專利名稱：脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池組件測試儀，尤其涉及一種脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀，能測定太陽電池組件的伏安特性，并進而求出各種電性能參數，屬于太陽電池測試技術領域。
太陽電池測試裝置一般是由太陽模擬器、電子負載及計算機數據處理系統等幾個部分組成的成套或配套設備，其中太陽模擬器有穩態的和脈沖式兩種，穩態模擬器用來測試太陽電池組件，面臨均勻性、穩定性、功耗大、被測組件溫升等關鍵問題，不易解決，因此，國外在太陽電池組件測試儀中采取穩態模擬器的方案已逐步取消，取而代之的是脈沖式模擬器，對于脈沖式模擬器相應的電子負載有多種，比如電橋式，場效應管式，可調電阻負載，這些電子負載各有特點，但都需要較長弧的脈沖光源作為模擬器光源，在一個脈沖里完成數據的采集和曲線的繪制，若縮短脈沖光源弧長，則提高了對數模轉換電路的要求。
常規脈沖式模擬器大都采用點光源，被特定反光裝置反射和濾光裝置過濾后照射到被測面上，為了獲得被測面上的一定的均勻性，要加工制作復雜的反光裝置或增加光源與被側面的間距，有的間距可達十米之多，需占有好幾個房間，這樣，光源的功耗、整個設備的成本和使用成本相當高。對比技術有SPIRE公司的SPI-SUN SIMULATOR 240A Photovoltaic Module Tester(http//www.spirecorp.com)，該技術采用的就是點光源，反光裝置加工難度大，光路調試困難。
本發明的目的在于針對現有技術的上述不足，設計提供一種脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀，使之結構緊湊，占地面積小，能實現光照均勻性，并能自動修正誤差，保證測量的重復性和準確性。
為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，采用光脈沖寬度5ms的長弧脈沖模擬器來降低對測試電路的元器件的頻響要求，采用三自由度可調的脈沖氙燈線光源、拋物面漫反射作為反光裝置，光源與被測面之間還裝有光譜矯正的濾光系統和提高均勻性所用的絲網，以達到要求的均勻性和光譜。為了準確測量電池板的開路電壓，還設置一套獨立的開路電壓測試電路，用計算機采樣、計算，對測量數據進行自動修正。
本發明采用脈沖氙燈是因為所有電光源中氙燈的光譜與日光最接近，為了在光的短距離的射程中獲得被測平面較好均勻性的光。線光源裝在三自由度可調光源座上，在光源與被測面之間距1.5m左右前提下實現5％以內的均勻性，這種結構便于制成較小的臺式儀器，對使用場地要求不高。
本發明采用定電壓電子負載(純阻性)作為測量用負載，其電壓加在被測太陽電池的兩側，并受計算機控制。定電壓電子負載能克服常規負載電阻不能到零和至無窮大的缺點，還克服了場效應管式電子負載的電阻不便電壓控制的缺點。定電壓電子負載還具有與計算機接口方便，控制實現容易等特點。
本發明還針對定電壓電子負載測量電池開路的非直接性，設置獨立的開路電壓測試電路，實現一種在直接測量開路電壓后對所測曲線自動矯正的方法，其基本原理是按比例對曲線進行電壓修正。
本發明以太陽電池雙指數模型為擬合模型，采用數論方法準確擬合太陽電池組件I-V曲線，實現由被測曲線精確計算串聯電阻Rs、并聯電阻Rsh、光生電流IL、曲線因子A等電池重要參數。
本發明采用長弧的脈沖氙燈作模擬器光源，克服了穩態模擬器的弱點，實現了1.3×0.6m范圍內光照的均勻性；采用定電壓電子負載，多次閃光采樣，完成一次完整的I-V曲線采集，避免了對數模轉換器電路的頻率要求；更進一步，本發明采用簡單準確方案測定開路電壓，對可能出現誤差的I-V曲線進行自動修正，保證了測量的重復性及準確性。
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步詳細描述。
圖1為本發明太陽模擬器原理示意圖。
如圖所示，本發明采用三自由度脈沖氙燈線光源、拋物面漫反射太陽模擬器，線光源1發出的脈沖光經拋物面漫反射裝置2反射之后，通過濾光系統3和絲網4，到達太陽電池組件所在平面5。
圖2為本發明的電路系統方框圖。
如圖所示，本發明采用的三自由度脈沖氙燈線光源1，由與計算機測控裝置12相連的氙燈電源電路15控制，線光源1經拋物面漫反射裝置2，反射光線經濾光系統3和絲網4，最后投射到被測組件所在平面5。在被測面上安裝有參考電池7和被測組件6，參考電池7產生的光電流經放大比較電路9轉換成電壓與基準電平電路13比較。放大比較電路9經門電路11與電流鎖存電路10相連，定電壓電子負載8的電壓由計算機測控裝置12確定。當參考電池7產生的信號大于基準電平電路13的信號時，門電路11啟動電流鎖存電路10，這樣被測組件6在計算機測控裝置12確定的某一定電壓下產生的光電流經電流鎖存電路10鎖存，再由計算機測控裝置12采樣，保存到計算機。如此完成I-V曲線上一個點的采集，多次閃光、多次采集就可以獲得許多I-V上的點，最后計算機繪制曲線并計算被測組件的電性能參數，計算前通過半導體點溫度計14測量當前電池的PN結溫度。
本發明為了準確測量電池板的開路電壓，還設置一套獨立的開路電壓測試電路來測定電池的開路電壓，供計算機采樣、計算、修正。
圖3為本發明的開路電壓測試電路框圖。
圖中，開路電壓測試電路包括電壓保持電路16和電壓鎖存器17，被測組件6在開路下，其電壓經電壓保持電路16后再由電壓鎖存器17鎖存，而電壓鎖存器17是在門電路11控制下鎖存，以保證此開路電壓是標準光強100mW/cm2下的開路電壓，然后再由計算機測控裝置12采樣并保持，經計算機一定程序計算并輸出修正結果。
圖4為本發明采用數論方法擬合的I-V曲線效果圖。
如圖所示，本發明以太陽電池雙指數模型為擬合模型，準確擬合太陽電池組件I-V曲線，避免了點連線或平滑插點造成的I-V曲線不平滑。本發明的方法對各種I-V曲線都能準確擬合。
本發明采用脈沖氙燈作電光源，使光譜容易達到太陽模擬器的標準，而且商品化的脈沖氙燈比較容易購買，采用拋物面漫反射和線光源，可以實現光的均勻性，采用定電壓電子負載，能在光脈沖重復性不一致的前提下，通過逐點閃光的測量方法，實現I-V曲線的準確繪制和被測組件電性能參數的準確測量。開路電壓和溫度單獨測量，實現測試結果修正的可靠性，采用數論方法進行曲線擬合，保證I-V曲線的準確與平滑。本發明結構緊湊，便于制成較小的臺式儀器，對使用場地要求不高。
權利要求
1.一種脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀，其特征在于采用脈沖氙燈為線光源(1)，采用定電壓電子負載(8)作為測量用負載，并設置開路電壓測試電路，線光源(1)由與計算機測控裝置(12)相連的氙燈電源電路(15)控制，發出的脈沖光經拋物面漫反射裝置(2)、濾光系統(3)和絲網(4)，到達被測組件(6)所在平面(5)，被測面上的參考電池(7)產生的光電流經放大比較電路(9)轉換成電壓與基準電平電路(13)比較，放大比較電路(9)經門電路(11)與電流鎖存電路(10)相連，定電壓電子負載(8)的電壓由計算機測控裝置(12)確定，由計算機測控裝置(12)繪制曲線并計算被測組件(6)的電性能參數，同時通過半導體點溫度計(14)測量當前電池的PN結溫度。
2.如權利要求1所說的脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀，其特征在于開路電壓測試電路包括電壓保持電路(16)和電壓鎖存器(17)，被測組件(6)在開路下，其電壓經電壓保持電路(16)后再由電壓鎖存器(17)鎖存，由計算機測控裝置(12)采樣并保持，電壓鎖存器(17)由門電路(11)控制。
全文摘要
一種脈沖氙燈線光源臺架式太陽電池組件測試儀,采用脈沖氙燈線光源和拋物面漫反射,光源與被測面之間裝有濾光系統和絲網,實現光照均勻性,達到光譜要求。采用定電壓電子負載作為測量用負載,并設置開路電壓測試電路,線光源由氙燈電源電路控制,被測組件在定電壓下產生的光電流經鎖存,由計算機測控裝置采樣保存。本發明能在光脈沖重復性不一致的前提下,通過逐點閃光測量,采用數論方法擬合測量數據,實現I－V曲線的準確繪制和被測組件電性能參數的準確測量。
文檔編號G01R31/36GK1335514SQ0111303
公開日2002年2月13日 申請日期2001年5月31日 優先權日2001年5月31日
發明者崔容強, 徐林, 丁正明, 楊宏喜, 匡子光 申請人:上海交通大學