一種全時測量pv組件功率特性的裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種全時測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運算控制器，工件臺為旋轉工件臺，工件臺分別與電信號測試電路、運算控制器相連接，電信號測試電路與運算控制器相連接；其中，太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；電信號測試電路用于采集被測PV組件的I-V特性參數，并將I-V特性參數進行調理發送至運算控制器；運算控制器用于處理I-V特性參數，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制工件臺的平移和旋轉。本發明采用旋轉工件臺，能夠模擬PV組件在實際工作時的光照條件，從而實現全時地測量PV組件的功率輸出特性。
【專利說明】一種全時測量PV組件功率特性的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及PV組件測量儀器【技術領域】，尤其是涉及一種全時測量PV組件功率特性的裝置。
【背景技術】
[0002]作為半導體技術在能源領域的應用，光伏發電是基于半導體材料的光電效應，利用PV (Photovoltage,光伏)組件等光電器件將太陽能轉化為電能。由于光伏發電清潔無污染，目前，世界各國都在積極發展以太陽能光伏產業為主的新能源產業。當前，國內光伏產業的發展勢頭很迅猛，無論是多晶硅太陽能電池，還是薄膜太陽能電池；但是，整個產業的著力點還處于PV組件的設計和制造方面，在測試方面投入較小，目前整個行業對PV組件的功率特性測試裝置主要還是傳統的PV組件功率特性測試系統。
[0003]傳統的PV組件功率特性測試系統一般包括太陽光模擬器、承載PV組件的工件臺、電信號測試電路和控制器。該系統的工作過程為:首先利用基準太陽能電池對太陽光模擬器進行輻照度的修正，然后太陽光模擬器對放置在工件臺上的待測PV組件進行垂直照射，與此同時，電信號測試電路采集得到被測PV組件的1-V特性參數，并且將這些1-V特性參數發送至運算控制器，經處理后得到PV組件的功率特性。當前，工件臺均為平面一維移動，其上設置有固定PV組件的真空吸附結構和測試PV組件的柵線探針等。
[0004]上述的測試系統對于測試襯底表面結構大體相同的PV組件是相當有效的。然而，隨著光伏產業的蓬勃發展，已經出現了襯底表面結構不同的PV組件，例如，傳統的太陽能電池的光伏組件襯底表面結構大體上為針狀(見圖1)，而目前已制作出呈圓孔或方孔的光伏組件襯底表面結構的太陽能電池(見圖2、圖3)。
[0005]如果對不同襯底表面結構的PV組件采用上述方式來測量功率特性，就無法準確地反映出PV組件的真實性能。這是因為襯底的表面結構不同，PV組件在實際環境中使用的光電性能會有很大區別。如圖4、圖5所示，襯底表面結構為針狀的光伏組件在真實太陽光照射下，垂直入射時可得到最大面積的光電轉換區，隨著時間變化，太陽光轉動至與襯底表面呈約45度，光電轉換區的面積縮減至最大面積的三分之一，相應的光生載流子變化劇烈，由此使得光伏組件的IV特性參數變化明顯；然而，襯底表面結構為圓孔狀的光伏組件在真實太陽光照射下，垂直入射時可得到最大面積的光電轉換區，當太陽光轉動至與襯底表面呈約45度時，光電轉換區的面積縮減至最大面積的二分之一，與前者相比，IV特性參數變化緩和不少，可見圖6的示意。因此，采用傳統的PV組件功率特性測試系統，并不能準確地反映襯底表面結構不同的光伏組件在實際環境下的IV特性，進而無法如實表征被測PV組件的功率特性。

【發明內容】

[0006]本發明需要解決的技術問題是提供一種全時測量PV組件功率特性的裝置，采用該裝置，能夠準確如實地表征在實際工作環境下的不同襯底表面結構的PV組件的真實功率特性。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種全時測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運算控制器，所述工件臺為旋轉工件臺，所述工件臺分別與所述電信號測試電路、所述運算控制器相連接，所述電信號測試電路與所述運算控制器相連接；
[0008]其中，所述太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；所述電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數，并將所述1-V特性參數進行調理發送至所述運算控制器；所述運算控制器用于處理所述1-V特性參數，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制所述工件臺的平移和旋轉。
[0009]進一步地，本發明還具有如下特點:所述太陽光模擬器的輻照面積為156mmX 156mm,有效照射面積內的均勻度為±2%,時間不穩性為±1%,光譜匹配度為±25%，所述太陽光模擬器的模擬光源通過選擇光譜和強度特性來模擬多種太陽光譜的光源。
[0010]進一步地，本發明還具有如下特點:所述工件臺的臺體結構包括上層和下層，所述下層沿水平的一維方向移動，所述上層沿水平軸旋轉。
[0011]進一步地，本發明還具有如下特點:所述工件臺上設置有電壓傳感器、電流傳感器以及向被測PV組件施加電壓或電流的探針；所述電壓傳感器和所述電流傳感器的輸出分別與所述電信號測試電路連接，所述電信號測試電路通過所述工件臺上的探針，向被測PV組件施加電壓或電流。
[0012]進一步地，本發明還具有如下特點:所述工件臺包括驅動器和控制器，所述控制器控制所述驅動器驅動所述工件臺運動，以實現所述工件臺平移和旋轉。
[0013]進一步地，本發明還具有如下特點:所述工件臺水平移動速度最大可達I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉角度為一 30度到十30度，定位精度為I度。
[0014]進一步地，本發明還具有如下特點:所述電信號測試電路調理所述1-V特性參數的調理方式包括幅值調節、頻率調節和相位調節。
[0015]進一步地，本發明還具有如下特點:所述運算控制器包括上位機和下位機，所述下位機與上位機的接口為RS232接口、RS485接口或USB接口 ；所述上位機為PC機，用于接收處理下位機的數據和指令，并且將所述上位機具有的用戶界面的數據和指令傳遞至所述下位機；所述下位機采用微處理器，用于接收處理所述上位機的數據和指令，并且實時地傳遞采集數據至所述上位機。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0017]由于本發明采用旋轉工件臺替代傳統PV組件功率特性測試量系統的一維平面運動工件臺，因此能夠模擬PV組件在實際工作時的光照條件，從而實現全時地測量PV組件的功率輸出特性。故利用本發明，能夠準確地表征在實際工作環境下的PV組件的真實性能，為篩選具有全時功率輸出特性好的PV組件提供測試基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為傳統的襯底表面結構為針狀的光伏組件的電子顯微鏡圖像；
[0019]圖2為襯底表面結構為孔狀的光伏組件的電子顯微鏡圖像；[0020]圖3為襯底表面結構為孔狀的光伏組件的另一角度下的電子顯微鏡圖像；
[0021]圖4為襯底表面結構為針狀的光伏組件在真實光照條件下的模擬示意圖；
[0022]圖5為襯底表面結構為孔狀的光伏組件在真實光照條件下的模擬示意圖；
[0023]圖6為襯底表面結構為孔狀的光伏組件和襯底表面結構為針狀的光伏組件在真實光照條件下的光電轉換率變化示意圖；
[0024]圖7為本發明提供的全時測量PV組件功率特性的裝置的結構原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]為了深入了解本發明，下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0026]本發明提供了一種全時測量PV組件功率特性的裝置，結構框圖如圖7所示，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運算控制器，其中工件臺為旋轉工件臺，工件臺分別與電信號測試電路、運算控制器相連接，電信號測試電路與運算控制器相連接。其中，太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數，并將1-V特性參數進行調理發送至運算控制器；運算控制器用于處理1-V特性參數，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制工件臺的平移和旋轉。
[0027]太陽光模擬器具有156mmX 156mm的福照面積，有效照射面積內的均勻度達到±2%，時間不穩性為±1%，光譜匹配度達到±25%，太陽光模擬器的模擬光源通過選擇其光譜和強度特性來模擬各種條件下太陽光譜(AMO、AMl.0、AMl.5、AM1.5Global、AM2.0、AM2.0Global)的光源。
[0028]工件臺的臺體為包括上層和下層的雙層結構，下層可沿水平的一維方向移動，上層可承載面積在156_X 156mm以下的PV組件沿水平軸旋轉。工件臺還包括驅動器和控制器，控制器控制驅動器驅動工件臺運動，以實現工件臺平移和旋轉。工件臺的水平移動速度最大可達I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉角度為一 30度到十30度，定位精度為I度，并且具有真空吸附功能。在工件臺上，設置有探測電壓信號的電壓傳感器和探測電流信號的電流傳感器，還有向PV組件施加電壓或電流的探針，利用這些探針可向承載在工件臺上的待測PV組件施加電壓或電流。電壓傳感器和電流傳感器的輸出分別連接至電信號測試電路。
[0029]電信號測試電路接收來自于工件臺的電壓傳感器、電流傳感器的電壓信號和電流信號，然后將這些信號進行調理以至于適合運算控制器處理，調理的方式包括幅值調節、頻率調節和相位調節，其中幅值調節包括放大、縮小、截取等，頻率調節包括倍頻、分頻等，相位調節包括超前、保持、滯后等；此外，電信號測試電路還通過工件臺上的電壓探針和電流探針，向被測PV組件施加合適的電壓、電流。
[0030]運算控制器包括下位機和上位機，其中上位機可為PC機，上位機具有良好的用戶界面，具有光強測量和修正功能，具有數據、曲線存儲、打印及測試數據分析功能；下位機采用高性能微處理器，并連接有AD/DA轉換電路，與上位機的接口可為RS232接口、RS485接口或USB接口。下位機可實時地傳遞采集數據至上位機，或者上位機將用戶界面的命令傳遞至下位機。一方面，運算控制器接收來自于電信號測試電路的已調理信號，計算出在此測試條件下的開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點電壓、最大功率點電流、填充因子和轉換效率；另一方面，運算控制器還可控制工件臺的平移和旋轉，以及被測PV組件的定位固定。
[0031]本發明全時測量PV組件功率特性的裝置的工作過程如下:
[0032]首先，利用傳統的標定太陽光模擬系統的方法來設定太陽光模擬器的輻照度，SP測量與被測PV組件的光譜響應相似的基準太陽能電池的電流，由于基準電池是經過標定的，由此可根據所得的基準電流數值來設定太陽光模擬器的輻照度；此輻照度的標定并不局限于太陽光垂直入射情況，可以在太陽光與工件臺呈不同角度時按照基準電池測定方法來標定相應位置處的太陽光輻照度，即太陽光輻照度可以根據需要按照一定的規律變化。
[0033]其次，在已設定好的太陽光模擬器下，將待測的PV組件放置在工件臺上，在運算控制器的控制下，承載被測PV組件的工件臺隨時間而沿著水平軸旋轉一定的角度，例如根據日常的太陽光與地平面之間的角度變化來調整光照角度。
[0034]然后，借助于在工件臺上設置的電壓探針、電流探針，電信號測試電路向被測PV組件施加電壓、電流信號；此時同時，利用在工件臺上的電壓傳感器和電流傳感器，電信號測試電路實時地測量被測PV組件的1-V特性參數(包括開路電壓Vre、短路電流Isc)。
[0035]最后，運算控制器利用所測的IV特性參數，計算推導出表征PV組件的功率特性的參數(最大功率點Pmax、在Pmax處的電壓Vmp和電流Imp、轉換效率η以及填充因子FF)，并且以工件臺的旋轉角度為自變量，功率特性的參數為變量，構成一維函數關系，以便篩選出全時功率輸出特性好的PV組件。
[0036]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的本質和基本原理之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種全時測量PV組件功率特性的裝置，包括太陽光模擬器、工件臺、電信號測試電路和運算控制器，其特征在于:所述工件臺為旋轉工件臺，所述工件臺分別與所述電信號測試電路、所述運算控制器相連接，所述電信號測試電路與所述運算控制器相連接； 其中，所述太陽光模擬器用于照射放置在工件臺上的被測PV組件；所述電信號測試電路用于采集被測PV組件的1-V特性參數，并將所述1-V特性參數進行調理發送至所述運算控制器；所述運算控制器用于處理所述1-V特性參數，計算出被測PV組件的功率特性，以及控制所述工件臺的平移和旋轉。
2.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述太陽光模擬器的輻照面積為156mmX156mm，有效照射面積內的均勻度為±2%，時間不穩性為±1%，光譜匹配度為±25%，所述太陽光模擬器的模擬光源通過選擇光譜和強度特性來模擬多種太陽光譜的光源。
3.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺的臺體結構包括上層和下層，所述下層沿水平的一維方向移動，所述上層沿水平軸旋轉。
4.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺上設置有電壓傳感器、電流傳感器以及向被測PV組件施加電壓或電流的探針；所述電壓傳感器和所述電流傳感器的輸出分別與所述電信號測試電路連接，所述電信號測試電路通過所述工件臺上的探針，向被測PV組件施加電壓或電流。
5.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺包括驅動器和控制器，所述控制器控制所述驅動器驅動所述工件臺運動，以實現所述工件臺平移和旋轉。
6.如權利要求3所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述工件臺水平移動速度最大可達I米/秒，定位精度為0.1毫米，旋轉角度為一 30度到+ 30度，定位精度為I度。
7.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述電信號測試電路調理所述1-V特性參數的調理方式包括幅值調節、頻率調節和相位調節。
8.如權利要求1所述的全時測量PV組件功率特性的裝置，其特征在于:所述運算控制器包括上位機和下位機，所述下位機與上位機的接口為RS232接口、RS485接口或USB接口；所述上位機為PC機，用于接收處理下位機的數據和指令，并且將所述上位機具有的用戶界面的數據和指令傳遞至所述下位機；所述下位機采用微處理器，用于接收處理所述上位機的數據和指令，并且實時地傳遞采集數據至所述上位機。
【文檔編號】H02S50/10GK103888075SQ201210563823
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】李勇滔, 夏洋, 劉邦武, 王文東 申請人:中國科學院微電子研究所