CN109298366A - 一种太阳能电池iv曲线测量仪校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，包括外壳和校准***，其特征在于，所述校准***设置在外壳内部，所述外壳设有显示单元、设置单元、输出单元和通信接口，所述校准***包括主板、电压发生模块、电流发生模块、***控制模块和通信控制模块，所述主板与电源连接，所述电压发生模块、电流发生模块、***控制模块和通信控制模块集成在所述主板上；本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置集成度高，稳定性强，便于携带，操作方便，适用于多种校准仪器；并且具有较高的稳定性、低纹波系数和较强的带载能力，能够大幅度提高待检验仪器电压和电流值的数据采集和测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及校准装置技术领域，特别涉及一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置。
背景技术
目前，世界上85％以上的能源需求都是来自于石油、煤炭和天然气等不可再生能源的燃烧，这不仅导致了能源紧缺，还造成了严重的温室效应、酸雨、全球污染等严重的环境问题。由于现代工业化的迅猛发展，预计到2050年，全球消耗的能源总量要比现如今的能源消耗量增加大约15亿瓦，未来社会的进步与发展深深依赖于清洁、廉价和丰富能源的获取。在各种可再生能源中，太阳能与风能、潮汐、水能等其他的能源相比，具有不受地域、季节限制，无污染，利用成本低等优势，且产能巨大。如何将太阳能高效地利用起来成为了全世界科研学者们长期努力寻求突破的课题。
利用太阳能的几种主要方式是太阳辐射能的光热、光电和光化学转换。其中，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应(简称光伏效应)直接将光能转变为电能的技术，是最方便的利用太阳能的方法之一。太阳能电池就是利用材料的光伏效应产生电能的器件。
太阳能电池的性能好坏，主要是看其将太阳能转换成电能效率的高低。为了测试表征太阳能电池的性能，常用的测试仪器是太阳能电池IV曲线测量仪。将太阳能电池放置在适当的光照强度下(通常由太阳光模拟器提供光强)，电池两级的电流信号随电压信号的变化关系，经过数据采集和处理被检测出来，用于分析太阳能电池性能的主要参数有开路电压、短路电流、填充因子、串并联电阻和转换效率等。电压值和电流值的采集是否准确，关系到对电池能效的处理分析是否准确。然而目前太阳能电池IV曲线测量仪并没有统一的校准装置；且传统的稳压电源无法满足太阳能电池IV曲线测量仪所需求的测量精度，因此无法对测量仪器的量值进行准确的传递和溯源，因此，急需开发一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置。
本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，包括外壳和校准***，其特征在于，所述校准***设置在外壳内部，所述外壳设有显示单元、设置单元、输出单元和通信接口，所述校准***包括主板、电压发生模块、电流发生模块、***控制模块和通信控制模块，所述主板与电源连接，所述电压发生模块、电流发生模块、***控制模块和通信控制模块集成在所述主板上；所述外壳底部还设有支脚和防滑垫。
进一步地，所述显示单元包括电压显示单元和电流显示单元，所述设置单元包括按键和旋钮，所述输出单元包括电压输出单元和电流输出单元，所述通信接口为USB通信接口和/或光纤通信接口。
更进一步地，所述外壳还设有输出控制按键，所述输出控制按键用于控制所述输出单元连通或断开。
具体地，所述外壳设有指示灯，所述指示灯用于指示所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置工作状态；例如，指示所述太阳能电池IV曲线测量仪处于工作状态还是关闭状态，处于电压输出状态还是电流输出状态，以及指示使用者进行下一步操作及问题分析。
优选地，所述外壳设有电源开关和散热孔；所述电压发生模块、电流发生模块、***控制模块和通信控制模块都集成在所述主板上，散热孔用于散热，减轻校准装置长时间运行带来的负担，保护内部校准***。
进一步地，所述电压发生模块包括电压调整管、电压采样电阻、电压误差放大器和过压保护元件。
更进一步地，所述电流发生模块包括电流调整管、反向电流保护模块、电流采样电阻、电流误差放大器和过流保护元件。
进一步地，所述校准***还包括通信接口转换模块；所述通信接口转换模块用于辅助所述通信控制模块，所述通信接口转换模块用于辅助本发明所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置和被校验仪器之间链接的建立。
优选地，所述主板还集成有旋转编码器，所述旋转编码器连接有基准电路模块，所述旋转编码器用于调节电压输出和电流输出。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，具有较高的准确度等级、稳定性、低纹波系数和较强的带载能力，极大的提高了数据测量的精确性。
2)本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，集成度高，可以直接通过所述通信控制模块与被校验仪器进行链路连接，通过所述输出单元和通信接口进行数据传输和储存，人为因素少，且操作方便。
3)本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，集成度高，稳定性强，便于携带，适用于多种待校准仪器和场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置结构示意图(正视图)；
图2是本发明实施例提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置结构示意图(后视图)；
图3是本发明实施例提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置其校准装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种太阳光电池IV曲线测量仪校准装置其工作原理图；
图中：1-外壳，2-显示单元，21-电压显示单元，22-电流显示单元，3-设置单元，4-输出单元，41-电压输出单元，42-电流输出单元，43-输出控制按键，5-通信接口，6-主板，7-电压发生模块，71-电压调整管，72-电压采样电阻，73-电压误差放大器，74-过压保护元件，8-电流发生模块，81-电流调整管，82-反向电流保护模块，83-电流采样电阻，84-电流误差放大器，85-过流保护元件，9-***控制模块，10-通信控制模块，11-通信接口转换模块，12-电源开关，13-散热孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1至图3，本实施例提供一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，包括外壳1和校准***，其特征在于，所述校准***设置在外壳1内部，所述外壳1设有显示单元2、设置单元3、输出单元4和通信接口5，所述校准***包括主板6、电压发生模块7、电流发生模块8、***控制模块9和通信控制模块10，所述主板6与电源连接，所述电压发生模块7、电流发生模块8、***控制模块9和通信控制模块10集成在所述主板6上；所述电压发生模块7和电流发生模块8分别用于产生电压和电流，所述***控制模块9用于将设置单元3设置的电压值和电流值分别传递到电压发生模块7和电流发生模块8，再将产生的电压和电流从显示单元2显示出来，所述通信控制模块10用于与被校验仪器进行链路连接。
所述显示单元2包括电压显示单元21和电流显示单元22，所述设置单元3包括按键和旋钮，所述输出单元4包括电压输出单元41和电流输出单元42，所述通信接口5为USB通信接口51和/或光纤通信接口52。
所述外壳1还设有输出控制按键43，所述输出控制按键43用于控制所述输出单元4连通或断开。
所述外壳1设有指示灯；所述指示灯用于指示所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置的工作状态，还可以指示使用者进行下一步操作或对出现的故障进行排查。
优选地，所述外壳1设有电源开关12和散热孔13；所述散热孔13用于对集成在外壳内部的各模块进行降温，降低其长时间处于工作状态的负担。
所述电压发生模7块包括电压调整管71、电压采样电阻72、电压误差放大器73和过压保护元件74；所述电压发生模块7根据所述设置单元3设置的电压值产生相应的电压。
所述电流发生模块8包括电流调整管81、反向电流保护模块82、电流采样电阻83、电流误差放大器84和过流保护元件85；所述电流产生模块8根据所述设置单元3设置的电流值产生相应的电流，所述反向电流保护模块82用于保护所述电流发生模块8不被被检验的仪器产生的反向电流损坏。
所述校准***还包括通信接口转换模块11；所述通信接口转换模块11用于辅助所述通信控制模块10，所述通信接口转换模块11用于辅助所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置和被校验仪器之间链接的建立。
所述主板6还集成有旋转编码器，所述旋转编码器与基准电路电性连接，所述旋转编码器用于调节电压输出和电流输出。
为进一步对本发明所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置进行清楚、完整地介绍，下面将结合图4对其工作原理及操作步骤进行说明：
工作原理：
由所述通信控制模块10模拟一次太阳能电池的充放电过程并生成一个信令编码，该信令编码通过通信接口5发送至待校验的仪器，使得被检仪器进入备检状态；被检仪器再反馈一个等待检测的信令回通信控制模块10，通信控制模块10接收到此信令后，所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置与被校仪器之间的通讯才建立完成。
电压发生模块7和电流发生模块8的工作原理：
电压输出端连接上负载后，电压采样电阻72获得输出电压，并将此电压与基准电路模块的基准电压进行比较。若输出电压小于基准电压，则将误差值经电压误差放大器73送至电压调整管71的输入端，通过电压调整管71使输出电压增加，直至输出电压和基准电压相等；若输出电压大于基准电压，则通过电压调整管71使得输出电压减小，直至输出电压和基准电压相等。
电流发生模块8的工作原理与所述电压发生模块7的工作原理类似，电流采样电阻83获得输出电流，并将此电流与基准电路模块的基准电流进行比较。将比较得到的误差值经电流误差放大器84送至电流调整管81的输入端，通过电流调整管81使输出电流增加或减小，直至输出电流和基准电流相等。
需要说明的是，被校验的太阳能电池IV曲线测量仪在测试时会产生一个反向电流，对此，在电流产生模块8中设有反向电流保护模块82，当被校验的太阳能电池IV曲线测量仪产生的反向电流大于反向电流保护模块82的额定保护限度时，反向电流保护模块82会自动打开，同时会控制所述校准***立即切断正在输出的电流信号；反向电流保护模块82用于保护校准***，防止其损坏。
操作步骤：
S1；将本发明所述的一种太阳能IV曲线测量仪校准装置和待校验的太阳能IV曲线测量仪水平放置在工作台上，连接电源线给校准装置供电，通过通信接口5将待校验的仪器与所述太阳能IV曲线测量仪校准装置相连，建立通讯链路；
S2：将所述电压输出单元41与待校验的太阳能IV曲线测量仪的电压输入接口相连接，所述电流输出单元42与太阳能IV曲线测量仪的电流输入接口相连接；
S2：从所述设置单元3设置所需的电压值和/或电流值，按下所述输出控制按键43，使得输出通道连通；
S3：所述***控制模块9读取设置的电压值和/或电流值，传递给所述电压发生模块7和/或电流发生模块8，所述电压发生模块7和/或电流发生模块8产生相应的电压和/或电流；
S4：所述***控制模块9将电压值和/或电流值通过显示单元2显示出来，并通过输出接口4将电压值和/或电流值输出给被校验的太阳能IV曲线测量仪；
S5：读取被校验的太阳能IV曲线测量仪显示屏上显示的电压值或电流值，记录并分析。
采用本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置进行校验，得到的结果如下：
表1电压校验
表2电流校验
从表1和表2中的数据来看，本发明提供的一种太阳能电池IV曲线测量仪测量精度高、带载能力强，极大的提高了太阳能电池测试的精确性，对太阳能电池的科研分析、生产有着重大意义。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (9)
1.一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，包括外壳(1)和校准***，其特征在于，所述校准***设置在外壳(1)内部，所述外壳(1)设有显示单元(2)、设置单元(3)、输出单元(4)和通信接口(5)，所述校准***包括主板(6)、电压发生模块(7)、电流发生模块(8)、***控制模块(9)和通信控制模块(10)，所述主板(6)与电源电性连接，所述电压发生模块(7)、电流发生模块(8)、***控制模块(9)和通信控制模块(10)集成在所述主板(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述显示单元(2)包括电压显示单元(21)和电流显示单元(22)，所述设置单元(3)包括按键和旋钮，所述输出单元(4)包括电压输出单元(41)和电流输出单元(42)，所述通信接口(5)为USB通信接口和/或光纤通信接口。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述外壳(1)还设有输出控制按键(43)，所述输出控制按键(43)用于控制所述输出单元(4)连通或断开。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述外壳(1)设有指示灯，所述指示灯用于指示所述太阳能电池IV曲线测量仪校准装置的工作状态。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述外壳(1)设有电源开关(12)和散热孔(13)。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述电压发生模块(7)包括电压调整管(71)、电压采样电阻(72)、电压误差放大器(73)和过压保护元件(74)。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述电流发生模块(8)包括电流调整管(81)、反向电流保护模块(82)、电流采样电阻(83)、电流误差放大器(84)和过流保护元件(85)。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述校准***还包括通信接口转换模块(11)。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能电池IV曲线测量仪校准装置，其特征在于，所述主板(6)还集成有旋转编码器，所述旋转编码器用于调节电压输出和电流输出。
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