TWI617128B

TWI617128B - 太陽能電池量測裝置

Info

Publication number: TWI617128B
Application number: TW105135724A
Authority: TW
Inventors: 施仁親; 龍彥先; 王恩芸; 蔡閔安; 吳鴻森; 吳登峻; 謝卓帆; 連慶
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN108020787B; US10333462B2; CN108020787A; TW201818648A; US20180123510A1

Abstract

一種太陽能電池的量測裝置，用以量測太陽能電池以取得其特性曲線。此量測裝置包括訊號量測控制電路以及訊號傳遞控制電路。訊號量測控制電路用以輸出至少一個控制訊號，以控制其中的電阻電路提供量測阻値。訊號傳遞控制電路包括至少一個路徑分離電路，各路徑分離電路用以提供訊號傳遞方向不同的至少兩個訊號傳遞路徑。訊號量測控制電路利用訊號傳遞控制電路將控制訊號輸出至電阻電路，以控制電阻電路來提供量測阻値。

Description

太陽能電池量測裝置

本揭露是有關於一種量測裝置，且特別是有關於一種高擷取速率的太陽能電池量測裝置。

利用太陽能電池將太陽能源轉換成電能是現今再生能源市場的主流。為了開發出更低成本且效率更高的元件，近年來，新材料與新式複合結構設計元件陸續被提出。例如，三五族合金混合基板、有機薄膜材料、金屬穿透式背電極太陽能電池（Metallization-Wrap-Through，MWT）以及異介質太陽能電池（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，HIT）等，相較於矽晶（c-Si）太陽能產品，都具有低成本、可撓性或高效率發電等優勢。

然而，許多光電轉換效率高的元件，諸如異介質太陽能電池等，其多層的結構也延伸出了後續的電容效應問題。舉例來說，太陽光電元件在進行電流電壓（I-V）曲線量測時，若基板材料或元件結構不屬於單一材質，電容效應會導致電流電壓曲線在靠近最大功率點（Maximum-Power-Point，MPP）產生量測的誤差。

目前解決上述電容效應的方式包括穩態光源照射、電阻參數模型建立或是暗電流量測等，但這些量測方式不僅耗時，且量測操作的程序繁瑣。因此，如何能夠針對此類太陽光電元件提供更快速且精準的量測，為本領域技術人員所致力的目標。

本揭露提供一種太陽能電池的量測裝置，可快速且精準的擷取太陽能電池的特性曲線資料。

本揭露的太陽能電池的量測裝置用以量測太陽能電池以取得其特性曲線。此量測裝置包括訊號量測控制電路以及訊號傳遞控制電路。訊號量測控制電路用以輸出至少一個控制訊號，以控制其中的電阻電路提供量測阻値。訊號傳遞控制電路包括至少一個路徑分離電路，各路徑分離電路用以提供至少兩個訊號傳遞路徑，且所述的至少兩個訊號傳遞路徑的訊號傳遞方向不同。訊號量測控制電路利用訊號傳遞控制電路將所述的控制訊號輸出至電阻電路。

基於上述，本揭露的太陽能電池量測裝置利用訊號傳遞控制電路將控制訊號輸出至電阻電路，並且在控制訊號傳遞的過程中，利用路徑分離電路將控制訊號的充放電路徑分離。如此一來，能夠快速的切換電阻電路所提供的量測阻値，並且同時避免切換時因元件的內建電容等因素所造成的振盪效應，以快速且準確擷取太陽能電池的特性曲線。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的概要方塊圖。請參照圖1，本實施例之量測裝置100用以量測太陽能電池SC以取得其特性曲線。在本實施例中，上述的特性曲線例如為太陽能電池SC的電流電壓（I-V）特性曲線。量測裝置100包括訊號量測控制電路以及訊號傳遞控制電路。訊號量測控制電路包括控制器110以及電阻電路120。控制器110用以輸出控制訊號，以控制電阻電路120提供量測太陽能電池SC時所需的量測阻値。訊號傳遞控制電路電性連接於訊號量測控制電路以及太陽能電池SC之間，其包括至少一個路徑分離電路130，各個路徑分離電路130用以提供至少兩個訊號傳遞路徑，並且所述的至少兩個訊號傳遞路徑的訊號傳遞方向不同。如此一來，訊號量測控制電路可利用訊號傳遞控制電路來將控制訊號輸出至電阻電路120。

在本實施例中，控制器100會輸出控制訊號，此控制訊號會經由路徑分離電路130來傳遞至電阻電路120。一般來說，當控制訊號由低電位轉變為高電位時，電流會流入電阻電路120；反之當控制訊號由高電位轉變為低電位時，電流會流出電阻電路120。因此，本實施例之路徑分離電路130提供第一訊號傳遞路徑SP1以及第二訊號傳遞路徑SP2，以使電流以第一訊號傳遞路徑SP1流入電阻電路120，並且使電流以第二訊號傳遞路徑SP2流出電阻電路120。

在本實施例中，第一訊號傳遞路徑SP1的阻抗小於第二訊號傳遞路徑SP2的阻抗。也就是說，電流流入電阻電路120時的阻抗小於電流流出電阻電路120時的阻抗。然而，本揭露並不限於此。在其他實施例中，所屬領域具備通常知識者可視需求地調整第一訊號傳遞路徑SP1以及第二訊號傳遞路徑SP2的阻抗。

圖2繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的方塊電路圖。請參照圖2，量測裝置200的訊號量測控制電路包括控制器210、訊號隔離電路240、訊號放大電路250以及電阻電路220。量測裝置200的訊號傳遞控制電路包括多個路徑分離電路230_1至230_16。在本實施例中，控制器210、電阻電路220以及路徑分離電路230_1至230_16的功能及配置類似於圖1實施例中相同名稱之元件，在此不再贅述。

在本實施例中，訊號隔離電路240電性連接於控制器210以及訊號放大電路250之間，並且訊號放大電路250是電性連接於訊號隔離電路240以及訊號傳遞電路之間。

在本實施例中，訊號隔離電路240用以將控制器210所輸出的控制訊號CS1至CS16分別傳遞至路徑分離電路230_1至230_16。此外，訊號隔離電路240更用以隔離從訊號傳遞控制電路流向控制器210的反向電流，以避免反向電流損壞控制器210。所屬領域具備通常知識者當可理解為達上述目的的訊號隔離電路240的具體實施方式，故不在此贅述。

附帶一提的，在本實施例中控制器210是輸出16個控制訊號來控制電阻電路220提供訊號量測阻値，但本揭露並不限於此。在其他實施例中，視需求地（例如，控制器210的規格等），控制器210亦可例如是輸出其他數量的控制訊號，並且藉由其他數量的路徑分離電路來控制電阻電路220提供訊號量測阻値。

在本實施例中，訊號放大電路250用以放大控制器210所輸出的控制訊號CS1至CS16。舉例來說，控制器210所輸出的控制訊號CS1至CS16的電壓位準為3伏特，但在本實施例中，控制電阻電路220所需的電壓位準為12至15伏特。因此，訊號放大電路250會將控制訊號CS1至CS16的電壓位準放大為12至15伏特。所屬領域具備通常知識者當可理解為達上述目的的訊號放大電路250的具體實施方式，故不在此贅述。此外，在其他實施例中，視需求地量測裝置200亦可包括其他倍率的訊號放大電路250，或不包括訊號放大電路250，本揭露並不在此限制。

在本實施例中，電阻電路220包括多個阻抗電路Im1至Im16。阻抗電路Im1至Im16分別包括電阻R1至R16以及電晶體開關Q1至Q16，且電阻R1至R16分別並聯於電晶體開關Q1至Q16。電晶體開關Q1至Q16的控制端分別電性連接於訊號傳遞電路中的路徑分離電路230_1至230_16，並且依據控制器210所提供的控制訊號CS1至CS16來決定是否藉由與其並聯的電阻來提供量測阻値。

以阻抗電路Im1為例，阻抗電路Im1包括相互並聯的電阻R1以及電晶體開關Q1，並且電晶體開關Q1的控制端（例如，電晶體的閘極）電性連接於路徑分離電路230_1。控制器210所提供的控制訊號CS1經由路徑分離電路230_1傳遞至電晶體開關Q1的控制端，當電晶體開關Q1的閘源極電壓大於電晶體開關Q1的臨界電壓時，電晶體開關Q1會導通而短路電阻R1。換句話說，電晶體開關Q1可依據控制訊號CS1來決定是否藉由電阻R1來提供量測阻値。類似地，在阻抗電路Im2至Im16中，電晶體開關Q2至Q16可分別依據控制訊號CS2至CS16來決定是否藉由電阻R2至R16來提供量測阻値。

如此一來，當控制器210輸出不同組合的控制訊號CS1至CS16，電阻電路220便能藉由短路不同組合的電阻R1至R16，來以對應於控制訊號CS1至CS16的特定頻率提供量測太陽能電池SC時所需的不同量測阻値。值得一提的是，在本實施例中，阻抗電路Im1至Im16是一對一對應至路徑分離電路230_1至230_16，但本揭露並不限於此。

在本實施例中，電晶體開關Q1至Q16例如為金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）、碳化矽金屬氧化物半導體場效電晶體（SiC-MOSFET）或絕緣柵雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），但不限於此。

特別是，在量測太陽能電池的電流電壓特性曲線時，常需要快速的切換量測阻値，因此需要快速且頻繁的開關電晶體開關Q1至Q16。以電晶體開關Q1為例，當電晶體開關Q1在閘極與源極之間存在內建電容時，會導致流經電阻R1的電流發生震盪，且在電晶體開關Q1的控制端（即，閘極）放電時尤其明顯。因此，本實施例在量測裝置200中設置路徑分離電路230_1至230_16以改善上述的震盪現象。

在本實施例中，訊號傳遞控制電路包括多個路徑分離電路230_1至230_16。在設置上，路徑分離電路230_1至230_16是一對一對應地連接於阻抗電路Im1至Im16。以下將以路徑分離電路230_1為例來詳細說明本揭露之路徑分離電路。

圖3繪示本揭露一實施例之路徑分離電路的方塊電路圖。請參照圖3，本實施例之路徑分離電路230_1提供第一訊號傳遞路徑SP1、第二訊號傳遞路徑SP2以及第三訊號傳遞路徑SP3。

在本實施例中，第一訊號傳遞路徑SP1包括第一二極體D1，用以限制電流流入電阻電路220的阻抗電路Im1。第二訊號傳遞路徑SP2包括第二二極體D2以及第一電阻Re1，用以限制電流流出電阻電路220的阻抗電路Im1。電阻電路220的阻抗電路Im1的控制端電性連接於第一二極體D1的輸出端以及第二二極體D2的輸入端。因此，以流入流出電阻電路220的電流而言，第一訊號傳遞路徑SP1的阻抗小於第二訊號傳遞路徑SP2的阻抗。

值得一提的是，當阻抗電路Im1中電晶體開關Q1的閘極放電時，是經由包括第一電阻Re1的第二訊號傳遞路徑SP2。如此一來，可減緩電晶體開關Q1的閘極放電的速度，進而改善放電時流經電阻R1的電流的震盪。另一方面，當阻抗電路Im1中電晶體開關Q1的閘極充電時，是經由不包括任何電阻的第一訊號傳遞路徑SP1。如此一來，電晶體開關Q1的閘極能夠快速地充電。

然而，常見的二極體（例如，矽二極體）存在有障壁電壓（例如，0.7伏特），若是僅提供第二訊號傳遞路徑SP2作為電流流出電阻電路220的路徑，電晶體開關Q1的閘極將無法充分地放電。

因此，在本實施例中，路徑分離電路230_1更提供包括第二電阻Re2的第三訊號傳遞路徑SP3，以提供電流流出電阻電路220的另一路徑。也就是說，本實施例中電流會以第二訊號傳遞路徑SP2以及第三訊號傳遞路徑SP3流出電阻電路220。値得一提的，第二電阻Re2的電阻値大於第一電阻Re1的電阻値，因此以流入流出電阻電路220的電流而言，第三訊號傳遞路徑SP3的阻抗大於第一訊號傳遞路徑SP1的阻抗以及第二訊號傳遞路徑SP2的阻抗。

在另一實施例中，路徑分離電路230_1亦可不包括第三訊號傳遞路徑SP3，而僅提供第二訊號傳遞路徑SP2來作為電流流出電阻電路220的路徑。在又另一實施例中，路徑分離電路230_1可更包括第四訊號傳遞路徑來提供電流流出電阻電路220的又另一路徑。換言之，本揭露實施例之路徑分離電路230_1至少包括第一訊號傳遞路徑SP1以及第二訊號傳遞路徑SP2，而所屬領域具備通常知識者可依需求來增加其他的電流路徑。

在本實施例中，第一訊號傳遞路徑SP1與第二訊號傳遞路徑SP2並聯。然而，本揭露並不限於此。在其他實施例中，第一訊號傳遞路徑SP1與第二訊號傳遞路徑SP2亦可以是不互相並聯。舉例來說，第二訊號傳遞路徑SP2的第二二極體D2的輸出端可以是不電性連接於第一二極體D1的輸入端，而例如是接地或連接至其他的電路。

如此一來，藉由如圖2實施例之量測裝置200以及圖3實施例之路徑分離電路230_1，能夠將電晶體開關Q1的控制端的充放電路徑分開，以同時兼顧快速切換開關以及避免流經電阻R1的電流震盪。

圖4繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的方塊電路圖。請同時參照圖2至圖4，圖2實施例之路徑分離電路230_1至230_16皆以圖3實施例的路徑分離電路230_1來實作，並且將量測裝置200電性連接資料擷取電路DAQC以及處理電路PROC，可以得到如圖4所示之量測裝置400。在一實施例中，資料擷取電路DAQC用以取得太陽能電池SC的多條特性曲線，處理電路PROC用以將資料擷取電路DAQC所取得的多條特性曲線擬合為最佳化特性曲線。

在本實施例中，資料擷取電路DAQC是電性連接於太陽能電池SC以及電阻電路220，並且處理電路PROC耦接於資料擷取電路DAQC。本實施例在量測時，更將一電源串聯於電阻電路220以及太陽能電池SC。當控制器210輸出不同組合的控制訊號CS1至CS16時，電阻電路220會依據控制訊號CS1至CS16來分別決定是否藉由電阻R1至R16提供量測阻値。若依據一個量測阻値，資料擷取電路DAQC能夠取得太陽能電池SC對應的一個資料點（例如，電流-電壓資料點）。若依據多個遞增或遞減的量測阻値，資料擷取電路DAQC便能夠取得太陽能電池SC的一條特性曲線（例如，電流電壓特性曲線）。

舉例來說，控制器210可輸出一組正掃偏壓（Forward-sweep）的控制訊號CS1至CS16，來以特定頻率改變提供量測阻値的電阻R1至R16的組合，以使電阻電路220的量測阻値以特定頻率遞增。如此一來，資料擷取電路DAQC可以取得對應多個遞增的量測阻値的多個資料點，進而取得太陽能電池SC的正掃特性曲線。

另一方面，控制器210可輸出另一組逆掃偏壓（Backward-sweep）的控制訊號CS1至CS16，來以特定頻率改變提供量測阻値的電阻R1至R16的組合，以使電阻電路220的量測阻値以特定頻率遞減。如此一來，資料擷取電路DAQC可以取得對應多個遞減的量測阻値的多個資料點，進而取得太陽能電池SC的逆掃特性曲線。

圖5繪示本揭露一實施例之太陽能電池的等效電路圖。一般來說，在量測不具有內建電容的太陽能電池時，正掃特性曲線會幾乎相同於逆掃特性曲線。當太陽能電池中具有內建電容C時，可以視為在其等效電路中並聯電容C，如圖5所示。其中I為輸出電流、V為輸出電壓、I _ph為光轉換電流、R _s為串聯電阻、R _sh為並聯電阻、I _d為暗電流，並且C為內建電容。關於圖5之等效電路中各參數的詳細說明，所屬領域技術人員應可由通常知識而獲致足夠的教示，在此不再贅述。

受到上述內建電容C的影響，太陽能電池SC的正掃特性曲線在靠近最大功率點會向上凸起，並且太陽能電池SC的逆掃特性曲線在靠近最大功率點會向下彎曲。換言之，歸因於內建電容C，在藉由量測到的特性曲線判定最大功率點時會有極大的誤差。

因此，在本實施例中，在資料擷取電路DAQC取得太陽能電池SC的正掃特性曲線以及逆掃特性曲線後，處理電路PROC可用以將正掃特性曲線與逆掃特性曲線擬合為最佳化特性曲線。

圖6繪示本揭露一實施例之特性曲線擬合方法的流程圖。圖7繪示本揭露一實施例之電流電壓特性曲線的示意圖。本實施例之特性曲線擬合方法適用於圖4實施例之量測裝置400，以下將配合量測裝置400中的各項元件來說明本實施例之特性曲線擬合方法的步驟。

請同時參照圖4、圖6與圖7，在步驟S610中，處理電路PROC會從資料擷取電路DAQC取得太陽能電池SC的多個電流電壓特性曲線，其中包括正掃特性曲線FSC以及逆掃特性曲線BSC。

一般來說，電流電壓特性曲線與電流軸的交點為短路電流，電流電壓特性曲線與電壓軸的交點為開路電壓，串聯電阻可從電流電壓特性曲線與電壓軸的交點（即，開路電壓）處的斜率取得，而並聯電阻可從電流電壓特性曲線與電流軸的交點（即，短路電流）處的斜率的負倒數來取得。

據此，處理電路PROC便可從所取得的正掃特性曲線FSC中得到正掃特性曲線FSC的多個第一特性參數，其中包括串聯電阻Rs1、並聯電阻Rsh1、短路電流Ioc1以及開路電壓Voc1，並且從所取得的逆掃特性曲線BSC中得到逆掃特性曲線BSC得多個第二特性參數，其中包括串聯電阻Rs2、並聯電阻Rsh2、短路電流Ioc2以及開路電壓Voc2。

隨後，在步驟S620中，處理電路PROC會分別比較第一特性參數與第二特性參數是否相等。具體來說，處理電路PROC會比較串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs2之間的差是否小於容忍値。若是，則視為串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs2相等。處理電路PROC比較其他特性參數的方式可以此類推。附帶一提的，在比較各特性參數是否相等時，處理電路PROC所設定的容忍値可以相同或不同，所屬領域具備通常知識者當可依需求調整上述的容忍値。

若各第一特性參數分別與各第二特性參數相等，則表示正掃特性曲線FSC與逆掃特性曲線BSC之間的誤差相當小或幾乎相等。如此一來，在步驟S630中，處理電路PROC會以正掃特性曲線FSC或逆掃特性曲線BSC作為最佳化特性曲線。

另一方面，若第一特性參數與第二特性參數不相等，則進入步驟S640，處理電路PROC會依據二極體特性公式迭代修正第一特性參數以及第二特性參數，以取得最佳化特性曲線。

詳細來說，不具有內建電容的太陽能電池通常可以等效為p-n二極體，而量測所得的電流電壓關係式可以下列的二極體特性公式來表示：，其中I為輸出電流、V為輸出電壓、I _ph為光轉換電流、R _s為串聯電阻、R _sh為串聯電阻、A為p-n介面常數、I ₀為p-n反向飽和電流、q為電荷量、k為波茲曼常數，並且T為溫度。關於上述各參數的詳細說明，所屬領域技術人員應可由通常知識而獲致足夠的教示，在此不再贅述。

若將上述方程式利用一般級數（Power series）展開，可以將二極體特性公式呈現為多項式曲線方程式如下：，其中輸出電流I可表示為輸出電壓V的函數f(V)，並且a ₀至a _n為級數展開時的各係數。利用上述多項式曲線方程式，處理電路PROC能夠迭代地修正第一特性參數以及第二特性參數，以取得最佳化特性曲線。

詳細來說，處理電路PROC會以此多項式曲線方程式的次方來作為迭代修正第一特性參數以及第二特性參數時的依據。例如，在第一次迭代時，處理電路PROC會依據 f(V)=a ₀+a ₁V 來修正第一特性參數以及第二特性參數；在第二次迭代時，處理電路PROC會依據 f(V)=a ₀+a ₁V+a ₂V ² 來修正第一特性參數以及第二特性參數，以此類推。以下段落將循序說明處理電路PROC迭代修正第一特性參數以及第二特性參數的步驟。

在本實施例中，上述迭代修正的步驟S640又包括步驟S641至S647。在步驟S641中，處理電路PROC會依據二極體特性公式修正第一特性參數以及第二特性參數，以取得正掃特性曲線的多個第一修正參數以及逆掃特性曲線的多個第二修正參數，其中第一修正參數對應於第一模擬曲線，且第二修正參數對應於第二模擬曲線。

詳細來說，處理電路PROC會以前述段落所描述的方式，利用上述展開後的二極體特性公式來修正第一特性參數，並且模擬出第一模擬曲線。藉由前述段落所介紹的方法，處理電路PROC便能夠取得對應於第一模擬曲線的多個第一修正參數，其中至少包括串聯電阻Rs1’以及並聯電阻Rsh1’。另一方面，處理電路PROC也會以類似的方式模擬出第二模擬曲線，並且得到多個第二修正參數，其中至少包括串聯電阻Rs2’以及並聯電阻Rsh2’。

隨後，在步驟S643中，處理電路PROC會比較第一特性參數與第一修正參數是否相等，以及第二特性參數與第二修正參數是否相等。

詳細來說，處理電路PROC會判斷串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs1’之間的差是否小於第一容忍値，若是，則判斷串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs1’相等。處理電路PROC亦會判斷並聯電阻Rsh1與並聯電阻Rsh1’之間的差是否小於第二容忍値，若是，則判斷並聯電阻Rsh1與並聯電阻Rsh1’相等。

另一方面，處理電路PROC會判斷串聯電阻Rs2與串聯電阻Rs2’之間的差是否小於第一容忍値，若是，則判斷串聯電阻Rs2與串聯電阻Rs2’相等。處理電路PROC亦會判斷並聯電阻Rsh2與並聯電阻Rsh2’之間的差是否小於第二容忍値，若是，則判斷並聯電阻Rsh2與並聯電阻Rsh2’相等。

附帶一提的是，上述的第一容忍値與第二容忍値可以相同或不同，本揭露並不在此限制。

此外，本實施例在判斷兩個參數是否相等時，是以兩參數之間的差値是否小於容忍値來判定。然而，本揭露亦不在此限制判斷兩個參數相等時的詳細實作方式。

在另一實施例中，處理電路PROC可計算串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs1’的商，並且判斷上述的商與1之間的距離是否小於第三容忍値。若是，則判斷串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs1’相等。處理電路PROC亦可計算並聯電阻Rsh1與並聯電阻Rsh1’的商，並且判斷上述的商與1之間的距離是否小於第四容忍値。若是，則判斷並聯電阻Rsh1與並聯電阻Rsh1’相等。

另一方面，處理電路PROC可計算串聯電阻Rs2與串聯電阻Rs2’的商，並且判斷上述的商與1之間的距離是否小於第三容忍値。若是，則判斷串聯電阻Rs2與串聯電阻Rs2’相等。處理電路PROC亦可計算並聯電阻Rsh2與並聯電阻Rsh2’的商，並且判斷上述的商與1之間的距離是否小於第四容忍値。若是，則判斷並聯電阻Rsh2與並聯電阻Rsh2’相等。

若第一特性參數與第一修正參數相等，並且第二特性參數與第二修正參數相等，表示迭代修正完成，則進入步驟S645，處理單元PROC會以第一模擬曲線或第二模擬曲線作為最佳化特性曲線。在本實施例中，若串聯電阻Rs1與串聯電阻Rs1’相等，並聯電阻Rsh1與並聯電阻Rsh1’相等，串聯電阻Rs2與串聯電阻Rs2’相等，並且並聯電阻Rsh2與並聯電阻Rsh2’相等，則表示迭代修正完成。

另一方面，若第一特性參數與第一修正參數不相等，或第二特性參數與第二修正參數不相等，則進入步驟S647，處理電路PROC會將第一修正參數作為第一特性參數，並且將第二修正參數作為第二特性參數。隨後，再回到步驟S641中，處理單元PROC會再次依據二極體特性公式迭代修正第一特性參數以及第二特性參數，直到取得最佳化特性曲線。

如圖7所示，在處理電路PROC迭代修正第一特性參數以及第二特性參數後，能夠將正掃特性曲線FSC以及逆掃特性曲線BSC擬合為一條最佳化特性曲線OPC。如此一來，能夠得到太陽能電池SC準確的電流電壓特性曲線（即，最佳化特性曲線OPC），進而精準的判斷出最大功率點的位置。

綜上所述，本揭露中太陽能電池的量測裝置，利用訊號傳遞控制電路將控制訊號輸出至電阻電路，並且在控制訊號傳遞的過程中，利用路徑分離電路將控制訊號的充放電路徑分離。如此一來，能夠快速的切換電阻電路所提供的量測阻値，並且同時避免切換時因元件的內建電容等因素所造成的振盪效應，以快速擷取太陽能電池的特性曲線。另一方面，當所量測的太陽能電池具有內建電容而造成量測誤差時，本揭露的太陽能電池的量測裝置更能夠利用迭代修正的方式，將正掃特性曲線與逆掃特性曲線擬合為最佳化特性曲線。如此一來，能夠修正出一條不含電容效應的電流電壓特性曲線並得到準確的最大功率點位置，以對所量測的太陽能電池作出更正確精準的分析。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧量測裝置

110、210‧‧‧控制器

120、220‧‧‧電阻電路

130、230_1至230_16‧‧‧路徑分離電路

240‧‧‧訊號隔離電路

250‧‧‧訊號放大電路

BSC‧‧‧逆掃特性曲線

C‧‧‧電容

CS1至CS16‧‧‧控制訊號

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

DAQC‧‧‧資料擷取電路

FSC‧‧‧正掃特性曲線

I‧‧‧輸出電流

Im1至Im16‧‧‧阻抗電路

I_d‧‧‧暗電流

I_ph‧‧‧光轉換電流

OPC‧‧‧最佳化特性曲線

PROC‧‧‧處理電路

Q1至Q16‧‧‧電晶體開關

R1至R16‧‧‧電阻

Re1‧‧‧第一電阻

Re2‧‧‧第二電阻

R_s‧‧‧串聯電阻

R_sh‧‧‧並聯電阻

S610、S620、S630、S640、S641、S643、S645、S647‧‧‧特性曲線擬合方法的步驟

SP1‧‧‧第一訊號傳遞路徑

SP2‧‧‧第二訊號傳遞路徑

V‧‧‧輸出電壓

圖1繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的概要方塊圖。圖2繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的方塊電路圖。圖3繪示本揭露一實施例之路徑分離電路的方塊電路圖。圖4繪示本揭露一實施例之太陽能電池的量測裝置的方塊電路圖。圖5繪示本揭露一實施例之太陽能電池的等效電路圖。圖6繪示本揭露一實施例之特性曲線擬合方法的流程圖。圖7繪示本揭露一實施例之電流電壓特性曲線的示意圖。

Claims

一種太陽能電池的量測裝置，用以量測一太陽能電池以取得其特性曲線，該太陽能電池的量測裝置包括：一訊號量測控制電路，用以輸出至少一控制訊號以控制其中的一電阻電路提供一量測阻值；一訊號傳遞控制電路，電性連接在該訊號量測控制電路以及該太陽能電池之間，其中該訊號傳遞控制電路包括至少一路徑分離電路，各該路徑分離電路用以提供至少兩個訊號傳遞路徑，並且該至少兩個訊號傳遞路徑的訊號傳遞方向不同，其中該訊號量測控制電路利用該訊號傳遞控制電路將該至少一控制訊號輸出至該電阻電路；一資料擷取電路，電性連接於該太陽能電池以及電阻電路，用以取得該太陽能電池的多個特性曲線；以及一處理電路，耦接於該資料擷取電路，用以將該些特性曲線擬合為一最佳化特性曲線，其中該些特性曲線包括一正掃特性曲線以及一逆掃特性曲線，該正掃特性曲線包括多個第一特性參數，並且該逆掃特性曲線包括多個第二特性參數，其中該處理電路分別比較該些第一特性參數與該些第二特性參數是否相等，其中若該些第一特性參數與該些第二特性參數相等，則該處理電路以該正掃特性曲線或該逆掃特性曲線作為該最佳化特性曲線，其中若該些第一特性參數與該些第二特性參數不相等，則該處理電路更依據一二極體特性公式迭代修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數，以取得該最佳化特性曲線。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，其中該路徑分離電路提供一第一訊號傳遞路徑以及一第二訊號傳遞路徑，其中電流以該第一訊號傳遞路徑流入該電阻電路，並且以該第二訊號傳遞路徑流出該電阻電路。
如申請專利範圍第2項所述的量測裝置，其中該第一訊號傳遞路徑的阻抗小於該第二訊號傳遞路徑的阻抗。
如申請專利範圍第2項所述的量測裝置，其中該第一訊號傳遞路徑與該第二訊號傳遞路徑並聯。
如申請專利範圍第2項所述的量測裝置，其中該第一訊號傳遞路徑與該第二訊號傳遞路徑不並聯。
如申請專利範圍第2項所述的量測裝置，其中該第一訊號傳遞電路包括一第一二極體，該第二訊號傳遞路徑包括一第二二極體以及一第一電阻，並且該電阻電路電性連接於該第一二極體的輸出端以及該第二二極體的輸入端。
如申請專利範圍第6項所述的量測裝置，其中該路徑分離電路更包括一第三訊號傳遞路徑，其中電流以該第二訊號傳遞路徑以及該第三訊號傳遞路徑流出該電阻電路。
如申請專利範圍第7項所述的量測裝置，其中該第三訊號傳遞路徑包括一第二電阻，並且該第三訊號傳遞路徑的阻抗大於該第一訊號傳遞路徑的阻抗以及該第二訊號傳遞路徑的阻抗。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，其中該電阻電路包括至少一控制端，並且該至少一控制端電性連接於該訊號傳遞控制電路。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，其中該電阻電路包括至少一阻抗電路，其中各該阻抗電路包括：一電阻；以及一電晶體開關，並聯於該電阻，其中該電晶體開關的一控制端電性連接於該訊號傳遞控制電路，並且依據該至少一控制訊號的其中之一來決定是否藉由該電阻提供該量測阻值。
如申請專利範圍第10項所述的量測裝置，其中該至少一阻抗電路是一對一對應於該至少一路徑分離電路。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，其中該訊號量測控制電路包括一控制器，用以輸出該至少一控制訊號。
如申請專利範圍第12項所述的量測裝置，其中該訊號量測控制電路更包括：一訊號放大電路，電性連接於該控制器，用以放大該控制器所輸出的該至少一控制訊號。
如申請專利範圍第12項所述的量測裝置，其中該訊號量測控制電路更包括：一訊號隔離電路，電性連接於該控制器與該訊號傳遞控制電路之間，用以將該至少一控制訊號分別傳遞至該至少一路徑分離電路。
如申請專利範圍第14項所述的量測裝置，其中該訊號隔離電路更用以隔離從該訊號傳遞控制電路流向該控制器的一反向電流。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，該處理電路依據該二極體特性公式迭代修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數時，該處理電路依據該二極體特性公式修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數，以取得該正掃特性曲線的多個第一修正參數以及該逆掃特性曲線的多個第二修正參數，其中該些第一修正參數對應於一第一模擬曲線，且該些第二修正參數對應於一第二模擬曲線，其中該處理電路更比較該些第一特性參數與該些第一修正參數是否相等，以及該些第二特性參數與該些第二修正參數是否相等，其中若該些第一特性參數與該些第一修正參數相等，並且該些第二特性參數與該些第二修正參數相等，則該處理電路以該第一模擬曲線或該第二模擬曲線作為該最佳化特性曲線。
如申請專利範圍第16項所述的量測裝置，其中若該些第一特性參數與該些第一修正參數不相等，或該些第二特性參數與該些第二修正參數不相等，則該處理電路以該些第一修正參數作為該些第一特性參數，以該些第二修正參數作為該些第二特性參數，並依據該理想二極體特性迭代修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數。
如申請專利範圍第1項所述的量測裝置，其中該二極體特性公式以一般級數展開後呈現為一多項式曲線方程式，為該處理電路依據迭代修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數時，依據該多項式曲線方程式的次方來迭代修正該些第一特性參數以及該些第二特性參數。