流是由所述太阳能发电机供应给所述卫星或所述太阳能无人机的电流。

在一个实施例中，所述太阳能发电机被组装到卫星，并且所述测试装置被配置成能够同时照亮所述太阳能发电机中的所有太阳能电池，所述方法包括通过同时照亮所述太阳能发电机的所有太阳能电池来测试所述卫星的接通的步骤。

在一个实施例中，所述太阳能发电机包括多串太阳能电池，一串中的太阳能电池串联连接，并且所述方法包括对至少一串太阳能电池进行测试，所述测试包括：

-连续照亮一串中的太阳能电池组，所述组包括恒定数量的太阳能电池，并且被连续照亮的组彼此偏移一个太阳能电池，以及

-基于对每组被照亮的太阳能电池测量的响应电流，确定所述串中的电池的健康或缺陷状态以及所述串中的电池之间的电触点的健康或缺陷状态。

太阳能发电机的每个太阳能电池可以与旁路二极管相关联；然后对一串太阳能电池进行的测试可以包括基于对每组被照亮的太阳能电池测量的响应电流，确定与所述串中的太阳能电池相关联的旁路二极管的健康或缺陷状态。

在所述太阳能发电机连接到调节器并且包括多串太阳能电池的情况下，其中一串中的太阳能电池串联连接，所述方法可以包括选择性地照亮一串或多串太阳能电池以及基于测得的响应电流确定所述调节器的健康或缺陷状态和所述串与所述调节器之间的连接。

根据本发明的测试装置使得可以在没有接触且没有特定测试接口的情况下测试太阳能发电机的太阳能电池的健康。实际上，所述装置被配置成能够以大于130W/m²的接收到的辐照度照亮每个电池，这对应于在太空中从太阳接收到的辐照度的十分之一，并且这使得太阳能电池可以产生足够高的电流以在卫星或无人机处可测量。

因此，没有必要将太阳能发电机与卫星或无人机断开连接，从而减少了与处理相关联的风险以及测试的持续时间。

另外，测试装置的光源阵列的配置允许单独照亮太阳能发电机的一个或多个太阳能电池。这不仅允许确定太阳能电池的健康或缺陷状态，而且还允许通过太阳能电池组的适当照亮顺序来测试布线的完整性、旁路二极管的正确操作以及太阳能发电机到卫星或无人机的分配，即正确连接。

附图说明

根据以下描述，本发明的其它特征、目的和优点将是显而易见的，所述描述纯粹是说明性的而非限制性的并且将结合附图来阅读，在附图中：

-图1a示意性地表示了根据本发明的一个实施例的测试装置的实例，

-图1b示意性地表示了用于光源阵列的支撑框架，

-图1c示意性地表示了安装在框架上的光源阵列的轮廓视图，

-图1d示意性地表示了根据本发明的另一个实施例的测试装置的实例，

-图2a示出了包括四个具有不同发射光谱的LED的光源的实例，

-图2b示出了LED的高密度配置的实例，

-图3a和3b示出了测试装置的光源阵列的两个示例配置，

-图4示意性地表示了卫星的太阳能发电机的实例，

-图5示出了与要测试的太阳能发电机的太阳能电池的电转换特性相比的测试装置的发光二极管的发射特性的实例，

-图6示意性地表示了根据本发明的一个实施例的用于测试太阳能发电机的方法的主要步骤。

具体实施方式

参考图1a，现在将描述用于测试太阳能发电机的装置1，所述装置允许对太阳能发电机的正确操作进行一组非接触式验证并且操纵太阳能发电机以便访问太阳能发电机的内部组件。有利地，太阳能发电机应旨在位于卫星S或太阳能无人机上，以确保向其供应电力。

图4中示意性地表示了太阳能发电机2的实例。所述太阳能发电机包括包含至少一个结，并且优选地至少两个结的太阳能电池20阵列——后文使用术语多结电池——太阳能电池的每个结能够通过光伏效应将相应的波长带的光子转换成电流。

在向卫星供电的情况下，太阳能发电机的太阳能电池20通常可以是三结电池，例如由阿祖尔航天公司(Azur Space)提供的电池模块3G28或3G30，所述电池模块的光谱响应在图5中示出，其中x轴表示波长并且左边的y轴表示电池的光电转换率(也被称为外部量子效率EQE)。

例如，三结电池可以包括：

-适合于将波长带介于400nm与600nm之间的光子转换成电流的上部结，

-适合于将波长带介于650nm与900nm之间的光子转换成电流的中间结，以及

-适合于在近红外中将例如波长带介于900nm与1000nm之间的光子转换成电流的下部结。

太阳能电池的“阵列”被理解为意指太阳能电池以规则的布置方式，即以两个邻近的太阳能电池之间恒定的距离(其可以包括在第一方向上的第一距离和在与第一正交的第二方向上的第二距离)布置。通常，太阳能电池成排分布，所有排都包括相同数量的电池。例如，太阳能电池阵列可以具有基本上矩形的形状，并且包括分布成N排(每排包括R个电池)的数量为N*R的太阳能电池。在N＝R的情况下，阵列的形状呈基本上正方形。

太阳能发电机2的太阳能电池20成串21分布，每串包括彼此串联连接的多个太阳能电池20。在图4中，示出六串太阳能电池作为实例。

另外，太阳能发电机2可以包括一个或多个旁路二极管22，旁路二极管与一个或多个太阳能电池20并联连接并且如果旁路二极管被遮挡，则可以使与所述旁路二极管连接到的一个或多个太阳能电池短路。例如，太阳能发电机2可以包括用于每个太阳能电池的一个旁路二极管22，如图4中示意性表示，其中仅展示了所述六串太阳能电池之一。

太阳能发电机2还可以包括用于每串21的串阻塞二极管23，使得可以在遮挡的情况下阻止电流在相反方向上在串中流动。

最后，根据卫星的需要，太阳能发电机连接到直接能量转移类型(也被称为DET)或最大功率点跟踪类型(也被称为MPPT)的功率调节器25。然后由调节器25转换的电流可以用于为其中安装有太阳能发电机的卫星S或无人机供电。

在发射卫星或无人机之前，必须验证太阳能发电机的正确操作。

返回到图1a，用于测试太阳能发电机的装置1包括照明装置19，所述照明装置包括光源11阵列10，其中此处再次将术语阵列解释为意指以规则的布置方式，例如以两个相邻光源之间恒定的距离(可能包括在第一方向上的第一距离和在与第一正交的第二方向上的第二距离)分布的一组若干光源。优选地，该阵列的光源11成排分布，所有排都包括相同数量的光源。光源被布置在平坦的支撑件上，从而形成大小和几何形状可以根据要测试的太阳能发电机来配置的板。

另外，阵列10的每个光源11能够在太阳能电池的结的电转换波长带中的至少一个电转换波长带中发射光。

在一个实施例中，阵列10的每个光源11能够在太阳能电池的结的每个电转换波长带中发射光。

通过借助于光源照亮太阳能电池，这使得可以同时激发太阳能电池的所有结，并且因此允许太阳能电池产生/生成电流。

例如，每个光源11可以包括用于太阳能电池的每个结的至少一个发光二极管(以下被称为LED)，每个发光二极管能够在由太阳能电池的相应结吸收的波长带中产生光。

应当理解，光源的性质可以根据太阳能电池的类型变化，并且更具体地，LED的发射范围可以根据太阳能电池的结变化。

作为非限制性实例，为了至少适合于3G28类型的三结电池(其光谱响应在图5中示出)，阵列10的每个光源11可以有利地包括三个LED：

-第一LED，其能够在以450nm为中心的波长带中发射光，以便在电池的上部结的吸收带(400-600nm)中发射光；这是白色LED的情况，所述白色LED的发射光谱也在图5中示出，

-第二LED，其能够在以850nm为中心的波长带中发射光，以便在电池的中间结的吸收带(650-900nm)中发射光；这是第一红外LED的情况，所述第一红外LED的发射光谱在图5中示出，以及

-第三LED，其能够在以940nm为中心的波长带中发射光，以便在电池的下部结的吸收带(900-1000nm)中发射光；这是第二红外LED的情况，所述第二红外LED的发射光谱在图5中示出。

在图5中，右边的y轴表示LED的光谱辐射率。

可替代地，还可能的是，每个光源11可以具有用于太阳能电池的每个结的允许在每个结的波长带中照亮的若干LED，例如两个或三个LED。

在另一个实施例中，阵列的光源11能够在太阳能电池的单个电转换波长带中发射光。在此情况下并且如图1d中示意性示出的，为了照亮具有多个结的太阳能电池，照明装置19还可以包括能够在太阳能电池的其它一个或多个电转换波长带中发射光的至少一个二次光源18。

更通常地，如果光源11能够在多于一个波长带，太阳能电池的对应于N-1个结的最多N-1个电转换波长带中照亮，这种情况也可以适用，N为电池的结数。

返回到图1a，测试装置1还包括用于照明装置的控制单元12。控制单元具体地适合于选择性地单独控制阵列10的光源11中的每个光源的接通和断开。有利地，控制单元12还适合于控制一个或多个二次光源18。

在此方面，控制单元12可以包括计算机13，所述计算机包括：

-存储器130，其存储可以由处理器执行的指令，

-处理器131，其适合于执行存储在存储器中的指令，以便向光源发送将其接通或断开的命令，以及

-人机接口132，其包括例如(可能是触敏的)屏幕，以便显示与源的接通或断开状态有关的信息，以及用于输入操作者的命令以控制源的接通或断开的装置。

参考图3a和3b，控制单元12还可以包括至少一个微控制器120，所述至少一个微控制器连接到阵列10的光源的相应子集并且能够将处理器的命令转换成用于控制光源的指令。对于每个光源，控制单元12最后可以包括低压功率晶体管121，所述低压功率晶体管适合于从微控制器接收指令并且根据指令选择性地切换成为光源供电或不供电。

有利地，控制单元12还可以适合于在对应于太阳能电池的相应结的每个波长带中分别控制和改变由光源发射的辐照度。因此，在光源包括太阳能电池的每个结的至少一个LED的情况下，控制单元12有利地适合于单独地控制每个LED的接通、断开和发光功率。

最后，返回到图1a，测试装置1进一步包括用于阵列10的光源并且在适当的情况下用于一个或多个二次光源18的电源14。此供应将电网电压(例如，220V，单相或三相)转换成适合于阵列的电压。确定对电压的选择以最小化为阵列供电的电流，并且所述电压通常可以在10V与40V之间进行选择。

因此，照明装置能够在对应于电池的结的每个波长带中照亮太阳能发电机的每个太阳能电池，并且能够允许对结的至少一个结的每个太阳能电池进行单独可切换的照明，以便能够在每个单元不递送电流的状态(至少一个结未被照亮)与在正常操作期间每个单元递送电流的状态(所有结都被照亮)之间选择性地切换电池。

实际上，在阵列10的光源11能够在对应于太阳能电池的结中的每个结的波长带中发射光的情况下，每个光源的切换可以使每个电池从一种状态改变为另一种状态。

在光源11仅在一个波长带中照亮，其中太阳能电池具有多个结并且照明装置19进一步包括用于其它结的一个或多个二次光源18的情况下，足以用一个或多个二次光源18照亮太阳能发电机并且使阵列10的光源进行切换以激活缺失的结并且因此使每个电池从一种状态切换到另一种状态。

另外，所述照明装置适合于以太阳能电池接收的大于或等于至少130W/m²的辐照度来照亮太阳能电池，所述辐照度对应于在对应于所有结的所有波长带中的累积辐照度。

这样确保在对太阳能电池进行照亮时，以足够的辐照度对太阳能电池进行照亮，以使太阳能电池产生可测量的电流，从而可以通过分析响应电流来评估被照亮的太阳能电池是否起作用。此辐照度还是在太空中使用期间卫星的太阳能发电机的太阳能电池从太阳接收到的辐照度的约十分之一。

为了可以单独切换每个电池，阵列10的光源优选地包括至少与太阳能发电机包括的太阳能电池一样多的光源，使得至少一个光源对应于给定的太阳能电池，并且使得接通光源导致对应电池的照亮。

换句话说，两个光源之间的距离小于或等于太阳能发电机的两个太阳能电池的中心之间的距离。

可替代地，阵列10的光源可以包括数量为发电机的太阳能电池的数量的倍数的光源。

另外，阵列10的光源的表面密度越大，测试装置就越能够适于各种类型的太阳能发电机，因为然后可以根据要测试的太阳能发电机将光源分组成可变配置。

例如，常规地用于卫星的太阳能发电机具有太阳能电池的密度，使得两个相邻太阳能电池的中心之间的距离通常介于4cm与14cm之间。有利地，测试装置的光源阵列的光源密度可以大于太阳能电池的密度，这对应于两个相邻光源之间的小于5cm，优选地小于1cm，例如5mm的距离。

应当理解，在照明装置19还包括一个或多个二次光源18的情况下，关于每个太阳能电池的单独照明的要求仅适用于光源11阵列10，因为正是阵列10允许单独切换电池，并且对于更漫射的照明，所述一个或多个二次光源的密度可能较低。因此，每个二次光源可以覆盖若干电池，或甚至整个发电机。

为了实现光源的高表面密度，将优选地使用其中LED并列或叠加并且其中每个LED具有集成式光学器件以将发射的束的角度开口减小到10°或更小的壳体。图2a中所表示的是适于具有四个结的电池的光源的实例，所述光源包括发射带分别以四个不同的波长为中心的四个LED，所述四个LED安装在共同的板上，并且每个LED包括允许将束的角度开口减小到10°的集成式光学器件。在10cm的距离处，由所示实例产生的束的直径为23mm，并且因此可以显著照亮发电机的单个电池。

可替代地，图2b中所表示的是高密度阵列的实例，所述高密度阵列包括适于太阳能电池的四个结的数排LED，所述排的LED以紧凑的方式组织。在所示实例中，两个相邻LED之间的间距在水平方向上和在由行定义的方向上为4mm。因此可以对LED进行分组，使得根据太阳能电池的配置以可变的配置单独照亮太阳能发电机的电池。

在一个实施例中，光源阵列10包括可以组装在一起的多个子阵列15，每个子阵列15能够被单独供电并且连接到计算机13。在此方面，然后每个子阵列包括微控制器120使得可以控制子阵列的所有光源。

每个子阵列15包括至少一个，并且优选地若干光源11。有利地，子阵列15包括至少一排光源11。

有利地，测试装置1进一步包括在图1b中示意性地表示的框架16，并且允许子阵列进行组装以形成期望的几何形状的阵列。框架可以例如包括一组位置160，每个位置能够例如通过拧紧或栓接或卡扣配合来容纳子阵列。

这种组织成子阵列允许根据要测试的太阳能发电机的几何形状使测试装置模块化。实际上，然后可以选择合适数量的子阵列，并且以基于所述几何形状确定的配置将所述子阵列组装。

在图3a和3b中，已经表示了两个可能的子阵列的实例。在图3a所示的第一实施例中，子阵列包括四个光源11的四排。在图3b所示的变体中，子阵列包括九个光源11的两排。

此外，为了能够在对应于结的至少一个波长带中选择性地照亮太阳能电池20，测试装置有利地包括使得可以控制并且有利地减小由每个源11发射的光束的张角的光学器件(未示出)。这些光学器件可以例如包括一个或多个透镜和/或一个或多个隔膜。如上文已描述的，光学器件还可以直接集成到LED中以允许增加LED的密度。

不被超过的最大张角的值取决于其它参数，尤其是太阳能电池与光源之间的距离。通常，此距离优选地大于5cm，因为低于所述距离存在测试装置接触太阳能发电机并因此造成损坏的风险。此距离优选地小于15到20cm，因为超过所述距离存在使在测试装置附近工作的操作者失明的风险。

例如，太阳能电池与光源之间的距离可以是10cm，并且张角的控制光学器件可以适于将光束的张角减小到小于15°的角度，例如等于10°。

太阳能电池接收到的辐照度还取决于光源的密度，光源产生的辐照度、距离和光束的张角。在太阳能发电机的每个太阳能电池有一个光源，每个光源能够在对应于电池的结的每个波长带中产生光，并且在测试期间，每个光源11放置在距太阳能发电机介于5cm与15cm之间的距离处并且张角小于15°的实施例中，光源有利地配置成每10cm²产生1到2瓦的辐照度。

鉴于太阳能发电机接收到的辐照度，测试装置1有利地包括用于保护太阳能发电机的装置18。此保护装置18有利地包括在阵列的光源11与太阳能电池之间延伸的透明屏幕180，所述透明屏幕能够在光源发生故障时提供机械保护(保护，限制所产生的污染)和热保护。在此方面，透明屏幕180有利地适于阻挡波长大于1.8μm的红外线，以便限制太阳能发电机的升温。参考图1c，此透明屏幕180可以以距框架16一定距离安装在所述框架上，所述距离使得能够定位光源阵列10，同时在光源与屏幕之间保持一定空间以允许空气循环。

在此方面，保护装置18还可以包括能够将新鲜空气带入到光源与屏幕180之间的空间的风扇181。最后，保护装置18还可以包括光源阵列的背面(换句话说，阵列的远离太阳能发电机定向的面)上的散热器182，散热器182能够去除由光源产生的热量，从而有助于对太阳能发电机的热保护。

有利地，但任选地，阵列10的每个光源11还可以是可定向的，以便能够根据太阳能发电机的若干几何形状进行调整并且允许单独的太阳能电池的可能最精确的照亮。

上文所描述的测试装置1可以根据其用途对太阳能发电机的正确操作执行若干次验证。

参考图6，使用上文所描述的测试装置测试太阳能发电机的方法包括使光源阵列定位100成与太阳能发电机的太阳能电池阵列相反。

有利地，测试装置已经在光源的数量和布置以及光源的性质和发射光谱两个方面被预先配置用于要测试的太阳能发电机。

例如，在光源阵列由子阵列构成的情况下，已经通过选择允许测试整个太阳能发电机的子阵列的数量和布置并且根据此配置对所述子阵列进行组装来配置测试装置。

另外，光源阵列10，并且优选地其上安装有阵列的框架16有利地固定到可移动的托架(未示出)，所述可移动的托架有利地包括用于调节安装在其上的光源阵列10的位置和朝向的装置。因此，可以将光源阵列10安装在托架上，然后将托架带到太阳能发电机并且进行调节以将光源定位成与太阳能电池相反。

有利地，将光源阵列定位成使得至少一个光源以小于20cm，并且优选地小于15cm但大于5cm的距离定位成与每个太阳能电池相反。

然后，所述方法包括通过接通阵列的至少一个光源11并且在适当的情况下接通二次光源，在对应于太阳能电池的一个或多个结的所有波长带中照亮200太阳能发电机的至少一个太阳能电池。下文将描述此步骤的各个实施例。

在照明装置仅包括光源11阵列10的情况下，此步骤通过以下来实施：接通一个或多个光源，以便对应于要激活电流产生的一个或多个电池。

在照明装置包括一个或多个二次光源的情况下，此步骤包括接通二次光源以照亮期望激活电流产生的至少一个或多个电池，以及接通阵列的对应于所述一个或多个电池的一个或多个光源11，光源11的这种接通使得能够切换电池。

然后，所述方法包括测量300被照亮的一个或多个太阳能电池的响应电流。所测得的响应电流优选地是供应给卫星或无人机的电流，因为可以在不访问太阳能发电机的内部电连接(例如两个电池或两个串之间的连接)的情况下访问此电流，并且因此这可以最小化由处理太阳能发电机造成的损坏风险。

然后，在步骤400期间，由操作者或由处理器实施的算法分析所测得的响应电流，以便推导出太阳能发电机的健康或缺陷状态。所执行的分析取决于所实施的照亮类型以及所执行测试的性质。所述分析可以包括例如(但不限于此)将所测得的电流值与根据被照亮的电池数确定的阈值进行比较，并且如果所测得的电流低于所述阈值，则检测故障。

如果太阳能发电机产生的供电电流超过预定阈值(对应于在太阳能发电机上太阳的至少部分照亮)，则卫星有时会配备有自动启动特征。

在一个实施例中，可以通过同时接通所有光源以便照亮整个太阳能发电机来测试此功能以及太阳能发电机到卫星的正确连接。

可替代地，所述方法包括通过同时照亮串中的所有电池来选择性地照亮200一串电池，并且对输出电流的分析允许验证串到卫星或到无人机的正确连接、布线的完整性、串到调节器25的路径(其应当对应于串)的正确分配、调节器的正确操作以及对应串阻塞二极管的正确操作。

另外，如果调节器提供对串输入电压的测量，则串的旁路二极管的短路故障类型将降低所述串的开路电压。

可替代地，如果调节器为MPPT类型，则所述方法可以包括模拟太阳能发电机的一部分的遮挡的照亮200，以便验证MPPT调节器是否正确操作。然后，在考虑被遮挡的电池时，验证卫星供电电流的功率为最大功率。

所述方法还可以包括连续照亮200一串中的太阳能电池组，所述组包括恒定数量的太阳能电池，并且被连续照亮的组彼此偏移单个太阳能电池，这种照亮形成所述串的渐进式扫描。

电流在此扫描期间的演化使得可以检测电池或对应的旁路二极管的故障，或者所述串中的电池之间的故障电接触。

例如，如果电流在扫描期间恒定但经历局部减小，则可以推导出电池或最后添加到所述组的旁路二极管的故障，所述故障对应于电流的减小。

另外的测试可以区分故障是来自电池还是来自相关联的旁路二极管：此测试首先包括照亮布置故障所定位的电池的上游的电池，然后照亮故障电池，以及分析每个被照亮的电池的电流。如果在照亮上游电池时无可测量的电流，并且在照亮下一个电池时检测到电流，则可以推导出旁路二极管有缺陷并且处于开路中。

另一方面，如果在照亮放置在上游的电池时检测到电流，并且在照亮下一个电池时电流减小，则可以推导出电池有缺陷或旁路二极管短路。

因此，上文所呈现的测试装置使得可以在不处理太阳能发电机或不与太阳能发电机接触的情况下对太阳能发电机执行一组测试，这降低了损坏的风险。另外，单独地对太阳能电池施加压力使得可以测试所标识的电池或串的操作，所述操作允许准确地检测故障的位置。

Claims (17)

1.一种用于测试卫星或太阳能无人机的太阳能发电机(2)的装置(1)，所述太阳能发电机(2)包括单结或多结太阳能电池(20)阵列，每个结能够将相应波长带的光子转换成电流，

所述测试装置(1)包括：

-照明装置(19)，所述照明装置能够在所述太阳能电池的结的电转换波长的每个带中发射光，所述照明装置包括光源(11)阵列(10)，所述光源阵列包括至少一排光源(11)，所述阵列的每个光源(11)能够在所述太阳能电池(20)的结的至少一个电转换波长带中发射光，

-用于所述光源阵列(10)的控制单元(12)，所述控制单元能够单独控制所述阵列的每个光源(11)的接通和断开，

所述光源(11)阵列(10)被进一步配置成能够通过接通所述阵列的一个或多个光源(11)来选择性地照亮所述太阳能发电机的每个太阳能电池(20)，

并且所述照明装置被配置成能够照亮所述太阳能发电机的每个太阳能电池(20)，其中所述太阳能电池接收大于至少130W/m²的辐照度。

2.根据权利要求1所述的测试装置(1)，其特征在于，每个太阳能电池(20)为多结类型，并且所述阵列(10)的每个光源(11)能够在太阳能电池结(20)的每个电转换波长带中发射光。

3.根据权利要求2所述的测试装置(1)，其特征在于，所述阵列(10)的每个光源(11)包括多个发光二极管，每个发光二极管能够在所述太阳能电池的相应结的电转换波长带中发射光。

4.根据权利要求3所述的测试装置(1)，其特征在于，N是所述太阳能发电机(2)的所述太阳能电池(20)的结数，并且其中所述阵列的每个光源(11)包括n个发光二极管，光源的每个二极管能够在由所述太阳能电池的相应结吸收的波长带中发射光。

5.根据前一权利要求所述的测试装置(1)，其特征在于，所述太阳能电池(20)为三结类型，并且所述阵列(10)的每个光源(11)包括：

-第一发光二极管，所述第一发光二极管能够在以450为中心的波长带中发射光，

-第二发光二极管，所述第二发光二极管能够在以850nm为中心的波长带中发射光，以及

-第三发光二极管，所述第三发光二极管能够在以940nm为中心的波长带中发射光。

6.根据权利要求2到4中任一项所述的测试装置(1)，其特征在于，所述控制单元(12)进一步能够单独控制所述阵列的光源(11)的每个发光二极管的接通、断开和辐照度。

7.根据权利要求1所述的测试装置(1)，其特征在于，每个太阳能电池为多结类型，并且所述阵列的每个光源(11)能够在所述太阳能电池的结的单个电转换波长带中发射光，并且所述照明装置进一步包括能够在所述太阳能电池的结的每个其它电转换波长带中发射光的至少一个二次光源。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测试装置(1)，其特征在于，邻近所述阵列的两个相邻光源(11)之间的距离小于或等于两个相邻太阳能电池(20)的中心之间的距离。

9.根据前述权利要求中任一项所述的测试装置(1)，其进一步包括光学器件，所述光学器件适合于控制由每个光源发射的光束的张角。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测试装置(1)，其进一步包括用于所述太阳能发电机的保护装置(18)，所述保护装置包括：

-透明屏幕(180)，所述透明屏幕能够阻挡波长大于1.8μm的光线，以及

-风扇(181)，所述风扇能够使空气在所述透明屏幕与所述光源阵列之间循环。

11.根据前述权利要求中任一项所述的测试装置(1)，其特征在于，所述光源(11)阵列(10)由多个子阵列(15)形成，每个子阵列(15)包括至少一排光源(11)。

12.一种用于测试卫星(S)或太阳能无人机的太阳能发电机(2)的方法，所述太阳能发电机(2)包括单结或多结太阳能电池(20)阵列，每个结能够将相应波长带的光子转换成电流，所述测试方法使用根据前述权利要求中任一项所述的测试装置(1)实施，并且包括以下步骤：

-将所述测试装置的光源(11)阵列(10)定位(100)成面对所述太阳能发电机，

-通过接通所述阵列的至少一个光源，在所述太阳能电池的每个结的所有电转换波长带中选择性地照亮(200)所述太阳能发电机的至少一个太阳能电池，

-测量(300)被照亮的太阳能电池的响应电流，以及

-分析(400)测得的响应电流，以便推导出所述太阳能发电机的健康或缺陷状态。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电机被组装到卫星或太阳能无人机，并且所述测得的响应电流是由所述太阳能发电机供应给所述卫星或太阳能无人机的电流。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电机被组装到卫星，并且所述测试装置被配置成能够同时照亮所述太阳能发电机中的所有太阳能电池，所述方法包括通过同时照亮所述太阳能发电机的所有太阳能电池来测试所述卫星的接通的步骤。

15.根据权利要求12到14中任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电机包括多串(21)太阳能电池(20)，一串(21)中的太阳能电池(20)串联连接，

所述方法包括对至少一串(21)太阳能电池进行测试，所述测试包括：

-连续照亮(200)一串中的太阳能电池组，所述组包括恒定数量的太阳能电池，并且被连续照亮的组彼此偏移一个太阳能电池，以及

-基于对每组被照亮的太阳能电池测量的响应电流，确定(400)所述串中的电池的健康或缺陷状态以及所述串中的电池之间的电触点的健康或缺陷状态。

16.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电机的每个太阳能电池与旁路二极管(22)相关联，并且对一串(21)太阳能电池进行的测试进一步包括基于对每组被照亮的太阳能电池测量的响应电流，确定(400)与所述串(21)中的太阳能电池(20)相关联的旁路二极管(22)的健康或缺陷状态。

17.根据权利要求12到16中任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能发电机(2)连接到调节器(25)并且包括多串(21)太阳能电池(20)，一串中的太阳能电池串联连接，并且所述方法包括选择性地照亮(200)一串或多串(21)太阳能电池以及基于测得的响应电流确定(400)所述调节器的健康或缺陷状态和所述串(21)与调节器(25)之间的连接。

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