CN204788900U - 太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置 - Google Patents

太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，用于检测太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性，包括封装单晶硅电池片、热电偶传感器、电流连接线、霍尔闭环电流传感器控温台、多通道快速数据采集器和计算机。该装置检测所得信号是快速数据采集器采集的信号，一个信号是封装单晶硅电池片背面热电偶传感器输出的电压信号，一个信号是封装单晶硅电池片短路电流经霍尔闭环电流传感器I-V转换后所得电压信号，这两个信号经快速数据采集器进行AD转换后输出给计算机，由计算机显示数据曲线。利用本实用新型，解决了极短脉冲条件下检测太阳模拟器辐照度的技术难点，并可实现对太阳模拟器辐照不均匀性和不稳定性进行检测。

Description

太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置
技术领域
本实用新型涉及太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性技术领域，具体涉及一种太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，用于检测太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性。
背景技术
在光伏发电***中光伏组件是最为核心的发电单元，其光电转换特性，如短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、最大功率(Pmax)、转换效率(η)、填充因子(FF)等，是最为关键的性能指标。而且，最大功率参数还是贸易流通的结算单元和光伏电站设计评估的最关键量值。光伏组件光电转换特性的测量准确性直接影响到光伏企业的经济效益和光伏电站的实际运营。目前光伏组件的光电性能测量基本都是基于太阳模拟器代替真实太阳进行模拟照射并利用电子负载箱获取其光电转换特性。
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。其普遍应用于太阳电池电性能测试、光老化实验、热斑耐久实验等项目。另外，在其他领域，如：卫星的热平衡试验、植物发育和良种培育、材料的耐辐照老化和高分子的固化测试等也有广泛应用。
光伏组件的光电性能测试需要满足标准测试(STC)条件，即：温度25℃，AM1.5G光谱，1000W/m2辐照度。其中，1000W/m2辐照度的标定难度最大，其对最终测试结果影响也最大。另外，太阳模拟器的辐照均匀性和稳定性，即国际标准IEC60904-9:2006太阳能模拟器性能要求中所规定的辐照不均匀度及辐照不稳定度，也是影响光伏组件光电性能测试结果的主要原因。
先前报道的太阳模拟器辐照均匀性和稳定性检测装置是将负载电阻串联于太阳电池片电流回路中，通过测量其两端电压近似正比于太阳电池片短路电流，然后利用太阳电池短路电流与太阳模拟器辐照度成正比的关系得到太阳模拟器辐照均匀性和稳定性。考虑信号采集装置的测量精度，电路中的串联电阻阻值不能过小，由此导致回路电流会略小于太阳电池短路电流，即无法真实利用太阳电池短路电流与太阳模拟器辐照度成正比关系，存在数值近似，会影响太阳模拟器辐照均匀性和稳定性的检测结果的准确性。另外，由于串联电阻的影响，先前报道装置无法对太阳模拟器辐照度绝对值关键参数进行定标。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，以解决瞬态条件下准确检测太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性的技术难点。
(二)技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供了一种太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，该装置包括封装单晶硅电池片1、热电偶传感器2、电流连接线3、霍尔闭环电流传感器4、控温台5、多通道快速数据采集器6和计算机7，其中：
封装单晶硅电池片1，是由经过老化处理的单晶硅电池片封装后得到，其正面面向太阳模拟器光源；
热电偶传感器2，贴于封装单晶硅电池片1背面，以测量封装单晶硅电池片1的温度，并通过同轴电缆与多通道快速数据采集器6匹配连接；
电流连接线3，采用非屏蔽铜导线，穿过霍尔闭环电流传感器4，并短接封装单晶硅电池片1的正负极；
霍尔闭环电流传感器4，通过同轴电缆与多通道快速数据采集器6匹配连接，对该太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置进行电流测试；
控温台5，置于封装单晶硅电池片1背部，采用电学控温模式使封装单晶硅电池片1温度维持恒定；
多通道快速数据采集器6，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；
计算机7，具有多个USB端口，采用USB端口分别连接于多通道快速数据采集器6和霍尔闭环电流传感器4。
上述方案中，所述封装单晶硅电池片1在标准测试条件(STC)下的短路电流值Iscc经过标定，且其短路电流与太阳模拟器辐照度成正比关系。
上述方案中，所述电流连接线3，采用横截面积大、长度短、导电性能好的非屏蔽铜导线。
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，且其灵敏度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对所采得的来自封装单晶硅电池片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多通道快速数据采集器6的某一个通道。
上述方案中，连接所述霍尔闭环电流传感器4与多通道快速数据采集器6之间的同轴电缆，其两端均有一接头。
上述方案中，所述控温台5采用电学控温模式使封装单晶硅电池片1温度维持恒定，是使封装单晶硅电池片1温度维持在25℃。
上述方案中，所述多通道快速数据采集器6在采集信号前经过标定。
上述方案中，所述多通道快速数据采集器6检测时选用其中的任意两个通道，其中一个通道采集封装单晶硅电池片1背面热电偶传感器2输出的电压信号，其中另一个通道采集封装单晶硅电池片1短路电流经霍尔闭环电流传感器4I-V转换后所得电压信号，对采集的这两种信号进行AD转换，输出给计算机7，由计算机7显示数据曲线。
上述方案中，所述计算机7的一个USB端口与霍尔闭环电流传感器4电源端口连接，为霍尔闭环电流传感器4提供工作电源；所述计算机7的一个USB端口与快速数据采集器6连接，对接收自快速数据采集器6的信号以数据曲线进行显示。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，采用霍尔电流传感器代替串联电阻进行信号转换采集的方式，实现了太阳电池短路电流的准确测试，进而解决了瞬态脉冲条件下检测太阳模拟器辐照度的技术难点。
2、本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，应用于太阳电池片短路电流状态，提高了太阳模拟器均匀性和稳定性的测量准确度。
3、本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，引入太阳电池控温、测温单元，解决了太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性测试过程中电池片温度变化对测量结果的影响。
4、本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，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。
5、本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，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实用新型的结果和特征作进一步的详细描述，其中：
图1是依照本实用新型实施例的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置的结构示意图。
图2是利用图1所示太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置测试太阳模拟器辐照度随时间的变化情况示意图。
图3是利用图1所示太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置检测太阳模拟器的辐照稳定性数据曲线示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。
请参阅图1所示，图1是依照本实用新型实施例的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置的结构示意图，该装置用于检测太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性，包括封装单晶硅电池片1、热电偶传感器2、电流连接线3、霍尔闭环电流传感器4、控温台5、多通道快速数据采集器6和计算机7，其中：
封装单晶硅电池片1，是由经过老化处理的单晶硅电池片封装后得到，其正面面向太阳模拟器光源；封装单晶硅电池片1在标准测试条件(STC)下的短路电流值Iscc经过标定，且其短路电流与太阳模拟器辐照度成正比关系。
热电偶传感器2，贴于封装单晶硅电池片1背面，以测量封装单晶硅电池片1的温度，并通过同轴电缆与多通道快速数据采集器6匹配连接。
电流连接线3，采用横截面积大、长度短、导电性能好的非屏蔽铜导线，穿过霍尔闭环电流传感器4，并短接封装单晶硅电池片1的正负极。
霍尔闭环电流传感器4，通过同轴电缆与多通道快速数据采集器6匹配连接，对该太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置进行电流测试；霍尔闭环电流传感器4的灵敏度KH经过标定，且其灵敏度KH等于输出电压与输入电流比；霍尔闭环电流传感器4对所采得的来自封装单晶硅电池片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多通道快速数据采集器6的某一个通道；其中，连接霍尔闭环电流传感器4与多通道快速数据采集器6之间的同轴电缆，其两端均有一接头。
控温台5，置于封装单晶硅电池片1背部，采用电学控温模式使封装单晶硅电池片1温度维持恒定，一般情况下是使封装单晶硅电池片1温度维持在25℃左右。
多通道快速数据采集器6，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，其中一个通道采集封装单晶硅电池片1背面热电偶传感器2输出的电压信号，其中另一个通道采集封装单晶硅电池片1短路电流经霍尔闭环电流传感器4I-V转换后所得电压信号，对采集的这两种信号进行AD转换，输出给计算机7，由计算机7显示数据曲线。多通道快速数据采集器6在采集信号前经过标定。
计算机7，具有多个USB端口，采用USB端口分别连接于多通道快速数据采集器6和霍尔闭环电流传感器4；计算机7中的一个USB端口与霍尔闭环电流传感器4电源端口连接，为霍尔闭环电流传感器4提供工作电源；计算机7中的另一个USB端口与快速数据采集器6连接，对接收自快速数据采集器6的信号以数据曲线进行显示。
在采用本实用新型实施例提供的检测装置对太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性进行检测的准备过程中，首先根据IEC60904-9:2006，将太阳模拟器的有效辐照面均等划分为若干个区域，每个细分区域的有效受光面积不得大于400cm2，区域的个数由太阳模拟器总的有效辐照面积所决定，一般不能少于64个；通过快速数据采集器6采集热电偶传感器2的输出电压，并比对热电偶分度表得到封装单晶硅电池片1的温度，逐渐调整控温台温度，直至太阳电池片温度维持在25℃。
以下分别对检测太阳模拟器辐照均匀性和稳定性进行详细描述。
1、辐照均匀性检测：
将封装单晶硅电池片1置于测试面第一个细分区域内，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。对封装单晶硅电池片1进行辐照，利用快速数据采集器6取样霍尔电流传感器副边输出电压V1随时间的变化曲线。将公式短路电流Iscm＝(V1-V0)/KH和辐照度E＝Iscm/Iscc×1000内嵌入快速数据采集器6软件处理程序，进行运算并输出辐照度随时间的变化曲线，选取脉冲闪光过程中光电特性曲线测量时间内辐照度信号的平均值作为此区域的辐照度测量值。在各区域依次移动封装单晶硅电池片1的位置，得到各区域辐照度的测量结果，分别选取其中的最大值Emax和最小值Emin，通过如下公式计算太阳模拟器辐照不均匀度。
不均匀度(％)＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)×100％(1)
2、辐照稳定性检测：
将封装单晶硅电池片1置于测试面内任一位置，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。对封装单晶硅电池片1进行辐照，利用快速数据采集器6取样霍尔电流传感器副边输出电压V1随时间的变化曲线。将公式短路电流Iscm＝(V1-V0)/KH和辐照度E＝Iscm/Iscc×1000内嵌入快速数据采集器6软件处理程序，进行运算并输出辐照度随时间的变化曲线。选取光电特性曲线测试时间范围内辐照度的最大值Emax和最小值Emin，通过如下公式计算太阳模拟器辐照不稳定度。
不稳定度(％)＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)×100％(2)
测试实例
如下是采用本实用新型提供的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，对某光伏企业生产测试所用的瞬态太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性的检测情况。
通过标定得到封装太阳电池片短路电流Iscc＝8.52A，霍尔电流传感器灵敏度KH＝0.2V/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＝2.5V。将公式短路电流Iscm＝(V1-V0)/KH和辐照度E＝Iscm/Iscc×1000内嵌入快速数据采集器6软件处理程序。参照IEC60904-9，将所测瞬态太阳模拟器的有效辐照面(2m×1.4m)均等划分为70个区域，横向为1～10，纵向为A～G。将封装太阳电池片置于测试面内第一个位置，正面面对模拟器光源。依照附图1连接各接口引线。通过快速数据采集器6采集热电偶传感器2的输出电压，并比对热电偶分度表得到封装单晶硅电池片1的温度，逐渐调整控温台温度，直至太阳电池片温度维持在25℃。触发太阳模拟器脉冲闪光，利用快速数据采集器6取样信号输出，测得太阳模拟器辐照度随时间的变化曲线，如图2所示。选取脉冲闪光过程中光电特性曲线测量时间(10ms)内辐照度信号的平均值作为此区域的辐照度测量值。依次移动封装单晶硅电池片1的位置，得到各区域辐照度的测量结果，如下表1所示，表1是利用图1所示太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置检测太阳模拟器的辐照均匀性分布数据。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A 999 1004 1005 1003 1001 998 996 994 992 988
B 1003 1005 1007 1005 1003 999 996 995 992 989
C 1004 1008 1008 1008 1004 1000 998 996 993 990
D 1006 1009 1008 1007 1006 1003 998 997 994 991
E 1006 1009 1008 1007 1004 1004 1000 997 994 991
F 1004 1007 1005 1006 1002 1000 999 996 992 989
G 997 999 1002 1000 999 997 995 994 989 985
表1
由表1可以得到辐照度最大值Emax＝1009W/m2和辐照度最小值Emin＝985W/m2，进而得到太阳模拟器辐照不均匀度的测试结果：
不均匀度(％)＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)×100％＝1.2％。(3)
基于上述参数设置，将封装单晶硅电池片1置于测试面内任一位置，触发太阳模拟器脉冲闪光，利用快速数据采集器6取样信号输出，得到太阳模拟器辐照度随时间的变化数据，选取光电特性曲线测量时间(10ms)范围内辐照度随时间的变化曲线，如图3所示。由图3知，最大辐照度为Emax＝1005W/m2和最小辐照度为Emin＝1003W/m2，得到太阳模拟器辐照不稳定度的测试结果：
不稳定度(％)＝(Emax-Emin)/(Emax+Emin)×100％＝0.1％。(4)
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，该装置包括封装单晶硅电池片(1)、热电偶传感器(2)、电流连接线(3)、霍尔闭环电流传感器(4)、控温台(5)、多通道快速数据采集器(6)和计算机(7)，其中：
封装单晶硅电池片(1)，是由经过老化处理的单晶硅电池片封装后得到，其正面面向太阳模拟器光源；
热电偶传感器(2)，贴于封装单晶硅电池片(1)背面，以测量封装单晶硅电池片(1)的温度，并通过同轴电缆与多通道快速数据采集器(6)匹配连接；
电流连接线(3)，采用非屏蔽铜导线，穿过霍尔闭环电流传感器(4)，并短接封装单晶硅电池片(1)的正负极；
霍尔闭环电流传感器(4)，通过同轴电缆与多通道快速数据采集器(6)匹配连接，对该太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置进行电流测试；
控温台(5)，置于封装单晶硅电池片(1)背部，采用电学控温模式使封装单晶硅电池片(1)温度维持恒定；
多通道快速数据采集器(6)，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；
计算机(7)，具有多个USB端口，采用USB端口分别连接于多通道快速数据采集器(6)和霍尔闭环电流传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述封装单晶硅电池片(1)在标准测试条件(STC)下的短路电流值Iscc经过标定，且其短路电流与太阳模拟器辐照度成正比关系。
3.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述电流连接线(3)，采用横截面积大、长度短、导电性能好的非屏蔽铜导线。
4.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，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，且其灵敏度KH等于输出电压与输入电流比。
5.根据权利要求1或4所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述霍尔闭环电流传感器(4)对所采得的来自封装单晶硅电池片(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多通道快速数据采集器(6)的某一个通道。
6.根据权利要求5所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，连接所述霍尔闭环电流传感器(4)与多通道快速数据采集器(6)之间的同轴电缆，其两端均有一接头。
7.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述控温台(5)采用电学控温模式使封装单晶硅电池片(1)温度维持恒定，是使封装单晶硅电池片(1)温度维持在25℃。
8.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述多通道快速数据采集器(6)在采集信号前经过标定。
9.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，所述多通道快速数据采集器(6)检测时选用其中的任意两个通道，其中一个通道采集封装单晶硅电池片(1)背面热电偶传感器(2)输出的电压信号，其中另一个通道采集封装单晶硅电池片(1)短路电流经霍尔闭环电流传感器(4)I-V转换后所得电压信号，对采集的这两种信号进行AD转换，输出给计算机(7)，由计算机(7)显示数据曲线。
10.根据权利要求1所述的太阳模拟器辐照度、辐照均匀性和稳定性检测装置，其特征在于，
所述计算机(7)的一个USB端口与霍尔闭环电流传感器(4)电源端口连接，为霍尔闭环电流传感器(4)提供工作电源；
所述计算机(7)的一个USB端口与快速数据采集器(6)连接，对接收自快速数据采集器(6)的信号以数据曲线进行显示。
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