CN104076313A - 太阳模拟器电子负载箱在线校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，用于在线校准太阳模拟器电子负载箱的电流、电压、功率的测量准确度，包括光伏组件(1)、Y型三通连接器(2)、快速数据采集器(3)、霍尔闭环电流传感器(4)和计算机(5)。该在线校准装置检测所得信号是快速数据采集器(3)采集的信号，一个信号是经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个信号是光伏组件(1)输出的电压信号，这两个信号经快速数据采集器(3)进行AD转换后输出给计算机(5)，由计算机(5)显示数据曲线。利用本发明，解决了瞬态条件下校准太阳模拟器电子负载箱的技术难点，并同时校准电流、电压、功率测量准确度，实现IV曲线的校准。
Description
技术领域
本发明涉及太阳模拟器电子负载箱校准技术领域，具体涉及一种太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，用于在线校准太阳模拟器电子负载箱的电流、电压、功率的测量准确度。
背景技术
太阳模拟器是模拟自然太阳光谱和辐照度的一种光源设备，通常由光源和电源、光学部件和滤光片、控制操作***、电子负载箱等组成。与真实太阳相比，太阳模拟器具有稳定性强、不受天气变化影响等优点。电子负载箱作为太阳模拟最为核心的部件被普遍应用于光伏组件及太阳电池光电性能(如短路电流、开路电压、最大功率、转换效率、填充因子等)的测试，其性能的优劣决定了光伏组件及太阳电池光电性能测量的准确性，并直接影响到组件贸易结算过程中的经济利益及最终光伏电站的实际应用及评估。国内外市场现有太阳模拟器电子负载箱性能良莠不齐，在很大程度上存在对光伏组件功率测量结果的误判。为了保证其测量的准确性，必须对太阳模拟器电子负载箱进行校准。
现对太阳模拟器电子负载箱的校准大多需要将电子负载箱拆离模拟器，然后寄至计量认证机构进行校准，且周期较长，在很大程度上降低了太阳模拟器的利用效率，影响了光伏企业的产能。并且，离线校准通常采用稳压源和稳流源作为信号输入，分别测试电子负载箱电流、电压的测量准确度，与实际应用过程中多为瞬态采集的取样模式存在不同，可能会引入测量误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，以解决瞬态条件下校准太阳模拟器电子负载箱的技术难点，并同时校准电流、电压、功率测量准确度，实现IV曲线的校准。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，该装置包括光伏组件1、Y型三通连接器2、快速数据采集器3、霍尔闭环电流传感器4和计算机5，其中：
光伏组件1，由多个太阳电池片以阵列形式构成，正面面向太阳模拟器光源，为该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电压和电流信号源；
Y型三通连接器2，采用非屏蔽电缆构成，一端为双通道接口，另一端为单通道接口，将光伏组件1分别与快速数据采集器3和待校准的太阳模拟器电子负载箱6匹配对接；
快速数据采集器3，包含多个数据采集端口，每个数据采集端口对应一个通道，检测时选用其中的任意两个通道，一个通道采集经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个通道采集光伏组件1输出电压信号，对采集的这两种信号进行AD转换，输出给计算机5；
霍尔闭环电流传感器4，通过同轴电缆与快速数据采集器3匹配连接，对该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电流测试，对所采得的来自光伏组件1的电流信号进行I-V转换，转换后得到的电压信号通过同轴电缆输出给快速数据采集器3的某一个通道；
计算机5，采用USB端口分别连接于快速数据采集器3和霍尔闭环电流传感器4，对接收自快速数据采集器3的信号以数据曲线进行显示，为霍尔闭环电流传感器4提供工作电源。
上述方案中，所述Y型三通连接器2中，双通道接口包括第一通道接口a和第二通道接口b，第一通道接口a与待校准的太阳模拟器电子负载箱6匹配对接，第二通道接口b通过同轴电缆与快速数据采集器3的某一通道匹配连接；单通道接口为第三通道接口c，与光伏组件1的引线接口匹配对接。
上述方案中，所述快速数据采集器3在采集信号前经过标定。
上述方案中，所述霍尔闭环电流传感器4的灵敏度KH经过标定，灵敏度KH等于输出电压与输入电流比。
上述方案中，所述霍尔闭环电流传感器4与快速数据采集器3之间采用同轴电缆连接，该同轴电缆的两端均有一接头。
上述方案中，所述计算机5中的一个USB端口与霍尔闭环电流传感器4电源端口连接，为其提供工作电源。
上述方案中，所述计算机5中的一个USB端口与快速数据采集器3连接，对接收自快速数据采集器3的信号以数据曲线进行显示。
上述方案中，该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置检测所得信号是快速数据采集器3采集的信号，一个信号是经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个信号是光伏组件1输出的电压信号，这两个信号经快速数据采集器3进行AD转换后输出给计算机5，由计算机5显示数据曲线。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，采用双通道或多通道信号采集，能够实现太阳模拟器电子负载箱电流、电压、功率测量准确度的同时校准，解决了瞬态条件下校准太阳模拟器电子负载箱的技术难点。
2、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，可实现太阳模拟器电子负载箱测量准确度的在线校准，极大地减小了校准周期，不影响太阳模拟器的实际应用，不影响光伏企业的实际应用。
3、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，可实现太阳模拟器电子负载箱测量IV曲线的校准。
4、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，基于瞬态模式下进行校准，与太阳模拟器电子负载箱实际应用条件一致。
5、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，结构简单，便于携带和安装，能很好满足光伏企业和检测机构的现场检测和计量需求。
6、本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，对瞬态和稳态太阳模拟器，包括组件测试仪、太阳电池片分选机等，均适用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明的结果和特征作进一步的详细描述，其中：
图1是依照本发明实施例的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置的示意图。
图2是利用图1所示太阳模拟器电子负载箱在线校准装置测得电流、电压、功率随时间的变化关系。
图3是利用图1所示太阳模拟器电子负载箱在线校准装置测得校准IV曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1所示，图1是依照本发明实施例的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置的示意图，用于在线校准太阳模拟器电子负载箱6的电流、电压、功率的测量准确度，该装置包括光伏组件1、Y型三通连接器2、快速数据采集器3、霍尔闭环电流传感器4和计算机5，其中：
光伏组件1，由多个太阳电池片以阵列形式构成，正面面向太阳模拟器光源，为该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电压和电流信号源；在实际应用中，可根据待测的电子负载箱6的测试量程来选取该光伏组件提供的电压值或电流值。
Y型三通连接器2，采用非屏蔽电缆构成，一端为双通道接口，另一端为单通道接口，将光伏组件1分别与快速数据采集器3和待校准的太阳模拟器电子负载箱6匹配对接；其中，双通道接口包括第一通道接口a和第二通道接口b，第一通道接口a与待校准的太阳模拟器电子负载箱6匹配对接，第二通道接口b通过同轴电缆与快速数据采集器3的某一通道匹配连接；单通道接口为第三通道接口c，与光伏组件1的引线接口匹配对接。在实际应用中，该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置中Y型三通连接器的个数可以为一个，也可以为多个，图1所示Y型三通连接器的个数为两个。
快速数据采集器3，该数据采集器在采集信号前经过标定，包含多个数据采集端口，每个数据采集端口对应一个通道，检测时选用其中的任意两个通道，一个通道采集经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个通道采集光伏组件1输出电压信号；该快速数据采集器3对采集的上述两种信号进行AD转换，输出给计算机5，由计算机5显示数据曲线。
霍尔闭环电流传感器4，通过同轴电缆与快速数据采集器3匹配连接，对该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电流测试，对所采得的来自光伏组件1的电流信号进行I-V转换，转换后得到的电压信号通过同轴电缆输出给快速数据采集器3的某一通道。该霍尔闭环电流传感器的灵敏度KH经过标定，灵敏度KH等于输出电压与输入电流比。所述霍尔闭环电流传感器4与快速数据采集器3之间采用同轴电缆连接，该同轴电缆的两端均有一接头。
计算机5，采用USB端口分别连接于快速数据采集器3和霍尔闭环电流传感器4，其中一个USB端口与霍尔闭环电流传感器4电源端口连接，为其提供工作电源；一个USB端口与快速数据采集器3连接，对接收自快速数据采集器3的信号以数据曲线进行显示。
该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置检测所得信号即快速数据采集器3采集的信号，一个信号是经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个信号是光伏组件1输出的电压信号，这两个信号经快速数据采集器3进行AD转换后输出给计算机5，由计算机5显示数据曲线。
在检测的准备过程中，根据太阳模拟器电子负载箱校准量程，选择合适的光伏组件作为太阳模拟器电子负载箱及计量装置的电流和电压信号源，待其温度稳定后，将其置于测试面内，正面正对太阳模拟器光源。记录霍尔闭环电流传感器输出零点电压值V0。将Y型三通连接器的其中一根穿过霍尔闭环电流传感器穿孔穿芯圆孔，用于该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置电流信号的测量。
对光伏组件1进行辐照，利用太阳模拟器电子负载箱测量其IV特性，包括电压、电流随时间的变化曲线，同时利用快速数据采集器3取样信号输出，测得光伏组件1输出电压V和霍尔电流传感器副边输出电压V1随时间的变化曲线。将公式电流I＝(V1-V0)/KH和功率P＝V·I内嵌入快速数据采集器3软件处理程序，进行运算并输出相应结果。得到光伏组件1输出电流(霍尔电流传感器原边输入电流)I、输出电压V、输出功率P随采样时间的变化曲线。取样同一时间点处太阳模拟器电子负载箱测量电流、电压、功率与该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置电流、电压、功率测量值进行比较，得到此量程下的校准结果。通过取样不同时间点(对应不同电流、电压、功率量程)，实现太阳模拟器电子负载箱测量电流、电压、功率准确度的多量程校准。
考虑实际应用的情况，开路电压(Voc)(输出电流为0时的电压值)、短路电流(Isc)(输出电压为0时的电流值)、最大输出功率(Pm)及其对应的电压值(Vm)、电流值(Im)是评价光伏组件性能最为关键的光电参量，故一般太阳模拟器电子负载箱测量准确度的校准只针对以上5个参数。优选地，重复进行5次测试，取平均值作为最终校准结果。
测试实例
如下是采用本发明提供的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，对某光伏企业生产测试所用的瞬态太阳模拟器电子负载箱电压、电流、功率测量准确度进行校准。
通过标定得到霍尔电流传感器灵敏度KH＝0.200175V/A。用快速数据采集器测量霍尔闭环电流传感器零点电压V0＝2.507V。选取标称功率Pm＝230W，短路电流Isc＝8.4A，开路电压Voc＝37.0V的单晶硅光伏组件作为电压、电流信号源，待其与周围环境热交换温度稳定后，将其置于测试面内，正面面对模拟器光源。依照附图1连接各接口引线，触发太阳模拟器脉冲闪光，利用太阳模拟器电子负载箱及该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置同时采集光伏组件输出IV特性。记录太阳模拟器电子负载箱测得开路电压Vocm、短路电流Iscm、最大输出功率Pmm及其对应的电压值Vmm、电流值Imm。利用快速数据采集器3取样信号输出，测得光伏组件输出电压Vc和霍尔电流传感器副边输出电压V1随时间的变化曲线。将公式电流Ic＝(V1-V0)/KH和功率Pc＝Vc·Ic内嵌入快速数据采集器3软件处理程序，进行运算并输出相应结果，得到光伏组件输出电流Ic、输出电压Vc、输出功率Pc随采样时间的变化曲线，如附图2所示。以Vc为横坐标，各相同时间点对应的Ic、Pc为纵坐标作图，得到所校准IV特性曲线，如附图3所示。取Vc＝0时对应的Ic为短路电流校准值Iscc，取Ic＝0时对应的Vc为开路电压校准值Vocc，取Pc的最大值为最大功率校准值Pmc，对应的电压、电流分别为Vmc、Imc。
重复以上测试过程5次，分别计算Vocm、Iscm、Pmm、Imm、Vmm、Vocc、Iscc、Pmc、Imc、Vmc的平均值，进而得到开路电压修正因子(Vocc/Vocm)、短路电流修正因子(Iscc/Iscm)、最大功率修正因子(Pmc/Pmm)、最大功率对应电流修正因子(Imc/Imm)、最大功率对应电压修正因子(Vmc/Vmm)的校准结果，如表1所示，表1是利用图1所示太阳模拟器电子负载箱在线校准装置校准太阳模拟器电子负载箱测量准确度的校准结果。
表1
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，该装置包括光伏组件(1)、Y型三通连接器(2)、快速数据采集器(3)、霍尔闭环电流传感器(4)和计算机(5)，其中：
光伏组件(1)，由多个太阳电池片以阵列形式构成，正面面向太阳模拟器光源，为该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电压和电流信号源；
Y型三通连接器(2)，采用非屏蔽电缆构成，一端为双通道接口，另一端为单通道接口，将光伏组件(1)分别与快速数据采集器(3)和待校准的太阳模拟器电子负载箱(6)匹配对接；
快速数据采集器(3)，包含多个数据采集端口，每个数据采集端口对应一个通道，检测时选用其中的任意两个通道，一个通道采集经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个通道采集光伏组件(1)输出电压信号，对采集的这两种信号进行AD转换，输出给计算机(5)；
霍尔闭环电流传感器(4)，通过同轴电缆与快速数据采集器(3)匹配连接，对该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置提供电流测试，对所采得的来自光伏组件(1)的电流信号进行I-V转换，转换后得到的电压信号通过同轴电缆输出给快速数据采集器(3)的某一个通道；
计算机(5)，采用USB端口分别连接于快速数据采集器(3)和霍尔闭环电流传感器(4)，对接收自快速数据采集器(3)的信号以数据曲线进行显示，为霍尔闭环电流传感器(4)提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述Y型三通连接器(2)中，双通道接口包括第一通道接口a和第二通道接口b，第一通道接口a与待校准的太阳模拟器电子负载箱(6)匹配对接，第二通道接口b通过同轴电缆与快速数据采集器(3)的某一通道匹配连接；单通道接口为第三通道接口c，与光伏组件(1)的引线接口匹配对接。
3.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述快速数据采集器(3)在采集信号前经过标定。
4.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述霍尔闭环电流传感器(4)的灵敏度KH经过标定，灵敏度KH等于输出电压与输入电流比。
5.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述霍尔闭环电流传感器(4)与快速数据采集器(3)之间采用同轴电缆连接，该同轴电缆的两端均有一接头。
6.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述计算机(5)中的一个USB端口与霍尔闭环电流传感器(4)电源端口连接，为其提供工作电源。
7.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，所述计算机(5)中的一个USB端口与快速数据采集器(3)连接，对接收自快速数据采集器(3)的信号以数据曲线进行显示。
8.根据权利要求1所述的太阳模拟器电子负载箱在线校准装置，其特征在于，该太阳模拟器电子负载箱在线校准装置检测所得信号是快速数据采集器(3)采集的信号，一个信号是经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，另一个信号是光伏组件(1)输出的电压信号，这两个信号经快速数据采集器(3)进行AD转换后输出给计算机(5)，由计算机(5)显示数据曲线。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107219800A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-29 | 安徽大恒能源科技有限公司 | 一种光伏组件监控产品自动配置***及方法 |
| CN110868156A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-06 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 | 一种分段测量高效太阳能组件功率的方法 |
| CN115373321A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-11-22 | 中国人民解放军96963部队 | 多路星模拟器检定装置 |
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