CN1141597C - 脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪 - Google Patents

Abstract

一种脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，采用脉冲氙灯线光源和抛物面漫反射，光源与被测面之间装有滤光系统和丝网，实现光照均匀性，达到光谱要求。采用定电压电子负载作为测量用负载，并设置开路电压测试电路，线光源由氙灯电源电路控制，被测组件在定电压下产生的光电流经锁存，由计算机测控装置采样保存。本发明能在光脉冲重复性不一致的前提下，通过逐点闪光测量，采用数论方法拟合测量数据，实现I-V曲线的准确绘制和被测组件电性能参数的准确测量。

Description

脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池组件测试仪，尤其涉及一种脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，能测定太阳电池组件的伏安特性，并进而求出各种电性能参数，属于太阳电池测试技术领域。

背景技术

太阳电池测试装置一般是由太阳模拟器、电子负载及计算机数据处理系统等几个部分组成的成套或配套设备，其中太阳模拟器有稳态的和脉冲式两种，稳态模拟器用来测试太阳电池组件，面临均匀性、稳定性、功耗大、被测组件温升等关键问题，不易解决，因此，国外在太阳电池组件测试仪中采取稳态模拟器的方案已逐步取消，取而代之的是脉冲式模拟器，对于脉冲式模拟器相应的电子负载有多种，比如：电桥式，场效应管式，可调电阻负载，这些电子负载各有特点，但都需要较长弧的脉冲光源作为模拟器光源，在一个脉冲里完成数据的采集和曲线的绘制，若缩短脉冲光源弧长，则提高了对数模转换电路的要求。

常规脉冲式模拟器大都采用点光源，被特定反光装置反射和滤光装置过滤后照射到被测面上，为了获得被测面上的一定的均匀性，要加工制作复杂的反光装置或增加光源与被侧面的间距，有的间距可达十米之多，需占有好几个房间，这样，光源的功耗、整个设备的成本和使用成本相当高。对比技术有SPIRE公司的SPI-SUN SIMULATOR 240A Photovoltaic Module Tester( http：//www.spirecorp.com)，该技术采用的就是点光源，反光装置加工难度大，光路调试困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，设计提供一种脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，使之结构紧凑，占地面积小，能实现光照均匀性，并能自动修正误差，保证测量的重复性和准确性。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用光脉冲宽度5ms的长弧脉冲模拟器来降低对测试电路的元器件的频响要求，采用三自由度可调的脉冲氙灯线光源、抛物面漫反射作为反光装置，光源与被测面之间还装有光谱矫正的滤光系统和提高均匀性所用的丝网，以达到要求的均匀性和光谱。为了准确测量电池板的开路电压，还设置一套独立的开路电压测试电路，用计算机采样、计算，对测量数据进行自动修正。

本发明的脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，包括线光源，定电压电子负载及开路电压测试电路，采用三自由度可调长弧脉冲氙灯作线光源，由与计算机测控装置相连的氙灯电源电路控制，发出的脉冲光经抛物面漫反射装置、滤光系统和丝网，到达被测组件所在平面，光源与被测面之间间距为1.5米，被测面上的参考电池产生的光电流经放大比较电路转换成电压与基准电平电路比较，放大比较电路经门电路与电流锁存电路相连，定电压电子负载的电压从零变化到开路电压，由计算机测控装置确定，以控制脉冲氙灯线光源闪光，一次闪光测量获得一个数据点，多次闪光获得I-V曲线原始数据，由计算机测控装置绘制曲线并计算被测组件的电性能参数，同时通过半导体点温度计测量当前电池的PN结温度。其中开路电压测试电路包括电压保持电路和电压锁存器，被测组件在开路下，其电压经电压保持电路后再由电压锁存器锁存，由计算机测控装置采样并保持，电压锁存器由门电路控制。

本发明采用脉冲氙灯是因为所有电光源中氙灯的光谱与日光最接近，为了在光的短距离的射程中获得被测平面较好均匀性的光。线光源装在三自由度可调光源座上，在光源与被测面之间距1.5m左右前提下实现5％以内的均匀性，这种结构便于制成较小的台式仪器，对使用场地要求不高。

本发明采用定电压电子负载(纯阻性)作为测量用负载，其电压加在被测太阳电池的两侧，并受计算机控制。定电压电子负载能克服常规负载电阻不能到零和至无穷大的缺点，还克服了场效应管式电子负载的电阻不便电压控制的缺点。定电压电子负载还具有与计算机接口方便，控制实现容易等特点。

本发明还针对定电压电子负载测量电池开路的非直接性，设置独立的开路电压测试电路，实现一种在直接测量开路电压后对所测曲线自动矫正的方法，其基本原理是按比例对曲线进行电压修正。

本发明以太阳电池双指数模型为拟合模型，采用数论方法准确拟合太阳电池组件I-V曲线，实现由被测曲线精确计算串联电阻R_s、并联电阻R_sh、光生电流I_L、曲线因子A等电池重要参数。

本发明采用长弧的脉冲氙灯作模拟器光源，克服了稳态模拟器的弱点，实现了1.3×0.6m范围内光照的均匀性；采用定电压电子负载，多次闪光采样，完成一次完整的I-V曲线采集，避免了对数模转换器电路的频率要求；更进一步，本发明采用简单准确方案测定开路电压，对可能出现误差的I-V曲线进行自动修正，保证了测量的重复性及准确性。

附图说明

图1为本发明太阳模拟器原理示意图。

图1中，1为线光源，2为抛物面漫反射装置，3为滤光系统，4为丝网，5为太阳电池组件所在平面。

图2为本发明的电路系统方框图。

图3为本发明的开路电压测试电路框图。

图4为本发明采用数论方法拟合的I-V曲线效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

图1为本发明太阳模拟器原理示意图。

如图所示，本发明采用三自由度脉冲氙灯线光源、抛物面漫反射太阳模拟器，线光源1发出的脉冲光经抛物面漫反射装置2反射之后，通过滤光系统3和丝网4，到达太阳电池组件所在平面5。

图2为本发明的电路系统方框图。

如图所示，本发明采用的三自由度脉冲氙灯线光源1，由与计算机测控装置12相连的氙灯电源电路15控制，线光源1经抛物面漫反射装置2，反射光线经滤光系统3和丝网4，最后投射到被测组件所在平面5。在被测面上安装有参考电池7和被测组件6，参考电池7产生的光电流经放大比较电路9转换成电压与基准电平电路13比较。放大比较电路9经门电路11与电流锁存电路10相连，定电压电子负载8的电压由计算机测控装置12确定。当参考电池7产生的信号大于基准电平电路13的信号时，门电路11启动电流锁存电路10，这样被测组件6在计算机测控装置12确定的某一定电压下产生的光电流经电流锁存电路10锁存，再由计算机测控装置12采样，保存到计算机。如此完成I-V曲线上一个点的采集，多次闪光、多次采集就可以获得许多I-V上的点，最后计算机绘制曲线并计算被测组件的电性能参数，计算前通过半导体点温度计14测量当前电池的PN结温度。

本发明为了准确测量电池板的开路电压，还设置一套独立的开路电压测试电路来测定电池的开路电压，供计算机采样、计算、修正。

图3为本发明的开路电压测试电路框图。

图中，开路电压测试电路包括电压保持电路16和电压锁存器17，被测组件6在开路下，其电压经电压保持电路16后再由电压锁存器17锁存，而电压锁存器17是在门电路11控制下锁存，以保证此开路电压是标准光强100mW/cm²下的开路电压，然后再由计算机测控装置12采样并保持，经计算机一定程序计算并输出修正结果。

图4为本发明采用数论方法拟合的I-V曲线效果图。

如图所示，本发明以太阳电池双指数模型为拟合模型，准确拟合太阳电池组件I-V曲线，避免了点连线或平滑插点造成的I-V曲线不平滑。本发明的方法对各种I-V曲线都能准确拟合。

本发明采用脉冲氙灯作电光源，使光谱容易达到太阳模拟器的标准，而且商品化的脉冲氙灯比较容易购买，采用抛物面漫反射和线光源，可以实现光的均匀性，采用定电压电子负载，能在光脉冲重复性不一致的前提下，通过逐点闪光的测量方法，实现I-V曲线的准确绘制和被测组件电性能参数的准确测量。开路电压和温度单独测量，实现测试结果修正的可靠性，采用数论方法进行曲线拟合，保证I-V曲线的准确与平滑。本发明结构紧凑，便于制成较小的台式仪器，对使用场地要求不高。

Claims (2)

1、一种脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，包括线光源(1)，定电压电子负载(8)及开路电压测试电路，其特征在于采用三自由度可调长弧脉冲氙灯作线光源(1)，由与计算机测控装置(12)相连的氙灯电源电路(15)控制，发出的脉冲光经抛物面漫反射装置(2)、滤光系统(3)和丝网(4)，到达被测组件(6)所在平面(5)，光源与被测面之间间距为1.5米，被测面上的参考电池(7)产生的光电流经放大比较电路(9)转换成电压与基准电平电路(13)比较，放大比较电路(9)经门电路(11)与电流锁存电路(10)相连，定电压电子负载(8)的电压从零变化到开路电压，由计算机测控装置(12)确定，以控制脉冲氙灯线光源(1)闪光，一次闪光测量获得一个数据点，多次闪光获得I-V曲线原始数据，由计算机测控装置(12)绘制曲线并计算被测组件(6)的电性能参数，同时通过半导体点温度计(14)测量当前电池的PN结温度。

2、如权利要求1所说的脉冲氙灯线光源台架式太阳电池组件测试仪，其特征在于所述的开路电压测试电路包括电压保持电路(16)和电压锁存器(17)，被测组件(6)在开路下，其电压经电压保持电路(16)后再由电压锁存器(17)锁存，由计算机测控装置(12)采样并保持，电压锁存器(17)由门电路(11)控制。

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