CN207147946U - 太阳能电池组件的工况模拟实验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备，其包括：气源柜，包括第一气体容器和第二气体容器，第一气体容器盛装平衡气体，第二气体容器盛装测试气体；气候箱，包括与第一气体容器和第二气体容器连通的第一腔室，第一腔室的内部设置有样品支撑台和对应于样品支撑台的光照装置，气候箱进一步设置有温度调节装置、湿气调节装置和喷淋装置，以调节样品周围的温度、湿度及淋雨状态；以及控制装置，其能够调节从气源柜进入气候箱的平衡气体和测试气体的流量。本实用新型具有将多种单个实验集成于一体的气候箱，能够模拟出太阳能电池组件在户外工作时遇到的所有实际工况，便于分析各个影响因素对太阳能电池组件的寿命及转化效率的影响程度。

Description

太阳能电池组件的工况模拟实验设备

技术领域

本实用新型涉及加速老化实验技术领域，特别是涉及一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的新型绿色能源已受到社会各界的普遍重视。随着太阳能电池技术的进步和材料成本的降低，光伏发电技术现已逐渐步入成熟，太阳能光伏产品也从原来的专业化用途逐渐向市场化的消费类产品发展，其应用范围扩展到了各个领域。目前能够商业化生产的太阳能电池主要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。

在自然工况下，太阳能电池组件经受着雨淋、暴晒、冰雪等严苛条件的考验。随着太阳能电池组件的使用，不可避免的会出现老化、破损等情况，从而缩减太阳能电池组件的寿命、降低转化效率。模拟太阳能电池组件老化、破损等现象的实验可以为提升太阳能电池组件的制造工艺提供数据支持。

目前太阳能电池组件加速老化实验用的实验装置往往只能单纯地控制太阳能电池组件实际工作时所面临的部分工况条件，而不能全面涵盖造成太阳能电池组件老化、破损的全部参数。例如，传统的人工气候箱不能同时在高温、高湿条件下模拟太阳能电池组件的光照行为，必须将高温高湿条件与太阳能光谱照射分开进行；还有，在“蚯蚓纹”试验中，传统的试验箱无法模拟不同浓度的气体成分作用于太阳能电池组件时的环境条件，这样就与实际情形相去甚远，不能代表太阳能电池组件所处的实际工况环境。上述实验所得出的结论也无法令人信服。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备，其能够模拟出太阳能电池组件在户外工作时遇到的所有实际工况。

根据本实用新型实施例提出了一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备，其包括：气源柜，包括第一气体容器和第二气体容器，第一气体容器盛装平衡气体，第二气体容器盛装测试气体；气候箱，包括与第一气体容器和第二气体容器连通的第一腔室，第一腔室的内部设置有样品支撑台和对应于样品支撑台的光照装置，气候箱进一步设置有温度调节装置、湿气调节装置、喷淋装置，以调节样品周围的温度、湿度及淋雨状态；以及控制装置，其能够调节从气源柜进入气候箱的平衡气体和测试气体的流量。

根据本实用新型实施例的一个方面，样品支撑台的周侧设置有气体浓度传感器，能够检测样品周围的测试气体的浓度值，控制装置根据气体浓度传感器检测的浓度值与预设浓度值的偏差来调节从气源柜进入气候箱的平衡气体和测试气体的流量。

根据本实用新型实施例的一个方面，第二气体容器的周围设置有漏气报警装置。

根据本实用新型实施例的一个方面，光照装置包括氙灯，氙灯可拆卸地连接于第一腔室的顶部；氙灯与样品支撑台之间设置有石英玻璃挡板；第一腔室进一步设置有光照传感器，以监测氙灯的光照强度。

根据本实用新型实施例的一个方面，气候箱进一步包括磁流体散热装置，磁流体散热装置设置于所述第一腔室的外侧与氙灯相对的位置。

根据本实用新型实施例的一个方面，气候箱进一步包括与第一腔室相邻的第二腔室，第二腔室与第一腔室通过具有通孔的隔板隔离设置，第一腔室与第二腔室的下方还设置有第三腔室。

根据本实用新型实施例的一个方面，温度调节装置包括与控制装置电连接的加热器、制冷蒸发器和温度传感器，温度传感器设置于第一腔室，加热器和制冷蒸发器设置于第二腔室，能够对第一腔室加热和制冷，控制装置根据温度传感器检测到的样品周围的温度值来控制加热器或者制冷蒸发器，从而调节样品周围的温度。

根据本实用新型实施例的一个方面，第二腔室进一步设置有循环风扇，以保持第一腔室与第二腔室之间的温度均衡。

根据本实用新型实施例的一个方面，湿度调节装置包括湿度喷头、与控制装置电连接的加湿器和湿度传感器，湿度喷头和湿度传感器均设置于第一腔室，加湿器设置于第三腔室并与湿度喷头连接，控制装置根据湿度传感器检测到的样品周围的湿度值来控制加湿器，从而调节样品周围的湿度。

根据本实用新型实施例的一个方面，喷淋装置包括淋雨喷头、与控制装置电连接的循环水泵，淋雨喷头设置于第一腔室，循环水泵设置于第三腔室并与淋雨喷头连接，控制装置通过控制循环水泵来调节样品周围的淋雨状态。

根据本实用新型实施例的一个方面，第三腔室进一步包括与循环水泵连接的储水箱，所述第一腔室的底部设置有朝向第三腔室的导水槽，储水箱通过管路连接至导水槽。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一腔室进一步设置有航空插头连接器，航空插头连接器通过线缆与样品支撑台上的样品电连接；气候箱进一步设置有与控制装置电连接的显示屏。

根据本实用新型实施例提供的太阳能电池组件的工况模拟实验设备，由于具有将多种单个实验集成于一体的气候箱，可以将连续超负荷的工况条件施加在太阳能电池组件上，从而可以模拟出太阳能电池组件在户外工作时遇到的所有实际工况，加速太阳能电池组件的老化、破损进程，缩短了实验周期，便于分析影响太阳能电池组件寿命以及转化效率的最关键参数，进而提升其制备工艺。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型实施例的太阳能电池组件的工况模拟实验设备的结构示意图；

图2是图1所示的气候箱的局部结构示意图；

图3是图1所示的气候箱的纵向剖切结构示意图；

图4是图2中沿着A-A方向的剖视图。

其中：

100-气候箱；

10-第一腔室；11-样品支撑台；12-光照装置；121-氙灯；122-石英玻璃挡板；123-磁流体散热装置；124-光照传感器；13-气体浓度传感器；14-温度传感器；15-湿度喷头；16-湿度传感器；17-淋雨喷头；18-航空插头连接器；

20-第二腔室；20a-隔板；21-加热器；22-制冷蒸发器；23-循环风扇；

30-第三腔室；31-加湿器；32-循环水泵；33-储水箱；40-显示屏；

200-气源柜；

210-第一气体容器；220-第二气体容器；230-漏气报警装置。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的太阳能电池组件的工况模拟实验设备的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图4对本实用新型实施例的太阳能电池组件的工况模拟实验设备进行详细描述。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备包括气候箱100、气源柜200和控制装置。

气源柜200包括第一气体容器210和第二气体容器220，第一气体容器210盛装平衡气体，第二气体容器220盛装测试气体。平衡气体可以为氮气，第二气体容器220的个数为一个或者两个以上，每个第二气体容器220内的测试气体可以为氧气、二氧化碳或者二氧化硫中的一种或两种以上。

气候箱100包括与第一气体容器210和第二气体容器220连通的第一腔室10，第一腔室10的内部设置有样品支撑台11和对应于样品支撑台11的光照装置12。样品支撑台11上可以放置一个或更多个太阳能电池组样品，以提高实验效率和测试结果的准确性。气候箱100进一步设置有温度调节装置、湿气调节装置、喷淋装置，以调节样品周围的温度、湿度及淋雨状态。

控制装置能够调节从气源柜200进入气候箱100的平衡气体和测试气体的流量。

本实用新型实施例提供的太阳能电池组件的工况模拟实验设备，由于具有将多种单个实验集成于一体的气候箱100，可以将连续超负荷的工况条件施加在太阳能电池组件上，从而可以模拟出太阳能电池组件在户外工作时遇到的所有实际工况，加速太阳能电池组件的老化、破损进程，缩短了实验周期，便于分析影响太阳能电池组件寿命以及转化效率的最关键参数，进而提升其制备工艺。

作为一种可选的实施方式，第一腔室10内样品支撑台11的周侧设置有气体浓度传感器13，能够检测样品周围的测试气体的浓度值，控制装置根据气体浓度传感器13检测的浓度值与预设浓度值的偏差来调节从气源柜200进入所述气候箱100的平衡气体和测试气体的流量。也就是说，当第一腔室10内的气体浓度传感器13检测到样品周围的测试气体的气体浓度值大于预设的气体浓度值时，平衡气体将充入气候箱100内，以降低该测试气体的浓度；当第一腔室10内的气体浓度传感器13检测到样品周围的测试气体的气体浓度值小于预设的气体浓度值时，相应的该测试气体充入气候箱100内，以提高该测试气体的浓度。

作为一种可选的实施方式，样品支撑台11可以由旋转电机驱动，使得样品随着样品支撑台11的旋转而转动，以使样品的各个方向均承受同样的环境条件。

另外，为了确保能够及时发现测试气体的漏气现象，第二气体容器220的周围设置有漏气报警装置230。例如，由于氧气质量与空气质量接近，氧气泄露不易被察觉，故在盛装有氧气的气体容器出口与供气管路连接处的减压阀附近安装有漏气报警装置。再例如，二氧化碳质量比空气质量大，二氧化碳泄露后会向下沉，故将二氧化碳的漏气报警装置安装在该气体容器的下方，如图1所示。

进一步地，为了能够在气候箱100内实现光照环境，光照装置12包括氙灯121，氙灯121的光谱与太阳光谱接近，用于模拟自然日光。氙灯121可拆卸地连接于第一腔室10的顶部，以便于根据实验需求更换合适功率的氙灯，保证针对不同的实验都可以得到满足实验条件的光照强度。同时，第一腔室10进一步设置有光照传感器124，以监测氙灯121的光照强度。

由于需要将连续超负荷的工况条件施加在第一腔室10的内部空间中，为了不影响氙灯121的使用寿命，可以将氙灯121与该内部空间隔离。普通玻璃能够吸收或阻挡氙灯121产生的紫外线，而石英玻璃对紫外线的吸收或阻挡较小，能够有效减少光能损失。因此，可以在氙灯121与样品支撑台11之间设置有石英玻璃挡板122，以使氙灯121的光源尽量充分的照射到样品支撑台11上的样品上。石英玻璃挡板122的边缘可以镶嵌于第一腔室10的侧壁上，也可以固定于从第一腔室10的侧壁突出的支撑板上。

另外，气候箱100进一步包括磁流体散热装置123，磁流体散热装置123设置于第一腔室10的外侧与氙灯121相对的位置，以便于及时将氙灯121产生的热量传递到气候箱100的外部。采用磁流体散热装置123对氙灯121进行散热以代替现有技术中水冷却等方式，即简化了结构，同时也提高了加速老化实验的可靠性。

参阅图3，作为一种可选的实施方式，气候箱100还包括与第一腔室10相邻的第二腔室20，第二腔室20与第一腔室10通过具有通孔的隔板20a隔离设置。第一腔室10与第二腔室20的下方还设置有第三腔室30。各个腔室隔开设置，避免将影响测试结果的杂质引入第一腔室10，提高了测试结果的准确性。

为了模拟太阳能电池组件在光伏现场多变的温度环境，温度调节装置包括与控制装置电连接的加热器21、制冷蒸发器22和温度传感器14，温度传感器14设置于所述第一腔室10，加热器21及制冷蒸发器22设置于所述第二腔室20，能够对第一腔室10加热和制冷。控制装置根据所述温度传感器14检测到的样品周围的温度值来控制所述加热器21或者所述制冷蒸发器22，从而调节样品周围的温度。另外，第二腔室20进一步设置有循环风扇23，隔板20a上设置有通孔，可以进一步将第二腔室20内的温度快速的扩散到第一腔室内的样品附近，以保持第一腔室10与第二腔室20之间的温度均衡。具体来说，循环风扇23始终运转，当温度传感器14测得的温度达到要求时，则关闭制冷蒸发器22或加热器21；当温度偏低时，则开启加热器21，当温度偏高时，则关闭加热器21而开启制冷蒸发器22。

参阅图4，为了模拟太阳能电池组件在光伏现场多变的湿度环境，湿度调节装置包括湿度喷头15、与控制装置电连接的加湿器31和湿度传感器16，湿度喷头15和湿度传感器16均设置于所述第一腔室10，所述加湿器31设置于第三腔室30并与所述湿度喷头15连接，控制装置根据所述湿度传感器16检测到的样品周围的湿度值来控制所述加湿器，从而调节样品周围的湿度。

为了模拟太阳能电池组件在光伏现场可能出现的雨天现象，喷淋装置包括淋雨喷头17、与控制装置电连接的循环水泵32，淋雨喷头17设置于第一腔室10，循环水泵32设置于第三腔室30并与淋雨喷头17连接，控制装置通过控制循环水泵32来调节样品周围的淋雨状态。另外，第三腔室30进一步包括与循环水泵32连接的储水箱33，第一腔室10的底部设置有朝向第三腔室30的导水槽(图中未示出)，储水箱33通过管路连接至该导水槽，从而可以将淋雨后或者冷凝后滴落在第一腔室10底部的水分收集起来循环利用，即节约水资源，也使第一腔室10内没有多余的积水。

另外，为了保证实验过程中第一腔室10内的样品既能处于持续供电状态，又不受到淋雨或者潮湿环境的影响，第一腔室10进一步设置有航空插头连接器18，航空插头连接器18通过线缆与样品支撑台上的样品电连接，航空插头连接器18的数量与样品一一对应，以连通气候箱100内部与外部的供电电路。

作为一种可选的实施方式，气候箱100进一步设置有与控制装置电连接的显示屏40，如图1所示。显示屏40可以为人机交互触摸屏，可以显示气候箱100内部各装置的状态，例如显示氙灯121当前处于开启或关闭状态，还可以设置相应的参数，例如，可以设置淋雨时间和周期，以及测试气体的浓度值等。

可以理解的是，气候箱100各腔室内的布局并不限于附图所示的方式，可以根据具体的使用场合而做适应性的调整。

由此，本实用新型实施例提供的太阳能电池组件的工况模拟实验设备可以监控每一个相关影响因素的变化量，例如光照、温度、湿度以及测试气体的浓度，便于分析影响太阳能电池组件寿命以及转化效率的最关键参数。此外，本实用新型实施例中的气候箱100将各个腔室隔开设置，避免将影响测试结果的杂质引入第一腔室10，提高了测试结果的准确性。另外，本实用新型实施例采用磁流体散热装置123对模拟光照环境的氙灯121进行散热，以代替现有技术中水冷却等方式，即简化了结构，同时也提高了加速老化实验的可靠性。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种太阳能电池组件的工况模拟实验设备，其特征在于，包括：

气源柜(200)，包括第一气体容器(210)和第二气体容器(220)，所述第一气体容器(210)盛装平衡气体，所述第二气体容器(220)盛装测试气体；

气候箱(100)，包括与所述第一气体容器(210)和第二气体容器(220)连通的第一腔室(10)，所述第一腔室(10)的内部设置有样品支撑台(11)和对应于所述样品支撑台(11)的光照装置(12)，所述气候箱(100)进一步设置有温度调节装置、湿气调节装置、喷淋装置，以调节样品周围的温度、湿度及淋雨状态；以及

控制装置，其能够调节从所述气源柜(200)进入所述气候箱(100)的所述平衡气体和所述测试气体的流量。

2.根据权利要求1所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述样品支撑台(11)的周侧设置有气体浓度传感器(13)，能够检测样品周围的所述测试气体的浓度值，所述控制装置根据所述气体浓度传感器(13)检测的所述浓度值与预设浓度值的偏差来调节从所述气源柜进入所述气候箱(100)的所述平衡气体和所述测试气体的流量。

3.根据权利要求1或2所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述第二气体容器(220)的周围设置有漏气报警装置(230)。

4.根据权利要求1所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述光照装置(12)包括氙灯(121)，所述氙灯(121)可拆卸地连接于所述第一腔室(10)的顶部；所述氙灯(121)与所述样品支撑台(11)之间设置有石英玻璃挡板(122)；所述第一腔室(10)进一步设置有光照传感器(124)，以监测所述氙灯(121)的光照强度。

5.根据权利要求4所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述气候箱(100)进一步包括磁流体散热装置(123)，所述磁流体散热装置(123)设置于所述第一腔室(10)的外侧与所述氙灯(121)相对的位置。

6.根据权利要求1所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述气候箱(100)进一步包括与所述第一腔室(10)相邻的第二腔室(20)，所述第二腔室(20)与所述第一腔室(10)通过具有通孔的隔板(20a)隔离设置，所述第一腔室(10)与所述第二腔室(20)的下方还设置有第三腔室(30)。

7.根据权利要求6所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述温度调节装置包括与所述控制装置电连接的加热器(21)、制冷蒸发器(22)和温度传感器(14)，所述温度传感器(14)设置于所述第一腔室(10)，所述加热器(21)及所述制冷蒸发器(22)设置于所述第二腔室(20)，能够对所述第一腔室(10)加热和制冷，所述控制装置根据所述温度传感器(14)检测到的样品周围的温度值来控制所述加热器(21)或者所述制冷蒸发器(22)，从而调节样品周围的温度。

8.根据权利要求6所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述第二腔室(20)进一步设置有循环风扇(23)，以保持所述第一腔室(10)与所述第二腔室(20)之间的温度均衡。

9.根据权利要求6所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述湿度调节装置包括湿度喷头(15)、与所述控制装置电连接的加湿器(31)和湿度传感器(16)，所述湿度喷头(15)和所述湿度传感器(16)均设置于所述第一腔室(10)，所述加湿器(31)设置于所述第三腔室(30)并与所述湿度喷头(15)连接，所述控制装置根据所述湿度传感器(16)检测到的样品周围的湿度值来控制所述加湿器(31)，从而调节样品周围的湿度。

10.根据权利要求6所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述喷淋装置包括淋雨喷头(17)、与所述控制装置电连接的循环水泵(32)，所述淋雨喷头(17)设置于所述第一腔室(10)，所述循环水泵(32)设置于所述第三腔室(30)并与所述淋雨喷头(17)连接，所述控制装置通过控制所述循环水泵(32)来调节样品周围的淋雨状态。

11.根据权利要求10所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述第三腔室(30)进一步包括与所述循环水泵(32)连接的储水箱(33)，所述第一腔室(10)的底部设置有朝向所述第三腔室(30)的导水槽，所述储水箱(33)通过管路连接至所述导水槽。

12.根据权利要求1所述的工况模拟实验设备，其特征在于，所述第一腔室(10)进一步设置有航空插头连接器(18)，所述航空插头连接器(18)通过线缆与所述样品支撑台(11)上的样品电连接；所述气候箱(100)进一步设置有与所述控制装置电连接的显示屏(40)。