一種光伏電池特性測試裝置的製作方法
2023-06-04 07:00:26 1
專利名稱：一種光伏電池特性測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光伏電池測試裝置。
背景技術：
光伏電池在一定輸出電壓範圍內是恆流輸出，在接近電壓拐點的特定電壓值下產生最大功率點，如圖1所示。為了得到光伏電池電壓-電流曲線，傳統方法通常在輸出端接入一個滑動變阻器，通過改變電阻值，得到若干電壓-電流坐標點，然後建立坐標軸描出電壓-電流曲線。若想得到連續變化的曲線，則需要自動變化的電阻，進而要求用到電機控制，控制及測試方法十分繁瑣。也正因為如此，傳統測試設備通常成本高。而且，大部分現有的電壓-電流曲線測試儀器都是用於50千瓦以上的檢測，類似產品單價在幾萬元到幾十萬元不等，如義大利HT公司開發的IV400測試儀。而對於小型光伏矩陣以及單個太陽能電池板的VI曲線測試儀器幾乎沒有。中國專利CN201010046547. 7 「具有光伏陣列IV測試功能的光伏併網逆變器及測試方法」公開了一種具有光伏陣列電壓-電流測試功能的光伏併網逆變器，由逆變器主電路和系統控制器構成，如圖5所示。逆變器主電路採用電壓型逆變器，包括單相和三相併網系統，其特徵是在光伏陣列輸入埠和濾波電容Cl之間設置用於測量光伏陣列輸入電流的電流傳感器CTl ;設置用於測量濾波電容Cl端電壓的直流母線電壓傳感器VTl ;在光伏陣列的輸出埠設置直流斷路器Kl，光伏陣列的輸出總電流經所述直流斷路器Kl輸入光伏併網逆變器、直流母線電壓傳感器VTl和電流傳感器CT1。此項發明適用於常規的併網逆變系統，可以方便對光伏陣列的電壓-電流特性進行測試，但不能靈活應用到單個光伏電池的電壓-電流特性測試。
發明內容
本發明的目的是克服傳統光伏電池電壓-電流測試儀器成本高又不能靈活測試單個光伏電池輸出特性的缺點，提出一種光伏電池特性測試裝置。本發明可實現對光伏電池的電壓、電流、功率的精確測量，為進一步實現最大功率點跟蹤(MPPT)提供了數據基礎。本發明還可以對溫度和光照實時檢測，進而對不同工作狀況下的光伏電池電氣特性進行測量。本發明裝置包括充電電容、放電電阻、單刀雙擲開關、光照強度傳感器、溫度傳感器、霍爾電流傳感器、光強信號處理模塊、溫度信號處理模塊、電源轉換模塊和示波器等。光照強度傳感器用於測量待測光伏電池接受到的輻射量，光照強度傳感器和待測光伏電池板一併放置室外，光照強度傳感器放置在距離待測光伏電池較近位置。溫度傳感器緊貼在光伏電池板的背面，用於測量光伏電池的工作溫度。光強信號處理模塊用以放大和濾波由光照強度傳感器產生的光強信號，其輸入端連接光照強度傳感器，光強信號處理模塊的輸出端接入示波器。溫度信號處理模塊的輸入端連接溫度傳感器，溫度信號處理模塊的輸出端接入示波器，用以放大和濾波由溫度傳感器產生的溫度信號。電源轉換模塊是一個整流器，其輸入端直接接在220V交流電網，經過電源轉換模塊內部的整流電路、穩壓電路和濾波電路，最終輸出24V直流電，所述的24V直流電源連接在電流傳感器的電源引腳為其供電，同時24V直流電源還連接到溫度信號處理模塊中的信號放大器的電源引腳，為溫度信號處理模塊供電。單刀雙擲開關和示波器由220V交流直接供電。充電電容的負端接地，充電電容的正端連接在單刀雙擲開關的公共引腳上。放電電阻的一端接地，放電電阻的另一端連接在單刀雙擲開關的一個選擇引腳上。待測光伏電池正極接在單刀雙擲開關的另一個選擇引腳上，待測光伏電池負極接地。通過單刀雙擲開關，充電電容可以在光伏電池和放電電阻之間切換電路。霍爾電流傳感器的一端套接在光伏電池的正極輸出導線上，測量光伏電池的輸出電流波形，霍爾電流傳感器的另一端連接示波器探頭，將電流波形送入示波器。示波器自帶的電壓探頭並聯在光伏電池的正負極之間，測量光伏電池的輸出電壓波形。將電壓信號和電流信號相乘，便得到光伏電池的功率曲線，一併顯示在示波器上。光照強度傳感器用來測量待測光伏電池接收到的光照強度，使用時放在室外距離待測光伏電池較近位置。通過調整光照強度傳感器角度，使光照強度傳感器和待測光伏電池位於同一角度接受光照，光強傳感器將光照強度轉換成電壓信號輸出，通過光強信號處理模塊將此電壓信號放大後送入示波器顯示。溫度傳感器將溫度信號轉換成電壓信號，傳感器輸出端接過低通濾波連接示波器探頭，將溫度信號送入示波器顯示。
圖1為光伏電池的電氣特性曲線；圖2為本發明結構原理圖；圖3為光伏電池無雲遮狀態下的測試結果；圖4為光伏電池模擬雲遮狀態下的測試結果；圖5為中國專利CN201010046547. 7摘要附圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。如圖2所示，本發明包括充電電容、放電電阻、定時單刀雙擲開關、光照強度傳感器、溫度傳感器、霍爾電流傳感器、光強信號處理模塊、溫度信號處理模塊、電源轉換模塊和不波器。光照強度傳感器用於測量待測光伏電池接受到的輻射量，光照強度傳感器和待測光伏電池板一併放置室外，光照強度傳感器放置在距離待測光伏電池較近位置。溫度傳感器緊貼在光伏電池板的背面，用於測量光伏電池的工作溫度。光強信號處理模塊用以放大和濾波由光照強度傳感器產生的光強信號，其輸入端連接光照強度傳感器，光強信號處理模塊的輸出端接入示波器。溫度信號處理模塊的輸入端連接溫度傳感器，溫度信號處理模塊的輸出端接入示波器，用以放大和濾波由溫度傳感器產生的溫度信號。電源轉換模塊是一個整流器，將220V交流電壓轉換成24V直流電壓，為以上各個傳感器及模塊供電。所述的充電電容的負端接地，充電電容的正端連接在單刀雙擲開關的公共引腳上。放電電阻的一端接地，放電電阻的另一端連接在單刀雙擲開關的一個選擇引腳上。待測光伏電池正極接在單刀雙擲開關的另一個選擇引腳上，待測光伏電池負極接地。通過單刀雙擲開關，充電電容可以在光伏電池和放電電阻之間切換電路。霍爾電流傳感器的一端套接在光伏電池的正極輸出導線上，測量光伏電池的輸出電流波形，霍爾電流傳感器的另一端連接示波器探頭，將電流波形送入示波器顯示。示波器自帶的電壓探頭並聯在光伏電池的正負極之間，測量光伏電池的輸出電壓波形，並在示波器上顯示。將電壓信號和電流信號相乘，便得到光伏電池的功率曲線，一併顯示在示波器上。光照強度傳感器用來測量待測光伏電池接收到的太陽光照的輻射量。通過調整光照強度傳感器的角度，使光照強度傳感器和待測光伏電池位於同一角度接受光照。光強傳感器將光照強度轉換成電壓信號輸出，通過光強信號處理模塊將此信號放大後送入示波器顯示。光強信號處理模塊的型號為CHT-50mV/V0o溫度傳感器將溫度信號轉換成電壓信號送入不波器顯不。當單刀雙擲開關連接在待測光伏電池端時，待測光伏電池和充電電容構成一個充電迴路。根據公式V = CX / I dt，其中，V電容電壓，I光伏電池輸出電流，C為電容值。當待測光伏電池對電容恆流充電時，電容電壓線性上升，電壓與電流的比值也在增大,此時電容的外特性就可以看成一個阻值增大的滑動變阻器。當電容電壓從OV充電到光伏電池板的開環電壓時，完成了一個測量周期。因電容充電時間極短，可看成一個時間點，因此可得到該時刻待測光伏電池的電氣特性。為了實時監控光伏電池板的電氣特性，需要對電容進行反覆的充放電，本發明採用單刀雙擲開關實現電路切換。將單刀雙擲開關電容切到放電電阻時，電容與放電電阻構成一個電容電阻的放電迴路，將電容電壓還原到0V，等待下一個周期的充電與測量。本發明用電流傳感器和示波器自帶的電壓探頭採集相應電氣信號，並送入示波器直觀顯示，將電壓與電流相乘得到待測光伏電池的功率曲線。圖3和圖4為使用本發明裝置測試光伏電池板的結果，如圖3、圖4所示，三條曲線分別為電流波形，電壓波形和功率波形。圖3是無雲遮擋狀態下的測試結果，可以看出單個光伏電池板的電氣特性與圖1所示的理論值相近，在一定的電壓範圍內，恆流輸出，在接近電壓拐點處，產生最大功率點。圖4為模擬雲遮狀態的測試結果，可以看到電流受到較大影響。本發明同時對 待測光伏電池的溫度和光照進行了測量，因此可以在控制一個條件不變的情況下，研究另外一個條件的光伏電池的影響。如圖4與圖3的對比，控制了二者溫度不變，只改變光照條件，可以通過觀察二者波形的變化得到光照對光伏電池特性的影響。同理，控制光照強度不變，只改變溫度，就可以研究溫度對光伏電池的輸出影響。
權利要求
1.一種光伏電池特性測試裝置，其特徵在於，所述的測試裝置包括充電電容、放電電阻、定時單刀雙擲開關、光照強度傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、光強信號處理模塊、溫度信號處理模塊、電源轉換模塊和示波器；待測光伏電池板放置在室外；所述的光照強度傳感器放置在室外距離待測光伏電池較近位置；所述的溫度傳感器緊貼在光伏電池板的背面；所述的光強信號處理模塊的輸入端連接在光照強度傳感器，所述的光強信號處理模塊的輸出端接入示波器，用以放大和濾波由光照強度傳感器產生的光強信號；所述的溫度信號處理模塊的輸入端連接溫度傳感器，所述的溫度信號處理模塊的輸出端接入示波器，用以放大和濾波由溫度傳感器產生的溫度信號；電源轉換模塊的輸入端連接在220V交流電網，經過電源轉換模塊內部的整流電路、穩壓電路和濾波電路，最終輸出24V直流電，所述的24V直流電源連接在電流傳感器的電源引腳為其供電，同時24V直流電源還連接到溫度信號處理模塊中的信號放大器的電源引腳，為溫度信號處理模塊供電；所述的充電電容的負端接地，充電電容的正端連接單刀雙擲開關的公共引腳；所述的放電電阻的一端接地，放電電阻的另一端連接在單刀雙擲開關的一個選擇引腳上；待測光伏電池的正極接在單刀雙擲開關的另一個選擇引腳上，待測光伏電池負極接地；所述的霍爾電流傳感器的一端套接在光伏電池的正極輸出導線上，霍爾電流傳感器的另一端連接示波器探頭；示波器自帶的電壓探頭並聯在光伏電池的正負極之間。
2.按照權利要求1所述的光伏電池特性測試裝置，其特徵在於，所述的光照強度傳感器和待測光伏電池板位於同一角度接收光照。
3.按照權利要求1或2所述的光伏電池特性測試裝置，其特徵在於，所述的光強傳感器將光照強度轉換成電壓信號輸出，經光強信號處理模塊放大後送入示波器顯示；所述的溫度傳感器將溫度信號轉換成電壓信號送入示波器顯示。
全文摘要
一種光伏電池特性測試裝置，其光照強度傳感器和待測光伏電池板均放置在室外；溫度傳感器緊貼在光伏電池板的背面。充電電容的負端接地，正端連接單刀雙擲開關的公共引腳。放電電阻的一端接地，另一端連接在單刀雙擲開關的一個選擇引腳上。待測光伏電池的正極接在單刀雙擲開關的另一個選擇引腳上，待測光伏電池負極接地。霍爾電流傳感器的一端套接在光伏電池的正極輸出導線上，另一端連接示波器探頭。示波器自帶的電壓探頭並聯在光伏電池的正負極之間。光照強度傳感器放置在室外距離待測光伏電池較近位置，光照強度傳感器和待測光伏電池位於同一角度接收光照。上述傳感器所接收的信號送入示波器顯示。
文檔編號G01R31/26GK103048599SQ20121045465
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者楊子龍, 馬明景, 孫振奧 申請人:中國科學院電工研究所