專利名稱：多路光伏電池性能實時測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電池測試領(lǐng)域，具體的說是一種多路光伏電池性能實時測試方法。
背景技術(shù)：
對于光伏電池，我們既需要準(zhǔn)確了解它的電特性，進行標(biāo)準(zhǔn)測試；同時還需要對它的使用壽命、穩(wěn)定性等進行研究，必然要對電池的老化特性進行長期的跟蹤測試和對室外運行情況進行實時監(jiān)控。單塊電池的電壓較小，所以對測量精度要求很高。室外光伏電池陣列性能的實時監(jiān)控，還要求測試系統(tǒng)能實現(xiàn)大功率電池組的自動測試；另外，由于室外條件苛刻，干擾大，而且被測電池離測試系統(tǒng)比較遠(yuǎn)，使得測試導(dǎo)線很長，導(dǎo)線電阻對測試的影響不可忽略，從而也增加了對系統(tǒng)測量精度的要求。
目前國內(nèi)外已開發(fā)了多種形式的光伏電池性能測試儀，各具特色。而且一些儀器已得到了廣泛的使用。吉時利儀器公司的2420型數(shù)字源表用于光伏電池的測試時，具有很高的測量精度，但不能適用于多路光伏電池的自動測試；電子工業(yè)部第六研究所研制的TC-1100光伏電池通用測試箱具有攜帶方便的優(yōu)點，但也難于實現(xiàn)多路自動測試；澳大利亞STI公司研制的多路光伏電池老化測試儀雖然實現(xiàn)了多路光伏電池的自動循環(huán)測試，但是其功率較小，不能滿足大功率電池組的測試。而且一些儀器使用二線法，在對室外電池進行遠(yuǎn)距離測試時無法避免測量導(dǎo)線電阻和夾具接觸電阻引入的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有測試系統(tǒng)存在的不足，我們根據(jù)光伏電池的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試原理，提出了一種多路光伏電池性能實時測試方法。
技術(shù)方案一種多路光伏電池性能實時測試方法，由計算機發(fā)出的控制信號到數(shù)據(jù)采集卡的DAQ接口，數(shù)據(jù)采集卡通過D/A接口發(fā)出驅(qū)動信號驅(qū)動電子負(fù)載，電子負(fù)載給連接在電子負(fù)載兩端的被測光伏電池施加一個由負(fù)到正的電壓，通過四線測試法中的電流測量線測出被測光伏電池與電流線的回路中變化的電流，電壓測量線測出對應(yīng)每一個電流值的電池端電壓，依次改變電子負(fù)載值，測出相應(yīng)的電壓與電流值，最后得到電池伏安曲線的測量數(shù)據(jù)，其特征在于電子負(fù)載前端設(shè)置有64路開關(guān)通道與多路光伏電池連接，數(shù)據(jù)采集卡通過DIO接口發(fā)出控制信號到通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號接受口，通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號發(fā)出口發(fā)出通道轉(zhuǎn)換控制信號到64路開關(guān)通道的控制信號接受口，電流測量線與電壓測量線通過64路開關(guān)通道與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，溫度傳感器與標(biāo)準(zhǔn)硅電池分別與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，信號處理模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號反饋到數(shù)據(jù)采集卡的A/D接口。
發(fā)明原理光伏電池實時監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡(1)、電子負(fù)載(2)、接口電路(3)、溫度傳感器(4)、標(biāo)準(zhǔn)硅電池(5)、計算機(7)等幾部分組成。采用電子負(fù)載代替普通電阻負(fù)載實現(xiàn)了對電池在一、二、四象限伏安曲線的測量。保證了I-V曲線的完整性。
為了保證室外遠(yuǎn)距離電池的測量精度，消除導(dǎo)線電阻和夾具接觸電阻帶來的影響。我們沿用光伏電池測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的四線測試法。由計算機控制數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動電子負(fù)載給電池施加一個由負(fù)到正的電壓，在被測電池與電流線的回路中便有一個變化的電流，其值通過電流測量線測出，再用測量儀表經(jīng)電壓線測出對應(yīng)每一個電流值的電池端電壓。依次改變電子負(fù)載值，測出相應(yīng)的電壓與電流值，最后得到電池伏安曲線的測量數(shù)據(jù)。四線測試法用一對電流線和一對電壓線將驅(qū)動電流回路和感應(yīng)電壓回路分開，并采用高阻抗的測量儀表對電壓值進行測量，幾乎沒有任何電流流經(jīng)電壓線，電壓測量不會受接觸電阻及導(dǎo)線電阻的影響而產(chǎn)生誤差，使測量精度大大提高。同時根據(jù)實際電源的電壓源模型與電流源模型在理論上可以等效的原理，我們用連續(xù)可調(diào)的精密恒流源作為電子負(fù)載。由于恒流源能夠克服所有串聯(lián)電阻(導(dǎo)線電阻，接觸電阻等)而提供穩(wěn)定的電流，測量精度得到了進一步提高。
在壓控恒流源中，我們通過復(fù)合管進行功率放大，滿足了大功率電池組的測量要求。
系統(tǒng)多路通道的數(shù)據(jù)采集通過外部接口電路來實現(xiàn)。我們采用時分復(fù)用技術(shù)，利用不同的時隙在數(shù)據(jù)采集卡同一個物理通道上傳送不同的信號，即系統(tǒng)的多個虛擬邏輯通道共用數(shù)據(jù)采集卡的同一個物理輸入通道。各個虛擬通道間的邏輯轉(zhuǎn)換以及時序控制，都由接口電路來實現(xiàn)。接口電路的動作由軟件控制來完成。同時在軟件中對所采集的數(shù)據(jù)進行實時分析和存儲，以解決多路采集時數(shù)據(jù)量過大，內(nèi)存不夠的問題。
本發(fā)明的特點本發(fā)明的特點是具有一機多用，測量精度高，成本低等優(yōu)點；采集過程完全由軟件控制，最大可采集多路通道，同時自動計算出電池的最大輸出功率、填充因子、電池效率以及環(huán)境溫度、光源光強等各項參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計以自動化運行為主，運行平穩(wěn)，數(shù)據(jù)可靠，保證了光伏電池測試的真實可靠。


圖1是多路光伏電池實時監(jiān)控系統(tǒng)的原理方框圖。
圖2是本發(fā)明對單塊電池進行標(biāo)準(zhǔn)測試的方案。
圖3是本發(fā)明對多路單塊電池的老化測試方案。
圖4是本發(fā)明對小型光伏電站的實時監(jiān)控方案。
具體實施例方式
參見圖1～4。一種多路光伏電池性能實時測試方法，由計算機發(fā)出的控制信號到數(shù)據(jù)采集卡的DAQ接口，數(shù)據(jù)采集卡通過D/A接口發(fā)出驅(qū)動信號驅(qū)動電子負(fù)載，電子負(fù)載給連接在電子負(fù)載兩端的被測光伏電池施加一個由負(fù)到正的電壓，通過四線測試法中的電流測量線測出被測光伏電池與電流線的回路中變化的電流，電壓測量線測出對應(yīng)每一個電流值的電池端電壓，依次改變電子負(fù)載值，測出相應(yīng)的電壓與電流值，最后得到電池伏安曲線的測量數(shù)據(jù)，其特征在于電子負(fù)載前端設(shè)置有64路開關(guān)通道與多路光伏電池連接，數(shù)據(jù)采集卡通過DIO接口發(fā)出控制信號到通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號接受口，通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號發(fā)出口發(fā)出通道轉(zhuǎn)換控制信號到64路開關(guān)通道的控制信號接受口，電流測量線與電壓測量線通過64路開關(guān)通道與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，溫度傳感器與標(biāo)準(zhǔn)硅電池分別與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，信號處理模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號反饋到數(shù)據(jù)采集卡的A/D接口。
實施例1光伏電池實時監(jiān)控系統(tǒng)對單塊電池進行標(biāo)準(zhǔn)測試的方案本實施的核心是采用本實用新型對單塊電池進行標(biāo)準(zhǔn)測試的方案。如圖2所示，采用四線測試法。標(biāo)準(zhǔn)光源采用自然光伏光或光伏模擬光源。調(diào)用單塊光伏電池測試程序，計算機便控制DAQ驅(qū)動電子負(fù)載工作和進行數(shù)據(jù)采集，然后由計算機對得到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。由于采用了四線測試法和恒流源作電子負(fù)載，克服了導(dǎo)線電阻和夾具接觸電阻的影響，也保證了I-V曲線的完整性，使測量精度得到大大提高。
實施例2光伏電池實時監(jiān)控系統(tǒng)對多路單塊電池的老化測試方案采用本實用新型對多路單塊電池的老化測試方案如圖3所示，老化測試，選用紫外燈作為光源。多路被測電池分別與接口電路上的64個通道相連接。測試時，打開多路光伏電池老化測試程序，為每路電池設(shè)置好參數(shù)，運行程序后，軟件控制設(shè)備自動循環(huán)對多路電池的伏安特性進行測試，每經(jīng)過一個循環(huán)，停頓一段時間，然后再進入下一輪循環(huán)。停頓時間的長短可根據(jù)用戶的需要靈活設(shè)置。同時計算機將每次得到的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析和處理，并將最后的結(jié)果自動保存到硬盤中。整個測試過程中，系統(tǒng)完全自動運行，無需人的干預(yù)。非常適合于長期的光伏電池老化測試(幾個月至一年)。
實施例3光伏電池實時監(jiān)控系統(tǒng)對小型光伏電站的實時監(jiān)控方案采用本實用新型對小型光伏電站的實時監(jiān)控方案如下。
小型光伏電站主要由光伏電池方陣，蓄電池(貯能裝置)等組成。光伏電池方陣與蓄電池連接進行貯能，對光伏電站的實時監(jiān)控主要是對光伏電池方陣的實時測試。光伏電池方陣由若干大功率光伏電池組串并聯(lián)而成。實時監(jiān)控方案如下如圖4為所示。在每兩塊大功率電池組間接上單刀雙擲繼電器，繼電器開關(guān)由測試儀器控制。不進行測試時，繼電器處于常閉狀態(tài)，將相鄰的兩塊電池組接通，進行貯能。測試時，由儀器發(fā)出控制信號，驅(qū)動繼電器J1、J2、J3、J4合上，從而將要被測的三塊電池組從光伏電池方陣中斷開，與測試系統(tǒng)接口電路相連，由測試系統(tǒng)依次對每塊電池組進行測試。測完后，重新將這三塊電池組接入方陣中，再用同樣的方法，斷開另外三塊電池組，進行測試。由于在測試過程中光伏電池方陣中始終僅少了三塊電池組，其它電池組仍在正常貯能，再加上測試時間很短，每一輪循環(huán)僅用幾分鐘，使得測試對發(fā)電系統(tǒng)的貯能過程幾乎沒有影響。
權(quán)利要求
1.一種多路光伏電池性能實時測試方法，由計算機發(fā)出的控制信號到數(shù)據(jù)采集卡的DAQ接口，數(shù)據(jù)采集卡通過D/A接口發(fā)出驅(qū)動信號驅(qū)動電子負(fù)載，電子負(fù)載給連接在電子負(fù)載兩端的被測光伏電池施加一個由負(fù)到正的電壓，通過四線測試法中的電流測量線測出被測光伏電池與電流線的回路中變化的電流，電壓測量線測出對應(yīng)每一個電流值的電池端電壓，依次改變電子負(fù)載值，測出相應(yīng)的電壓與電流值，最后得到電池伏安曲線的測量數(shù)據(jù)，其特征在于電子負(fù)載前端設(shè)置有64路開關(guān)通道與多路光伏電池連接，數(shù)據(jù)采集卡通過DIO接口發(fā)出控制信號到通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號接受口，通道轉(zhuǎn)換控制模塊的信號發(fā)出口發(fā)出通道轉(zhuǎn)換控制信號到64路開關(guān)通道的控制信號接受口，電流測量線與電壓測量線通過64路開關(guān)通道與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，溫度傳感器與標(biāo)準(zhǔn)硅電池分別與信號處理模塊信號采集口相聯(lián)接，信號處理模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號反饋到數(shù)據(jù)采集卡的A/D接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路光伏電池性能實時測試方法，通過接口電路對測量通道進行了擴展，實現(xiàn)了多個通道的測量，并能對電池進行連續(xù)的實時監(jiān)控，以便得到光伏電池在長時間工作過程中的老化特性，具有較高的測試精度；并利用自動控制技術(shù)，可實現(xiàn)對多路光伏電池的實時監(jiān)控，同時可采集測試環(huán)境的光強和溫度。系統(tǒng)運行平穩(wěn)，得到的數(shù)據(jù)真實可靠。可廣泛用于生產(chǎn)線對單體光伏電池和光伏電池組件的標(biāo)準(zhǔn)測試和老化測試。
文檔編號G01R31/00GK1769886SQ20051009468
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月1日
發(fā)明者翁堅, 陳雙宏, 戴松元, 王孔嘉 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所