CN207720094U - 一种聚光光伏电池的测试装置 - Google Patents

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陈小威
廖军
陈本源
成纯富
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Abstract

本实用新型公开了一种聚光光伏电池的测试装置包括聚光太阳模拟器，太阳能电池，电池夹具，数字源表，RTD温度传感器，NI数据采集和仪器控制单元；所述的电池夹具固定太阳能电池；聚光太阳模拟器为太阳能电池提供光源；所述的数字源表、RTD温度传感器分别与太阳能电池和NI数据采集和仪器控制单元连接；所述的数字源表扫描测量太阳能电池的I‑V曲线，所述的RTD温度传感器测量电池表面温度；本装置实时采集电池上的测量结果，得到扫描的I‑V曲线，并测量相应的开路电压、短路电流、最大功率电、填充因子、转换效率等一系列电池参数。

Description

一种聚光光伏电池的测试装置
技术领域
本实用新型涉及一种能源设备中的检测装置，尤其涉及一种用于聚光光伏电池性能的测试装置。
背景技术
随着新世纪能源需求与地球环境之间矛盾的加剧，可再生清洁能源的开发与利用受到人们的普遍关注。太阳能被认为是替代化石能源的最佳绿色能源。太阳能光伏发电利用半导体材料的光生伏特效应将太阳能直接转换为电能，是直接利用太阳能的最佳途径。过去的十多年见证了光伏行业的飞速发展。
聚光光伏发电是新一代的光伏发电技术。与基于硅体系电池的光伏系统相比，聚光光伏系统采用三五族半导体化合物多结太阳能电池为光电转换元件，具有目前太阳能电池转化的最高效率(可达到46％)，约为一般晶硅电池效率(实验室最高24.7％)的两倍；通过聚光技术提升光能量的密度，也大大节省了电池材料的使用面积。随着多结电池效率的逐步提升和跟踪追日控制系统的成熟，聚光光伏发电有望成为有突破性的太阳能高效利用范式。
太阳能光伏发电的核心是太阳能电池。太阳能电池的工作性能通过一系列参数来衡量，包括开路电压、短路电流、最大功率点、填充因子、转换效率等。测量太阳能电池的基本参数，无论是对于现有的晶硅材料体系电池的生产，还是新型电池材料和结构的研究，都是最基础步骤和最根本的评价指标，具有重要意义。
测试技术与光伏事业是同步发展的。由于生产出来的太阳能电池性能不尽相同，必须通过性能测试对其进行分类，已提高电池利用率。因此，高质量的太阳电池测试系统是生产线上必不可少的重要设备。
对于一般硅基或薄膜太阳能电池的指标检测，人们已经投入了不少精力研发相关的自动测试系统，也有相当成熟的产品应用与工业生产和科学研究。但是，对于聚光条件下的电池性能检测装置，却未见报导。而对于新一代的高效半导体化合物多结太阳能电池，它们的特性非常适合于聚光条件工作，效率可望超过 50％并成为太阳能高效利用的主流。因此，发展适用于聚光光伏电池的测试装置，对于聚光光伏电池的研究和应用都非常有重要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构合理、易于操作、通过高倍聚光太阳模拟器条件下，聚光太阳电池的IV曲线分析，显示太阳能电池各种参数的装置。
本实用新型的技术方案是：一种聚光光伏电池的测试装置，包括聚光太阳模拟器，太阳能电池，电池夹具，数字源表，RTD温度传感器，NI数据采集和仪器控制单元；所述的电池夹具固定太阳能电池；聚光太阳模拟器为太阳能电池提供光源；所述的数字源表、RTD温度传感器分别与太阳能电池和NI数据采集和仪器控制单元连接；所述的数字源表扫描测量太阳能电池的I-V曲线，所述的 RTD温度传感器测量电池表面温度；
进一步的，所述的聚光太阳模拟器为FSSC-4000型聚光太阳模拟器，聚光倍数在225-4000之间调节，分成50个台阶。
进一步的，所述的RTD温度传感器RTD温度传感器的型号为NI TB-4357，所述的NITB-4353是前置式恒温接线盒适合NI PXIe-4353热电偶输入模块，通过提供螺栓端子连接，接线盒自动检测或热插拔，在带电状态下将其连接或断开，并且具有20通道同时采集数据。
进一步的，所述的数字源表型号为IT-8510。
进一步的，所述的NI数据采集和仪器控制单元包括控制器、采集卡和显示器；所述的NI数据采集和仪器控制单元控制数字源表测量电池参数，并将相应数据送入到采集卡和显示器，输出得到I-V曲线和相关电池特性参数。
进一步的，所述的电池夹具将待测试的太阳能电池固定并引出两面电极接线，标准的电池夹具尺寸包括5.5×5.5mm和11×11mm；还包括一个二次匀光单元和进水口、出水口构成的可通水冷的热沉，所述的二次匀光单元的内侧表面镀以高反射膜层，进水口、出水口接入恒温水浴槽达到控制电池温度的效果。
本实用新型的有益效果是：本实用新型以太阳模拟器为光源提供测试条件，通过电池夹具固定电池，引出接线；电池夹具同时具备优化的二次匀光结构，并结合在接通水冷循环的热沉上，用以保证电池的工作状态；本装置通过控制数字源表改变电压/电流/负载，实时采集电池上的测量结果，得到扫描的I-V曲线，并测量相应的开路电压、短路电流、最大功率电、填充因子、转换效率等一系列电池参数。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型的电池夹具的结构示意图；
图3为本实用新型实施例测量的I-V曲线图；
图中：1为太阳能电池，2为二次匀光单元，3为进水口，4为出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
如图1，一种聚光光伏电池的测试装置，包括聚光太阳模拟器，太阳能电池，电池夹具，数字源表，RTD温度传感器，NI数据采集和仪器控制单元；所述的电池夹具固定太阳能电池；聚光太阳模拟器为太阳能电池提供光源；所述的数字源表、RTD温度传感器分别与太阳能电池和NI数据采集和仪器控制单元连接；所述的数字源表扫描测量太阳能电池的I-V曲线，所述的RTD温度传感器测量电池表面温度；
聚光太阳模拟器为FSSC-4000型聚光太阳模拟器，聚光倍数在225-4000之间调节，分成50个台阶。太阳能电池的标准测试条件为：太阳辐照强度100W/cm2, 温度为25℃。室外测试的条件受到环境、气候和时间等因素的影响，时刻发生着变化。太阳模拟器能在室内模拟太阳辐照(AM1.5G,AM1.5D,AM0等标准太阳光谱)，并提供长时间的辐照稳定度。衡量太阳模拟器性能有三个基本指标，分别是辐照的光谱匹配度(spectral match),空间不均匀性(Non-Uniformity) 和时间不稳定度(temporal instability)。按照这三个指标的分级标准，太阳模拟器可以划分为AAA、AAB、ABA等不同级别。为满足我们测量聚光光伏电池的要求，太阳模拟器应能够提供500倍以上的高倍聚光，因此模拟其光源(通常是氙灯)需要工作在闪烁(闪光灯)模式下，其脉冲的重复性要求好于5％。
RTD温度传感器的型号为NI TB-4357，所述的NI TB-4353是前置式恒温接线盒适合NI PXIe-4353热电偶输入模块，通过提供螺栓端子连接，接线盒自动检测或热插拔，在带电状态下将其连接或断开，并且具有20通道同时采集数据。为系统计算标准工作条件下的参数提供依据。
数字源表型号为IT-8510；数字源表也称作四象限电源或双极性电源，均指在第一到第四象限(电压电流坐标系)都能工作的电源，即可输出正性或负性电压，也可吸收或供应电流的源表(既可为源，亦可为表)。通过数字源表，采用变电压，变电流或变负载的方法，可以扫描测量太阳能电池的I-V曲线。
NI数据采集和仪器控制单元包括控制器、采集卡和显示器；所述的NI数据采集和仪器控制单元控制数字源表测量电池参数，并将相应数据送入到采集卡和显示器，输出得到I-V曲线和相关电池特性参数。控制器控制IT-8510设备，并通过RS232串口将采集到的太阳能电池的电流-电压(I-V)数据传输到采集卡上，并在显示器上显示出太阳能电池的伏安特性(I-V)曲线、太阳能电池的短路电流(Isc)，开路电压(Voc)填充因子(FF)，最大功率(PM)和转换效率(PCE)。
电池夹具将待测试的太阳能电池1固定并引出两面电极接线，标准的电池夹具尺寸包括5.5×5.5mm和11×11mm；还包括一个二次匀光单元2和进水口3、出水口4构成的可通水冷的热沉，所述的二次匀光单元2的内侧表面镀以高反射膜层，进水口3、出水口4接入恒温水浴槽达到控制电池温度的效果。
使用时，电池夹具将待测试的电池芯片固定；并使用所述聚光太阳模拟器在室内模拟太阳辐照(AM1.5G,AM1.5D,AM0等标准太阳光谱)，并提供长时间的辐照稳定度；通过所述的温度传感器测量电池表面温度，使用所述数字源表，在变电压，变电流或变负载的情况下，扫描测量太阳能电池的I-V曲线；通过NI数据采集和仪器控制单元中的控制器控制数字源表测量电池参数，并将相应数据送入到采集卡和显示器，输出得到I-V曲线和相关电池特性参数。
本技术方案仅提供硬件结构的设计方案，软件控制方法为现有技术。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点, 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，包括聚光太阳模拟器，太阳能电池，电池夹具，数字源表，RTD温度传感器，NI数据采集和仪器控制单元；所述的电池夹具固定太阳能电池；聚光太阳模拟器为太阳能电池提供光源；所述的数字源表、RTD温度传感器分别与太阳能电池和NI数据采集和仪器控制单元连接；所述的数字源表扫描测量太阳能电池的I-V曲线，所述的RTD温度传感器测量电池表面温度。
2.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，所述的聚光太阳模拟器为FSSC-4000型聚光太阳模拟器，聚光倍数在225-4000之间调节，分成50个台阶。
3.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，所述的RTD温度传感器的型号为NI TB-4357，所述的NI TB-4353是前置式恒温接线盒适合NI PXIe-4353热电偶输入模块，通过提供螺栓端子连接，接线盒自动检测或热插拔，在带电状态下将其连接或断开，并且具有20通道同时采集数据。
4.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，所述的数字源表型号为IT-8510。
5.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，所述的NI数据采集和仪器控制单元包括控制器、采集卡和显示器；所述的NI数据采集和仪器控制单元控制数字源表测量电池参数，并将相应数据送入到采集卡和显示器，输出得到I-V曲线和相关电池特性参数。
6.根据权利要求1所述的一种聚光光伏电池的测试装置，其特征在于，所述的电池夹具将待测试的太阳能电池(1)固定并引出两面电极接线，标准的电池夹具尺寸包括5.5×5.5mm和11×11mm；还包括一个二次匀光单元(2)和进水口(3)、出水口(4)构成的可通水冷的热沉，所述的二次匀光单元(2)的内侧表面镀以高反射膜层，进水口(3)、出水口(4)接入恒温水浴槽达到控制电池温度的效果。
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