基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統的製作方法
2023-06-04 22:31:16
專利名稱:基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，包括與光伏電池組件的輸出埠相串聯的電流表和可調負載、分別與每個電池片兩端相連的模擬邊界掃描測試裝置，所述模擬邊界掃描測試裝置包括自保持採樣接口組、解碼器和多路選擇器，所述解碼器分別與自保持採樣接口組和多路選擇器相連，所述自保持採樣接口組的輸出端和多路選擇器相連，每個電池片的一個端部與一個自保持採樣接口相連，所述多路選擇器的輸出與電壓表相連。通過模擬自保持測試接口、模擬邊界掃描測試外殼、模擬邊界掃描總線，實現了光伏電池組件內部電池片的獨立測試，降低了測試成本、減少了測試時間、實現了測試的在線化、自動化。
【專利說明】基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統。
【背景技術】
[0002]光伏電池組件是由多塊光伏電池片串聯(構成電池片串)，然後經過蓋板、邊框、接線裝置等封裝，組成的便於現場使用的發電單元。電池片在封裝的過程中及封裝完成後，會進行一系列的測試，來確定最終形成的光伏電池組件是否達到產品合格要求。當光伏電池組件安裝到光伏電站後，受工作環境的影響，以及光伏電池本身的老化特性，光伏電池片的性能會發生變化，甚至出現故障。然而，由於光伏電池片的可測試點已經被封裝到了蓋板與邊框裡面，現場無法對每塊電池板進行測試，無法確定其老化程度與故障情況。
[0003]目前光伏電池組件的測試方法為埠測試，僅可以對電池組件的出口電壓、電流進行測試，且測試方法為離線測試。如圖1所示，光伏電池組件I內部由多個電池片2串聯(或串並聯的組合)而成，光伏電池組件I對外提供一個二線埠，輸出電能。在電池組件封裝完成後，目前的測試方案為在光伏電池組件I的埠外串聯電流表3、並聯電壓表4，並且通過可調負載5來獲得電池板的伏安特性及其它電氣特性。並且通過在外施加不同的光照和溫度6條件，即可獲得不同環境下的伏安特性及其它電氣特性。測試成本高，測試時間長，測試需要人工完成，自動化程度低，無法檢測每一塊電池片的單獨性能，在現場老化與故障後，不能得知每個電池片的老化與故障差異。
實用新型內容
[0004]針對上述問題，本實用新型提供一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，通過模擬自保持測試接口、模擬邊界掃描測試外殼、模擬邊界掃描總線，實現了光伏電池組件內部電池片的獨立測試，降低了測試成本、減少了測試時間、實現了測試的在線化、自動化。
[0005]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本實用新型通過以下技術方案實現:
[0006]一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，包括與光伏電池組件的輸出埠相串聯的電流表和可調負載、分別與每個電池片兩端相連的模擬邊界掃描測試裝置，所述模擬邊界掃描測試裝置包括自保持採樣接口組、解碼器和多路選擇器，所述解碼器分別與自保持採樣接口組和多路選擇器相連，所述自保持採樣接口組的輸出端和多路選擇器相連，每個電池片的一個端部與一個自保持採樣接口相連，所述多路選擇器的輸出與電壓表相連。
[0007]優選，所述自保持採樣接口包括順次相連的第一放大器、開關S2、和第二放大器，所述第一放大器與電池片的一個端部相連，所述第二放大器的輸出通過開關S4與多路選擇器相連，所述自保持採樣接口的輸入和輸出之間通過開關S3相連，第二放大器的同相輸入端通過電容C接地，所述開關S2、開關S3和開關S4分別與開關解碼器相連。
[0008]本實用新型採用模擬邊界掃描技術，可單獨訪問到光伏電池組件中的每一塊電池片，從而得知光伏電池組件中電池片之間的老化與故障差異，進而分析故障與老化原因，指導改進組件性能，提高組件可靠性。同時通過自動化測試手段，減少組件測試時間與成本。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]a)實現對光伏電池組件內電池片的電氣特性測試。
[0011]b)實現了電池片的同步採樣，從而可測試光伏電池組件內電池片的匹配特性，如負載效應、相位關係等，從而可用於電池片故障與老化的特徵提取。
[0012]c)在封裝完成後，可測試組件內電池片的伏安特性、頻率響應、脈衝響應、階躍響應。
[0013]d)可實現組件內電池片測試的自動化，測試速度快，成本低。
[0014]e)測試總線數量少，包括光伏電池組件的原來輸出埠，不計地線，最少只有5條。
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統光伏電池組件的測試結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統的結構示意圖；
[0017]圖3是本實用新型模擬邊界掃描測試裝置的內部結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型自保持採樣接口的內部結構示意圖；
[0019]圖5是本實用新型電池片伏安特性測試的流程圖；
[0020]附圖的標記含義如下:
[0021]1:光伏電池組件；2:電池片；3:電流表；4:電壓表；5:可調負載；6:光照和溫度；7:模擬邊界掃描測試裝置。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本實用新型並能予以實施，但所舉實施例不作為對本實用新型的限定。
[0023]一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，如圖2所示，包括與光伏電池組件I的輸出埠相串聯的電流表3和可調負載5、分別與每個電池片2兩端相連的模擬邊界掃描測試裝置7。其中，可調負載5可以是電阻負載，或者是逆變器、DC-DC變換器、或光伏電站現場負載等，在組件的輸出埠施加可調負載5，用於檢測輸出電流。
[0024]邊界掃描是一種檢查印刷電路板上的連線或是集成電路中模組的方式，本申請中，所述模擬邊界掃描測試裝置7如圖3所示，包括自保持採樣接口組(SHATI_1、SHAT 1_2……SHATI_N)、解碼器和多路選擇器。其中，解碼器將串行控制輸入信號譯成採樣保持信號與選通信號，SHATI負責在採樣保持信號到來時，對被測輸入電壓信號進行採樣，並對採樣電壓進行鎖存，多路選擇器(圖在是N選二通道選擇器)在選通信號的控制下，使二線制輸出端依次輸出每塊電池片2的兩端電壓。
[0025]優選，多路選擇器是N選二通道選擇器或N選三通道選擇器，但不限於此，即多路選擇器是N選X通道選擇器(N和X均是正整數，且N大於X)，且通道選擇器的實現方式不限於電子器件或機械開關。
[0026]所述解碼器分別與自保持採樣接口組和多路選擇器相連，所述自保持採樣接口組的輸出端和多路選擇器相連，每個電池片2的一個端部與一個自保持採樣接口相連，即從每一塊電池片2的兩端引出導線，接入到兩個自保持採樣接口，相連的電池片2的共同連接端可以僅接入到一個自保持採樣接口。所述多路選擇器的輸出與電壓表4相連。
[0027]模擬邊界掃描測試裝置7通過採樣保持機制與選通機制，使每一塊電池片2的兩端電壓依次輸出，並用電壓表4檢測電池片2的輸出電壓。通過串行通訊總線(如I2C總線、Ι-wire總線，也可通過並行控制總線，但這將增加通訊埠數量)控制電壓採樣保持與電池片2的選通動作。通過分析檢測到的電壓、電流的關係，得到伏安特性曲線，在組件輸出埠施加調頻信號、脈衝信號、階躍信號，並在測試總線埠用高速採樣法檢測電壓響應，可得到各個電池片2的頻率特性、脈衝響應特性、階躍響應特性及兩兩電池片2之間的響應關係。在不同的光照、溫度下可測試電池片2相應的電氣特性。
[0028]優選，自保持採樣接口的結構如圖4所示，包括順次相連的第一放大器OPA1、開關S2、和第二放大器OPA2，第一放大器OPAl用於輸入跟蹤，匹配電路的輸入阻抗，而第二放大器0PA2用於輸出驅動，匹配電路的輸出阻抗。所述第一放大器與電池片2的端部相連，所述第二放大器的輸出通過開關S4與多路選擇器相連，所述自保持採樣接口的輸入和輸出之間通過開關S3相連，第二放大器的同相輸入端通過電容C接地，所述開關S2、開關S3和開關S4分別與開關解碼器相連，需說明的是，此處的開關解碼器即是解碼器，為了便於與上述的解碼器區分，特在名稱前加了開關進行限制。
[0029]圖4中包括四個開關，其中，所述第一放大器通過開關SI與電池片2的一個端部相連，開關Si與開關解碼器相連。SI為輸入開關，SI打開時可隔開輸入，需說明是的，從功能上而言SI不是必需的，但從性能上而言，SI的存在提高了隔離性能。S2為電容充電控制開關或稱跟隨控制開關，S3為旁路開關，用於輸入與輸出的直通，S4為輸出控制開關。當開關SI，S2, S3閉合，S4打開時，電壓輸入與電壓輸出直連，SHATI處於跟蹤狀態，同時電容C跟蹤電壓輸入信號。當SI，S2, S3打開，S4閉合時，SHATI採樣電壓輸入，並使電壓輸出保持為採樣時刻的值。
[0030]一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測方法，如圖5所示，伏安特性測試包括如下步驟:
[0031]步驟11、在一個給定光照與溫度下，設置伏安特性曲線的數據點數M ;
[0032]步驟12、設置或改變可調負載5大小，獲得電池片2串聯電流大小；
[0033]步驟13、觸發採樣保持，使自保持採樣接口進入保持狀態；
[0034]步驟14、依次選通每塊電池片2的兩端，測量每塊電池片2的電壓輸出；
[0035]步驟15、判斷是否已循環了 M次，若否，則進入步驟12，否則進入步驟16 ;
[0036]步驟16、針對每一塊電池片2，繪製伏安特性曲線；
[0037]步驟17、比較伏安特性曲線，分析其相互匹配特性。
[0038]伏安特性測試在一個給定光照和溫度6下，測試每一塊電池片2的伏安特性曲線，可以比較其在相同工作狀態下的差異。
[0039]頻率特性測試包括如下步驟:
[0040]步驟21、在光伏電池組件I的輸出埠施加調頻正弦信號源，在測試總線上採用高速同步採樣方法(按奈奎斯特定律，每個周期至少採兩個點，實現操作過程中需採10個點以上)，檢測每塊電池片2的同步電壓輸出，繪製每塊電池片2電壓的同步輸出曲線。其中，高速指達到1MSPS，即每秒採樣100萬次以上個點，或者指不同電池片之間的電壓採樣時間誤差小於I微秒；
[0041]步驟22、改變施加調頻正弦信號頻率，檢測在此頻率下的電壓同步輸出曲線；
[0042]步驟23、重複步驟22，針對多個頻率信號，得到幾組不同頻率下的電壓同步輸出曲線；
[0043]步驟24、繪製每塊電池片2的幅頻特性、相頻特性曲線。
[0044]由於採用同步採樣方法，因此可分析串聯電池片2之間的頻率相位差。
[0045]其它特性測試方法:比如，在組件的輸出埠施加脈衝信號並採用高速同步採樣方法，可測試內部電池片2的脈衝響應及電池片2之間的脈衝響應相位關係。在組件的輸出埠施加階躍信號並採用高速同步採樣方法，可測試內部電池片2的階躍響應及電池片2之間的階躍響應相位關係。
[0046]可以採用計算機或可編程控制器控制可控制信號源與自動測試設備，可實現組件內電池片2電氣特性與電池片2間匹配特性的測試自動化。
[0047]本實用新型的有益效果是:
[0048]A)實現對光伏電池組件I內電池片2的電氣特性測試。
[0049]B)實現了電池片2的同步採樣，從而可測試光伏電池組件I內電池片2的匹配特性，如負載效應、相位關係等，從而可用於電池片2故障與老化的特徵提取。
[0050]C)在封裝完成後，可測試組件內電池片2的伏安特性、頻率響應、脈衝響應、階躍響應。
[0051]D)可實現組件內電池片2測試的自動化，測試速度快，成本低。
[0052]E)測試總線數量少，包括光伏電池組件I的原來輸出埠，不計地線，最少只有5條。
[0053]以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，包括與光伏電池組件(O的輸出埠相串聯的電流表(3)和可調負載(5)、分別與每個電池片(2)兩端相連的模擬邊界掃描測試裝置(7)，所述模擬邊界掃描測試裝置(7)包括自保持採樣接口組、解碼器和多路選擇器，所述解碼器分別與自保持採樣接口組和多路選擇器相連，所述自保持採樣接口組的輸出端和多路選擇器相連，每個電池片(2)的一個端部與一個自保持採樣接口相連，所述多路選擇器的輸出與電壓表(4 )相連。2.根據權利要求1所述的一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，所述自保持採樣接口包括順次相連的第一放大器、開關S2、和第二放大器，所述第一放大器與電池片(2)的一個端部相連，所述第二放大器的輸出通過開關S4與多路選擇器相連，所述自保持採樣接口的輸入和輸出之間通過開關S3相連，第二放大器的同相輸入端通過電容C接地，所述開關S2、開關S3和開關S4分別與開關解碼器相連。3.根據權利要求2所述的一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，所述第一放大器通過開關SI與電池片(2)的一個端部相連，所述開關SI與開關解碼器相連。4.根據權利要求1所述的一種基於模擬邊界掃描的光伏電池板檢測系統，其特徵在於，所述多路選擇器是N選二通道選擇器或N選三通道選擇器。
【文檔編號】H02S50-10GK204290874SQ201420658655
【發明者】靳洋, 呂政良 [申請人]呂政良