[实用新型]用于太阳能电池的自然光辐照I-V特性测试系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于太阳能电池的性能测试系统，具体是指一种在自然光辐照下测试太阳能电池I-V特性的测试系统。

技术背景

太阳能电池的I-V特性是衡量电池性能的重要参数和指标。因此，对太阳能电池I-V特性进行测试在电池研究和生产中都必不可少。目前，这类测试方法和仪器大多都是在室内模拟太阳光的环境下进行的，得到的结果是关于电池在模拟太阳光下的I-V特性。然而，太阳能电池在实际应用中，受变化的自然光和周围各种环境因素的影响，其I-V输出又将如何？这就需要开发一种能够在自然光辐照下对太阳能电池I-V特性进行测试的系统。

发明内容

本实用新型提供了一种用于太阳能电池的自然光辐照I-V特性测试系统，其主要目的是为了测试在自然光辐照下太阳能电池的I-V性能。

本实用新型的自然光辐照I-V特性测试系统，包括：双轴太阳能跟踪装置、电流采样器、电压采样器、辐照度检测器、温度检测器、可编程电子负载、数据采集器和计算机。被测太阳能电池安装在双轴太阳能跟踪装置的移动电池板支架上。

待测太阳能电池与可编程电子负载组成闭合回路。电流采样器串联在回路中，用于检测电流。电压采样器与电池正负两极连接，用于检测电压。电流采样器、电压采样器、辐照度检测器和温度检测器的信号输出端均与数据采集器连接。可编程电子负载和数据采集器均通过USB接口或RS-232串口与计算机连接。

双轴太阳能跟踪装置由+24伏电源驱动，通电后自动跟踪太阳光源。

计算机内安装有运行于Windows操作系统上的应用软件，该应用软件具有如下功能模块：可编程电子负载控制模块、数据采集器控制和读取模块、可视化人机交互界面、数据处理和结果报告生成模块。

本实用新型的优点是：可实现自然光下对太阳能电池I-V特性的测试，同时测量的参数还有辐照度和环境温度，若有需要，系统能够容易地集成其它环境参数的测试模块；测试范围宽：电压从0.5V到100V，电流从0.1mA到10A；测试速度快：单次测试所需时间最短3秒；用户友好的可视化程序操作界面和完备的数据报告，使测试方便快捷。

附图说明

图1为本实用新型的测试系统电连接示意图；

其中：1-太阳能电池、2-双轴太阳能跟踪装置、3-电流采样器、4-电压采样器、5-辐照度检测器、6-温度检测器、7-可编程电子负载、8-数据采集器、9-计算机。

图2为本实用新型的应用软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，如图1所示，测试系统的组成和连接如下：

待测太阳能电池1安装在双轴太阳能跟踪装置2的移动电池板支架上。太阳能电池1、可编程电子负载7和电流采样器3串联形成闭合回路。电压采样器4与电池1并联。电流采样器3、电压采样器4、辐照度检测器5和温度检测器6的信号输出端均与数据采集器8连接。可编程电子负载7和数据采集器8均通过USB接口与计算机9连接。除双轴太阳能跟踪装置外，其它所有的设备都安装在一个可移动的小车上。

电流采样器3由采样电阻和低漂移低噪声放大器组成，将电流信号转换成电压信号，然后送入数据采集器。根据测量范围的不同，设定了四个不同的电流-电压转换档，分别为：1mA/1V、10mA/1V、0.1A/1V、1A/1V。可测的电流范围从0.1mA到10A，满足不同的太阳能电池的测试需要。

电压采样器4主要由低漂移低噪声放大器组成，将电压信号衰减后送入数据采集器。根据测量范围的不同，设定了六个具有不同衰减倍数的转换档，分别为2倍、4倍、5倍、6倍、8倍、10倍，可测电压范围为0.5V到100V。

I-V测试原理为采用电子负载的定电压工作模式，可调电子负载的选用：可调电子负载必须具有可编程功能，以便实现计算机控制；根据测试组件的功率大小，应选用不同的可调电子负载来进行测量。在本系统中，采用一台250W的可调电子负载，对于大功率的太阳能电池的测试，可选用大功率的可调电子负载，如300W、500W等。

数据采集器8选用中低速USB总线类型数据采集仪器，输入通道数可选用8、16或32。A/D转换选用12位或更高。数据采集器具有可编程功能，通过USB接口与计算机连接。

辐照度检测器由一个辐照度探头和一个低漂移低噪声放大器组成。调节放大倍数，使得输出响应为1sun/1V。温度探头选用常见的Pt100。辐照度探头和温度探头均安装在电池板的边上，与电池板处于同一平面。

应用软件使用C++语言编写，运行于Windows操作系统上。软件具有可视化人机交互界面，可编程电子负载控制模块、数据采集器控制和读取模块。整个测试操作通过应用软件完成，操作如下：首先，对电子负载和数据采集器进行初始化设置，并选择电流和电压的测试量程，输入电池面积。然后启动测试，程序在3秒内采集60组电流、电压数据。测试完成后，程序计算出主要性能参数，包括开路电压Voc、短路电流Isc、短路电流密度Jsc、最大电压Vmax、最大电流Imax、最大功率Pmax、能量转换效率η、填充因子FF、串联电阻Rs、并联电阻Rsh，并显示I-V特性曲线和P-V曲线图形。最后，生成测试结果报告，报告以HTML文件格式显示性能参数数据、I-V曲线和P-V曲线图形。详细的测试数据以电子表格(xls文件)形式保存，方便用户进一步的分析。