專利名稱：太陽能電池陣列伏安性能測試裝置及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏電池檢測領(lǐng)域，特別涉及太陽能電池陣列電流電壓性能測試裝置及測試方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，太陽能電池利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?yīng)用十分方便，成為替代煤與石油等礦物的清潔能源，得到快速發(fā)展。對太陽能電池的電流電壓性能進(jìn)行測試，能有效的控制太陽能光伏電池的生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)質(zhì)量。目前西安交通大學(xué)研制的JDSGC系列的太陽能電池參數(shù)測試儀是基于PC機(jī)或便攜式筆記本測試設(shè)備，測試精度高，測試時(shí)間短，但最大測試電壓范圍和電流范圍有限，且設(shè)備體積龐大、成本高，不適用于工程現(xiàn)場大規(guī)模施工測試和維護(hù)測試；目前國內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品只能滿足單電池、小組件的測量需求，不能應(yīng)用于太陽能電池陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池陣列伏安性能測試裝置及其測試方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中太陽能電池測試的電壓和電流范圍有限的問題，而且測試裝置實(shí)現(xiàn)微型化，便于工程現(xiàn)場對高電壓、大電流的太陽能電池陣列進(jìn)行測試。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括輔助電源E、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、電阻R1、電流采樣電阻R2、電阻R3、電容Cl、高速ADC和單片機(jī)；上述的第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2均具有控制端、輸入端和輸出端；單片機(jī)具有電壓信號輸入端、電流信號輸入端、第一控制信號輸出端和第二控制信號輸出端；高速ADC具有米樣電壓信號輸入端、米樣電流信號輸入端、電壓信號輸出端和電流信號輸出端；
上述的單片機(jī)的電壓信號輸入端與高速ADC的電壓信號輸出端電連接；單片機(jī)的電流信號輸入端與高速ADC的電流信號輸出端電連接；輔助電源電源E的正極和高速ADC的采樣電壓信號輸入端具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)使用時(shí)與太陽能電池陣列的正極電連接；輔助電源E的負(fù)極與電阻Rl的一端電連接；電阻Rl的另一端、電容Cl的一端以及第二開關(guān)管T2的輸出端共線；第二開關(guān)管T2的控制端與單片機(jī)的第一控制信號輸出端電連接;第二開關(guān)管T2的輸入端與電阻R3的一端電連接，電阻R3的另一端、電容Cl的另一端以及第一開關(guān)管Tl的輸入端共線；第一開關(guān)管Tl的控制端與單片機(jī)的第二控制信號輸出端電連接；第一開關(guān)管Tl的輸出端、高速ADC的米樣電流信號輸入端以及電流米樣電阻R2的一端共線；電流采樣電阻R2的另一端接地。進(jìn)一步的方案是上述的第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2均為絕緣柵耗盡型場效應(yīng)管。進(jìn)一步的方案是上述的第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2均為NPN型三極管。進(jìn)一步的方案是上述的第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2均為大功率絕緣柵雙極型晶體管。采用上述的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置測試太陽能電池陣列的方法包括如下步驟
①首先讓第二開關(guān)管T2開關(guān)管導(dǎo)通，調(diào)節(jié)開關(guān)管Tl，使太陽能電池兩端 電壓為0，測量短路電流；
②第二開關(guān)管T2斷開，第一開關(guān)管Tl導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC充電電路慢速充電過程；高速ADC連續(xù)采樣電阻R2兩端電流和太陽能電池兩端的電壓，并做好記錄，形成負(fù)載特性曲線；
③RC充電過程結(jié)束時(shí)，測得太陽能電池兩端的電壓即為開路電壓； ④第一開關(guān)管Tl關(guān)斷，第二開關(guān)管T2導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC快速放電過程，為下一次測量作好準(zhǔn)備。本發(fā)明具有積極的效果(1)通過采用RC充電電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的可變負(fù)載，避免了手動或微處理器調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，從而有效縮短測量伏安特性測量時(shí)間，減小了開關(guān)管的平均功耗。(2)通過采用高速AD轉(zhuǎn)換電路，將太陽能電池陣列的測量周期限制在毫秒級別，從而有效降低了開關(guān)管的平均電流，減少了對被測電池的損傷。


圖I為本發(fā)明的太陽能電池陣列伏安性能測試的電原理 圖2為本發(fā)明一次測試的控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I)
見圖1，本實(shí)施例的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，由輔助電源E、第一開關(guān)管Tl、第二開關(guān)管T2、電阻R1、電流采樣電阻R2、電阻R3、電容Cl、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)組成。第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2均具有控制端、輸入端和輸出端，本實(shí)施例中第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2優(yōu)選絕緣柵耗盡型場效應(yīng)管，簡稱MOS管，MOS管的柵極即為第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2的控制端，MOS管的漏極即為第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2的輸入端，MOS管的源極即為第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2的輸出端。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路簡稱高速ADC，后述均以高速ADC敘述。
單片機(jī)具有電壓信號輸入端03、電流信號輸入端04、第一控制信號輸出端01和第二控制信號輸出端02 ;高速ADC具有米樣電壓信號輸入端11、米樣電流信號輸入端12、電壓信號輸出端13和電流信號輸出端14。單片機(jī)的電壓信號輸入端03與高速ADC的電壓信號輸出端13電連接；單片機(jī)的電流信號輸入端04與高速ADC的電流信號輸出端14電連接。輔助電源電源E的正極和高速ADC的采樣電壓信號輸入端11具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)使用時(shí)與太陽能電池陣列的正極電連接；輔助電源E的負(fù)極與電阻Rl的一端電連接；電阻Rl的另一端、電容Cl的一端以及第二開關(guān)管T2的輸出端共線；第二開關(guān)管T2的控制端與單片機(jī)的第一控制信號輸出端01電連接；第二開關(guān)管T2的輸入端與電阻R3的一端電連接，電阻R3的另一端、電容Cl的另一端以及第一開關(guān)管Tl的輸入端共線；第一開關(guān)管Tl的控制端與單片機(jī)的第二控制信號輸出端02電連接；第一開關(guān)管Tl的輸出端、高速ADC的采樣電流信號輸入端12以及電流采樣電阻R2的一端共線；電流采樣電阻R2的另一端接地。本實(shí)施例中的電流采樣電阻R2可設(shè)置于電阻Rl、電容Cl、開關(guān)管Tl、太陽能電池和補(bǔ)償電源E組成的RC串聯(lián)回路中的任意位置。電容Cl也可選擇由多個電容采取串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等多種形式設(shè)置。參見圖2，本實(shí)施例的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置的工作原理和對太陽能電池陣列的伏安性能測試方法如下述
前述的輔助電源E、電阻R1、電容Cl、第一開關(guān)管Tl、電阻R2使用時(shí)和太陽能電池串聯(lián)構(gòu)成RC充電回路；電阻R3、電容Cl和開關(guān)管T2串聯(lián)構(gòu)成放電回路；輔助電源E為短路電流測試的補(bǔ)償電源；被測電壓直接取自太陽能電池兩端；單片機(jī)通過輸出控制信號，完成電路的充電階段、放電階段和零負(fù)載狀態(tài)的測試，單片機(jī)控制下對太陽能電池陣列的伏安性能測試的過程主要包括以下步驟
①首先讓第二開關(guān)管T2開關(guān)管導(dǎo)通，調(diào)節(jié)開關(guān)管Tl，使太陽能電池兩端電壓為0， 測量短路電流；
②第二開關(guān)管T2斷開，第一開關(guān)管Tl導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC充電電路慢速充電過程；高速ADC連續(xù)采樣電阻R2兩端電流和太陽能電池兩端的電壓，并做好記錄，形成負(fù)載特性曲線；
③RC充電過程結(jié)束時(shí)，測得太陽能電池兩端的電壓即為開路電壓；
④第一開關(guān)管Tl關(guān)斷，第二開關(guān)管T2導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC快速放電過程，為下一次測量作好準(zhǔn)備。單片機(jī)接收高速ADC采集的采樣電流和電壓信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，得出的太陽能電池的開路電壓、短路電流和伏安性能曲線等電學(xué)參數(shù)，可通過相應(yīng)設(shè)備繪制或者顯示其伏安特性也及I-V特性曲線；采集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果還可以通過有線通道傳送給本地計(jì)算機(jī)，或者通過無線通道傳送給遠(yuǎn)程服務(wù)器。(實(shí)施例2)
本實(shí)施例的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置及方法其他方面與實(shí)施例I相同，不同之處在于，第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2選用NPN型三極管，三極管的基極即為開關(guān)管的控制端；三極管的射極即為開關(guān)管的輸出端；三極管的集電極即為開關(guān)管的輸入端。(實(shí)施例3)
本實(shí)施例的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置及方法其他方面與實(shí)施例I相同，不同之處在于，第一開關(guān)管Tl和第二開關(guān)管T2選用大功率絕緣柵雙極型晶體管，英文簡稱IGBT,大功率絕緣柵雙極型晶體管的門極即為開關(guān)管的控制端；大功率絕緣柵雙極型晶體管的發(fā)射極即為開關(guān)管的輸出端；大功率絕緣柵雙極型晶體管的集電極即為開關(guān)管的輸入端。以上實(shí)施例是對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，其特征在于包括輔助電源(E)、第一開關(guān)管(Tl)、第二開關(guān)管(T2)、電阻(R1)、電流采樣電阻(R2)、電阻(R3)、電容(Cl)、高速ADC和單片機(jī)；所述的第一開關(guān)管(Tl)和第二開關(guān)管(T2)均具有控制端、輸入端和輸出端；單片機(jī)具有電壓信號輸入端(03)、電流信號輸入端(04)、第一控制信號輸出端(01)和第二控制信號輸出端(02);高速ADC具有米樣電壓信號輸入端(11)、米樣電流信號輸入端(12)、電壓信號輸出端(13)和電流信號輸出端(14)； 所述的單片機(jī)的電壓信號輸入端(03)與高速ADC的電壓信號輸出端(13)電連接；單片機(jī)的電流信號輸入端(04)與高速ADC的電流信號輸出端(14)電連接；輔助電源電源(E)的正極和高速ADC的采樣電壓信號輸入端(11)具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)使用時(shí)與太陽能電池陣列的正極電連接；輔助電源(E)的負(fù)極與電阻(Rl)的一端電連接；電阻(Rl)的另一端、電容(Cl)的一端以及第二開關(guān)管(T2)的輸出端共線；第二開關(guān)管(T2)的控制端與單片機(jī)的第一控制信號輸出端(01)電連接；第二開關(guān)管(T2)的輸入端與電阻(R3)的一端電連接，電阻(R3)的另一端、電容(Cl)的另一端以及第一開關(guān)管(Tl)的輸入端共線；第一開關(guān)管(Tl)的控制端與單片機(jī)的第二控制信號輸出端(02)電連接；第一開關(guān)管(Tl)的輸出端、高速ADC的采樣電流信號輸入端(12 )以及電流采樣電阻(R2 )的一端共線；電流采樣電阻(R2)的另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，其特征在于所述的第一開關(guān)管(Tl)和第二開關(guān)管(T2)均為絕緣柵耗盡型場效應(yīng)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，其特征在于所述的第一開關(guān)管(Tl)和第二開關(guān)管(T2)均為NPN型三極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置，其特征在于所述的第一開關(guān)管(Tl)和第二開關(guān)管(T2)均為大功率絕緣柵雙極型晶體管。
5.一種由權(quán)利要求I到4任一所述的太陽能電池陣列伏安性能測試裝置測試太陽能電池陣列的方法，其特征在于包括如下步驟 首先讓第二開關(guān)管T2開關(guān)管導(dǎo)通，調(diào)節(jié)開關(guān)管Tl，使太陽能電池兩端電壓為0， 測量短路電流； ②第二開關(guān)管T2斷開，第一開關(guān)管Tl導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC充電電路慢速充電過程；高速ADC連續(xù)采樣電阻R2兩端電流和太陽能電池兩端的電壓，并做好記錄，形成負(fù)載特性曲線； ③RC充電過程結(jié)束時(shí)，測得太陽能電池兩端的電壓即為開路電壓； ④第一開關(guān)管Tl關(guān)斷，第二開關(guān)管T2導(dǎo)通，電路進(jìn)入RC快速放電過程，為下一次測量作好準(zhǔn)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能電池陣列伏安性能測試裝置及其測試方法，包括輔助電源E、第一開關(guān)管T1、第二開關(guān)管T2、電阻R1、電流采樣電阻R2、電阻R3、電容C1、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)；輔助電源E、電阻R1、電容C1、第一開關(guān)管T1、電阻R2使用時(shí)和太陽能電池串聯(lián)構(gòu)成RC充電回路；電阻R3、電容C1和開關(guān)管T2串聯(lián)構(gòu)成放電回路；輔助電源E為短路電流測試的補(bǔ)償電源；單片機(jī)通過輸出控制信號，完成電路的充電階段、放電階段和零負(fù)載狀態(tài)的測試。本發(fā)明的裝置和測試方法通過使用RC充電放電回路替代傳統(tǒng)程控電子負(fù)載電阻，有效提高了測量速度，解決了太陽能光伏電池測量中高電壓大電流產(chǎn)生的功耗問題。
文檔編號G01R31/26GK102879722SQ20121034977
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者吳訪升, 陳鑒富, 王為善, 張紅琴, 楊銀忠 申請人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院