[发明专利]一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置

说明书

技术领域:

本发明属于一种光伏测试领域，用于太阳电池伏安特性模拟的设备。

背景技术:

本发明是一种太阳电池伏安特性模拟设备，首先有必要明确太阳电池伏安特性曲线的具体含义。图1是一个典型的太阳能电池伏安特性曲线，该图中各参数的含义是：

Isc  ：太阳能电池短路时的输出电流

Voc  ：太阳能电池开路时的输出电压

Pmax ：太阳能电池最大输出功率

伏安特性曲线：在光照条件一样的情况下，太阳能电池的输出是随着负载的情况而变化的，接驳不同负载，就会有不同的输出电压和输出电流，当接驳确定的电阻负载，太阳能电池就输出一个确定的电压和确定的电流，这个确定的电压电流在V-I坐标上对应一个确定的点，改变电阻负载的阻值，太阳能电池就会输出另外一组确定的电压和电流，对应V-I坐标上另外一个点，这样一系列的点描绘出来的曲线就是太阳能电池的输出伏安特性曲线。当接驳一定的电流负载时，太阳能电池提供的电压就是伏安特性曲线上相应电流值对应的那一点的电压值。同样，如果光伏电池外接的是一个恒电压性质的负载，太阳能电池输出的电流也是一定的，工作点也符合上述曲线，这是太阳能电池的固有特性。Isc、Voc和Pmax是伏安特性上的三个关键点。伏安特性曲线在Isc点附近近似一个斜率较小的直线段（接近水平），在Voc点附近近似一个斜率很大的线段（接近垂直），Pmax点附近是一段斜率连续变化的弧形线段。

使用太阳电池做电源的用电装置或逆变装置，其前端为了适应太阳电池的伏安特性一般都设计有专门的电路（本文简称匹配电路），有的是为了实现最大功率点跟踪，以获取最有效的能量转换；有的是为了调节向后端输送的功率，以匹配后端的能量需求，有时要将多余的能量泄放掉以求安全，这样的调节电路往往工作在一定频率的开关状态。上述匹配电路能否正常工作，也需要验证。如果借助实际的太阳电池进行验证，则由于天气和日光的原因，限制了使用场合和时间，于是提出了太阳能电池模拟器需求。

有一类针对太阳电池进行测试的设备，用于检测太阳电池的伏安特性（本文简称伏安特性测试设备），要达到对太阳电池的正确检测，首先这类伏安特性测试设备的功能和性能指标应当正常。那么，在伏安特性测试设备的开发、生产和维护时，往往需要将伏安特性测试设备与太阳电池模拟器相连以进行功能验证或指标检测。另外，为了降低伏安特性测试设备的耗散功率，具备大功率太阳电池测试能力的伏安特性测试设备，有时会以脉冲方式工作，要验证这类伏安特性测试设备的功能，需要太阳能电池模拟器能够适应脉冲工作模式。

现有的太阳能电池模拟器分两大类，第一类是太阳光模拟+太阳能电池，第二类是电源类，这两类模拟器都存在明显的缺点：

第一类，系统复杂，造价高，尤其是需要模拟大功率电池组件的场合，投资更大，维护更困难。

第二类，电源类太阳电池模拟器分两种，第一种是借助一般程控电源的恒压、恒流、恒功率输出特性，通过计算机接口和程控软件完成对电源输出工作点的控制，使其输出电压和电流值落在需要模拟的太阳能伏安特性曲线上，这种模拟器的缺点是，系统复杂，成本高，计算机检测到工作点偏离曲线后需要一个时间周期才能将工作点调整到曲线上来，这个时间周期有时会与上述匹配电路的工作特性发生冲突，不能很好地实现伏安特性的模拟，尤其不能满足那种工作在开关模式或者脉冲模式的设备。第二种，是专用程控电源，同样都是程控，但它是借助快速的可编程数字器件在输出端实时地调整电源的输出工作点，使其工作在需要模拟的特性曲线上，免除了CPU处理时间、上下位计算机通讯时间和程控软件计算时间，这种专用电源把调整时间周期大幅度缩减了，但是可编程数字器件、AD转换、DA转换也需要响应时间，所以，它只是拓展了适用范围，并没有实质性改变，再有的缺点就是系统复杂，造价高，功率不易做大。

发明内容：

本发明的目就是为了克服传统模拟器系统复杂，造价高，功率不易做大、维护困难的缺点，利用恒压电源的输出特性，串联一个可变电阻网络来实现一种低成本的快速响应的多段近似太阳能电池伏安特性模拟器。

为实现本发明的目的，提出了以下技术解决方案：

 一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置，由程控电源单元、放电回路控制单元和参考电压设置单元组成；

程控电源单元能够设置输出电压并送给放电回路控制单元；

参考电压设置单元能够调整最大输出电流值给放电回路控制单元；