專利名稱：一種太陽電池參數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電壓、電流的測試裝置，特別涉及一種太陽電池參數(shù)測 試裝置。
背景技術(shù)：
太陽電池是一種可再生清潔能源，太陽電池測試對控制太陽電池的 生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)質(zhì)量都具有重要的意義。目前西安
交通大學(xué)研制的SGC系列太陽電池測試設(shè)備，包括模擬光源、參數(shù)測試 儀和測試臺；參數(shù)測試儀多數(shù)基于PC機(jī)，PC機(jī)通過4位高速PCI數(shù)據(jù)采 集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，這種裝置測試精度高、測試時間短，但設(shè)備體積龐 大而且設(shè)備成本高，不適于大規(guī)模批量電池的測試使用，只能對太陽電 池進(jìn)行抽樣測試；對生產(chǎn)線上大批量太陽電池的測試，多數(shù)廠家只是用 簡單的測試裝置測量開路電壓和短路電流兩個參數(shù)，不能測量其它參數(shù)， 而且測量結(jié)果不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽電池參數(shù)測試裝置，解決現(xiàn)有太陽電池測試裝 置體積龐大、設(shè)備成本高的問題，以便于對生產(chǎn)線上大批量太陽電池進(jìn) 行測試。
本發(fā)明的一種太陽電池參數(shù)測試裝置，包括模擬光源、參數(shù)測試儀 和測試臺，模擬光源位于測試臺上方，測試臺下方設(shè)有散熱裝置；其特 征在于
5所述參數(shù)測試儀包括DSP、 AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載 模塊、顯示模塊、溫度測試模塊和光輻照度測試模塊；
DSP與AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊和顯示模塊電信 號連接；電子負(fù)載模塊輸出的電信號、溫度測試模塊輸出的電信號、光 輻照度測試模塊輸出的電信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊采樣、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送 入DSP; DSP對AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊和顯示模塊 發(fā)出控制信號，對AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果送至顯 示模塊進(jìn)行顯示；
DA轉(zhuǎn)換模塊將DSP指令轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的模擬電壓以控制電子負(fù)載模
塊；
顯示模塊對DSP處理結(jié)果實(shí)時顯示，包括溫度、光輻照度、太陽電 池各參數(shù)測試結(jié)果和I-V曲線。
所述的太陽電池參數(shù)測試裝置，其特征在于
所述DSP根據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)，計算標(biāo)準(zhǔn)條件下流經(jīng)太陽 電池的電流值I。、標(biāo)準(zhǔn)條件下太陽電池兩端的電壓值Vo: I0=I(E，T)+ a (T0-T)+ Y (E0-E) V0=V(E，T)+ 0 (To誦T)十S (E0-E) 式中，TQ、 EQ為標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度和光輻照度，T、 E為實(shí)測條件 下的溫度和光輻照度，I(E，T)、 V(E，T)為實(shí)測的電流值和電壓值，電流溫 度系數(shù)a為0.02(mA/cm "C，電壓溫度系數(shù)e為-0.25mVrC，電流光強(qiáng)系 數(shù)Y為0.27(mA/cm2)/ (mW/cm2)，電壓光強(qiáng)系數(shù)S為0.5mV/ (mW/cm2); 在得到的多組電壓值Vo和電流值Io的基礎(chǔ)上，所述DSP計算出太陽電
池的參數(shù)值開路電壓V。。短路電流L、最大輸出功率Pmax、最佳工作電 流Impp、最佳工作電壓V，p、填充因子FF、轉(zhuǎn)換效率77:
對多組電壓值Vo和電流值Io后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，進(jìn)而進(jìn)行曲線擬合和平滑處理，得到Io-Vo曲線，Io-Vo曲線與電壓坐標(biāo)軸和電流坐標(biāo)軸的交
點(diǎn)分別為太陽電池開路電壓V。e、短路電流L;
由多組電壓值Vo和電流值IQ求得多組輸出功率值Po，將各輸出功率
值進(jìn)行比較得出太陽電池最大輸出功率pmax，其對應(yīng)的電流值和電壓值
為最佳工作電流Impp和最佳工作電壓Vmpp;
填充因子FF為FF=#xl00% ，式中，最大輸出功率Pmax、開路
電壓V。e、短路電流k;
轉(zhuǎn)換效率77為7 = ^lx 100% = 4x100% ，式中，太陽電池的表面積
S、入射到太陽電池上的光輻照度- 。
本發(fā)明采用脈沖氙燈作為模擬光源，氙燈的光譜接近太陽光光譜， 因此測試結(jié)果準(zhǔn)確。在測試過程中，測試臺上裝有溫度傳感器和硅光電 池，實(shí)時測量溫度和光輻照度的變化，確保測試在國標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件 下溫度為25'C，輻照度為100mW/cn^進(jìn)行。由于測試時間短，光源引
入的電池溫度變化比較小，而測試臺下散熱裝置的弓1進(jìn)避免生產(chǎn)線上裝 置長期工作引起溫度持續(xù)上升。同時，可伸縮拉桿可對光輻照度進(jìn)行調(diào) 節(jié)。
本發(fā)明采用DSP (數(shù)字信號處理器)作為控制核心，打破常規(guī)太陽 電池測試裝置采用PC機(jī)和PCI高速數(shù)據(jù)采集卡的限制，設(shè)備裝置簡單， 成本低廉，可以實(shí)時監(jiān)測測試過程中溫度和光輻照度的變化，且能準(zhǔn)確、 快速、穩(wěn)定測量太陽電池的各類參數(shù)短路電流、開路電壓、最大輸出
功率、最佳工作電流、最佳工作電壓、填充因子、轉(zhuǎn)換效率和i-v曲線。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為參數(shù)測試儀的原理方框圖3為電子負(fù)載模塊的組成示意圖4為溫度測試模塊的組成示意圖5為光輻照度測試模塊的組成示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括模擬光源3、參數(shù)測試儀2和測試臺7，模 擬光源為一內(nèi)置氙燈的燈箱，位于測試臺上方，燈箱與測試臺桌面之間 通過可收縮拉桿4連接，氙燈光譜接近太陽光譜，通過可收縮拉桿4長 度的伸縮即可控制模擬光源3輻照到測試臺桌面的光輻照度約為100 mW/cm2;測試臺桌面上放置鍍銅板1，以便擺放太陽電池進(jìn)行測試，鍍 銅板1上安裝有溫度傳感器5和硅光電池6，經(jīng)導(dǎo)線連接至參數(shù)測試儀2， 實(shí)現(xiàn)測試臺溫度和輻照度的實(shí)時測量，測試結(jié)果顯示在參數(shù)測試儀2的 液晶顯示屏上；測試臺下方設(shè)有散熱裝置9，及時散出光源帶來的熱量， 維持溫度趨于25°C;測試臺桌面下方為一腳踏式開關(guān)8，用于控制燈箱 內(nèi)氙燈發(fā)光和參數(shù)測試儀工作，控制完成太陽電池測試，整個測試過程 可在幾秒內(nèi)完成。
按照國家標(biāo)準(zhǔn)，太陽電池必須在以下標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測試-
(1) 光源光譜為總輻照下AM1.5標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜；
(2) 光源總輻照度為100mW/cm2 ;
(3) 測試時，電池溫度為25土2。C 。
如圖2所示，參數(shù)測試儀包括DSP、 AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、
電子負(fù)載模塊、顯示模塊、溫度測試模塊和光輻照度測試模塊；
DSP是數(shù)據(jù)處理中心，負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、電子負(fù)載模塊控制信號的發(fā)出和對AD轉(zhuǎn)換模塊采樣數(shù)據(jù)的處理計算， 以及軟件程序的實(shí)現(xiàn)。DSP選用TI公司的TMS320VC5402DSP,它具有 體積小、成本低、高速和低功耗的特點(diǎn)，足以勝任太陽電池測試中大量 數(shù)據(jù)的處理工作，其IO口資源豐富，各模塊均通過IO 口連接至DSP。 軟件部分主要包括顯示驅(qū)動程序、按鍵程序、溫度測試程序、輻照度測 試程序、數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換程序、測試程序和曲線擬合平滑程序，程序調(diào) 試完成后燒入DSPFlash中。
顯示模塊提供人機(jī)交流的友好界面，采用256X128點(diǎn)陣型液晶，其 外圍端口構(gòu)造簡單，控制端口和數(shù)據(jù)端口直接與DSP的IO 口連接，負(fù) 責(zé)完成實(shí)時溫度、光輻照度、太陽電池各參數(shù)測試結(jié)果和Io-V()曲線的顯
如圖3所示，電子負(fù)載模塊由集成運(yùn)算放大器、繼電器、電壓信號 放大電路、電流信號放大電路、采樣電阻、VMOS管和補(bǔ)償電源組成， VMOS管的漏極和源極分別通過補(bǔ)償電源和采樣電阻連接至待測太陽電 池的兩端構(gòu)成主回路；采樣電阻兩端連接至電流放大電路，電流放大電 路輸出電信號IV連接至AD轉(zhuǎn)換模塊；待測太陽電池的兩端連接至電壓 放大電路，電壓放大電路輸出電信號III連接至AD轉(zhuǎn)換模塊和集成運(yùn)算 放大器的一個輸入端，集成運(yùn)算放大器的另一個輸入端II與DA轉(zhuǎn)換模 塊的輸出相連接，集成運(yùn)算放大器的輸出連接繼電器的常閉端，集成運(yùn) 算放大器的輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻；繼電器的控制端I與 DSP —個IO 口連接，繼電器的常開端接地，繼電器的公共端與VMOS 管的柵極連接。
運(yùn)算放大器可采用TL082，繼電器采用G6K-2F，電壓和電流信號放 大電路采用儀用放大器AD620, VMOS管可采用IRF系列如IRF6603， 被測太陽電池和采樣電阻均為四端方式連接，避免了導(dǎo)線帶來的誤差。 模塊核心為VMOS管，DSP可直接對繼電器進(jìn)行控制，當(dāng)控制繼電器
9吸合時，繼電器公共端即VMOS管柵極接地，此時VMOS管漏源開路， 即太陽電池主回路開路，此時測得電壓即為開路電壓。當(dāng)繼電器斷開時， 繼電器公共端與集成運(yùn)算放大器輸出端連接，DSP通過DA單元控制集 成運(yùn)放反相輸入端電壓值，進(jìn)而控制太陽電池兩端電壓和集成運(yùn)算放大 器輸出端電壓，即VMOS管柵源電壓的變化，從而使電子負(fù)載電阻值由 幾毫歐變化至幾兆歐，實(shí)現(xiàn)了主回路中負(fù)載的自動連續(xù)可調(diào)；變化過程 中，電路中AD轉(zhuǎn)換模塊對測試主回路中的電壓和電流進(jìn)行采樣并送至 DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
如圖4所示，溫度測試模塊由基準(zhǔn)源電路、電阻、可調(diào)電阻、溫度 傳感器和溫度信號放大電路組成， 一個電阻和可調(diào)電阻構(gòu)成橋式電路的 一臂， 一個電阻和溫度傳感器構(gòu)成橋式電路的另一臂，橋式電路由基準(zhǔn) 源電路供電，橋式電路的輸出與溫度信號放大電路連接，溫度信號放大 電路的輸出端V送至AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣處理。
溫度傳感器采用PT100，它實(shí)際為一熱敏電阻，當(dāng)環(huán)境溫度變化時， 其阻值隨之變化；溫度信號放大電路可采用集成運(yùn)算放大器如OP07;橋 式電路由基準(zhǔn)源電路供電，以避免直接連接電源帶來電壓波動，基準(zhǔn)源 電路采用TL431和可變電阻組成。隨溫度變化，PT100阻值改變，因此 橋式電路兩臂的差值信號也隨之變化，對差值信號進(jìn)行電壓放大后采樣 處理即可得到對應(yīng)的溫度信號。
如圖5所示，光輻照度測試模塊由前置放大電路、中間級電壓放大 電路和電壓跟隨器串聯(lián)組成，前置放大電路由運(yùn)算取大器、采樣電阻和 硅光電池構(gòu)成，硅光電池兩端連接至運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端， 運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，采樣電阻兩端分別連接運(yùn)算放大器的輸 出端和反相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端連接中間級電壓放大電路輸入 端，電壓跟隨器的輸出端VI連接至AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣處理。
運(yùn)算放大器采用BiFET工藝的AD645，由于BiFET型運(yùn)算放大器輸入電阻極大，根據(jù)虛短虛斷條件，硅光電池工作在零偏模式下，此時其
短路電流與光輻照度成正比；通過跨接在運(yùn)算放大器AD645輸入輸出端 的采樣電阻，得到電壓信號，通過中間級電壓放大電路和電壓跟隨器對 其進(jìn)行進(jìn)一步放大后采樣處理可得對應(yīng)的光輻照度信號。采樣電阻采用 精密金屬膜電阻，中間級電壓放大電路和電壓跟隨器可采用集成運(yùn)放 TL082構(gòu)成。
整個測試流程如下當(dāng)踏下腳踏開關(guān)8時，模擬光源3發(fā)光照射到 測試臺7的太陽電池片上。DSP首先判斷實(shí)時溫度和輻照度是否符合測 試標(biāo)準(zhǔn)，不符合則需要調(diào)節(jié)可伸縮拉桿4和散熱裝置9，如符合則控制電 子負(fù)載內(nèi)部繼電器吸合，使電子負(fù)載控制端，即VMOS管柵極接地，此 時測試電路中VMOS管處于開路狀態(tài)，電壓采樣所測得電壓值即為開路 電壓。隨后，DSP控制繼電器斷開，VMOS管導(dǎo)通并結(jié)合電子負(fù)載的補(bǔ) 償電源使太陽電池兩端端電壓為0V，此時電流采樣電路測得的電流即為 短路電流，DSP將所測得開路電壓值、短路電流值送至LCD顯示。接著， DSP通過DA轉(zhuǎn)換模塊控制電子負(fù)載電阻由幾兆歐變化至幾十毫歐，實(shí) 現(xiàn)截止到導(dǎo)通的過渡。過渡過程中，DSP實(shí)時對電子負(fù)載中電壓和電流 進(jìn)行采樣、數(shù)據(jù)處理，計算出太陽電池各參數(shù)值，將最大輸出功率、最 佳工作電流、最佳工作電壓、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)在LCD上顯示, 并在LCD上繪制I-V曲線，完成整個測試過程。整個測試過程中，DSP 控制各模塊自動完成，測試時間短，測試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種太陽電池參數(shù)測試裝置，包括模擬光源、參數(shù)測試儀和測試臺，模擬光源位于測試臺上方，測試臺下方設(shè)有散熱裝置；其特征在于所述參數(shù)測試儀包括DSP、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊、顯示模塊、溫度測試模塊和光輻照度測試模塊；DSP與AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊和顯示模塊電信號連接；電子負(fù)載模塊輸出的電信號、溫度測試模塊輸出的電信號、光輻照度測試模塊輸出的電信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊采樣、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入DSP；DSP對AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊和顯示模塊發(fā)出控制信號，對AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果送至顯示模塊進(jìn)行顯示；DA轉(zhuǎn)換模塊將DSP指令轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的模擬電壓以控制電子負(fù)載模塊；顯示模塊對DSP處理結(jié)果實(shí)時顯示，包括溫度、光輻照度、太陽電池各參數(shù)測試結(jié)果和I-V曲線。
2. 如權(quán)利要求l所述的太陽電池參數(shù)測試裝置，其特征在于 所述DSP根據(jù)AD轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)，計算標(biāo)準(zhǔn)條件下流經(jīng)太陽電池的電流值I。、標(biāo)準(zhǔn)條件下太陽電池兩端的電壓值Vo:I0=I(E,T)+a (T0-T)+Y (Eo國E)V0=V(E，T)+ P (T0-T)+ S (Eo畫E) 式中，T。、 EQ為標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度和光輻照度，T、 E為實(shí)測條件 下的溫度和光輻照度，I(E,T)、 V(E，T)為實(shí)測的電流值和電壓值，電流溫 度系數(shù)a為0.02(mA/cm 'C,電壓溫度系數(shù)P為-0.25mV廠C，電流光強(qiáng)系 數(shù)Y為0.27(mA/cm2)/ (mW/cm2)，電壓光強(qiáng)系數(shù)S為0.5mV/ (mW/cm2);在得到的多組電壓值V。和電流值I。的基礎(chǔ)上，所述DSP計算出太陽電池的參數(shù)值開路電壓V。。短路電流U、最大輸出功率Pmax、最佳工作電 流Impp、最佳工作電壓Vmpp、填充因子FF、轉(zhuǎn)換效率;/:對多組電壓值Vo和電流值I()后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，進(jìn)而進(jìn)行曲線擬合 和平滑處理，得到Io-V()曲線，1。-V。曲線與電壓坐標(biāo)軸和電流坐標(biāo)軸的交 點(diǎn)分別為太陽電池開路電壓V。e、短路電流k;由多組電壓值Vo和電流值Io求得多組輸出功率值PQ，將各輸出功率 值進(jìn)行比較得出太陽電池最大輸出功率Pmax，其對應(yīng)的電流值和電壓值為最佳工作電流Impp和最佳工作電壓vmpp;填充因子FF為i^ = ^X100% ，式中，最大輸出功率Pmax、開路電壓V。。短路電流L;轉(zhuǎn)換效率;;為；^^LxK)0。/^:^x100。/。，式中，太陽電池的表面積《" ws、入射到太陽電池上的光輻照度一
3.如權(quán)利要求1或2所述的太陽電池參數(shù)測試裝置，其特征在于 所述電子負(fù)載模塊由集成運(yùn)算放大器、繼電器、電壓信號放大電路、電 流信號放大電路、采樣電阻、VMOS管和補(bǔ)償電源組成，VMOS管的漏 極和源極分別通過補(bǔ)償電源和采樣電阻連接至待測太陽電池的兩端構(gòu)成 主回路；采樣電阻兩端連接至龜流放大電路，電流放大電路輸出電信號 IV連接至AD轉(zhuǎn)換模塊；待測太陽電池的兩端連接至電壓放大電路，電 壓放大電路輸出電信號III連接至AD轉(zhuǎn)換模塊和集成運(yùn)算放大器的一個 輸入端，集成運(yùn)算放大器的另一個輸入端II與DA轉(zhuǎn)換模塊的輸出相連 接，集成運(yùn)算放大器的輸出連接繼電器的常閉端，集成運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間連接有反饋電阻；繼電器的控制端I與DSP —個IO 口 連接，繼電器的常開端接地，繼電器的公共端與VMOS管的柵極連接。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的太陽電池參數(shù)測試裝置，其特征在于 所述溫度測試模塊由基準(zhǔn)源電路、電阻、可調(diào)電阻、溫度傳感器和放大電路組成， 一個電阻和可調(diào)電阻構(gòu)成橋式電路的一臂， 一個電阻和 溫度傳感器構(gòu)成橋式電路的另一臂，橋式電路由基準(zhǔn)源電路供電，橋式 電路的輸出與放大電路連接，放大電路的輸出端V送至AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn) 行采樣處理。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的太陽電池參數(shù)測試裝置，其特征在于 所述光輻照度測試模塊由前置放大電路、中間級電壓放大電路和電壓跟隨器串聯(lián)組成，前置放大電路由運(yùn)算放大器、采樣電阻和硅光電池 構(gòu)成，硅光電池兩端連接至運(yùn)算放大器的同相和反相輸入端，運(yùn)算放大 器的同相輸入端接地，采樣電阻兩端分別連接集成運(yùn)放的反相輸入端和 輸出端，運(yùn)算放大器的輸出端連接中間級電壓放大電路輸入端，電壓跟 隨器的輸出端VI連接至AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣處理。
全文摘要
一種太陽電池參數(shù)測試裝置，屬于電壓、電流的測試裝置，解決現(xiàn)有太陽電池測試裝置體積龐大、設(shè)備成本高的問題，以便于對生產(chǎn)線上大批量太陽電池進(jìn)行測試。本發(fā)明包括模擬光源、參數(shù)測試儀和測試臺，模擬光源位于測試臺上方，測試臺下方設(shè)有散熱裝置；所述參數(shù)測試儀包括DSP、AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、電子負(fù)載模塊、顯示模塊、溫度測試模塊和光輻照度測試模塊。本發(fā)明采用DSP作為控制核心，設(shè)備裝置簡單，成本低廉，可以實(shí)時監(jiān)測測試過程中溫度和光輻照度的變化，且能準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定測量太陽電池的各類參數(shù)短路電流、開路電壓、最大輸出功率、最佳工作電流、最佳工作電壓、填充因子、轉(zhuǎn)換效率和I-V曲線。
文檔編號G01R31/26GK101551437SQ20091006175
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者姜勝林, 張平川, 沈茂盛, 鹿才華, 黃兆祥, 黎步銀 申請人:華中科技大學(xué)