一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，包括：光源，所述光源為太陽(yáng)模擬光源；聚光系統(tǒng)，接收所述光源發(fā)出的模擬太陽(yáng)光并輸出一定能量聚光比的會(huì)聚光束，所述聚光系統(tǒng)包括會(huì)聚透鏡以及位于所述光源和會(huì)聚透鏡之間的孔徑可調(diào)的光闌；二次勻光系統(tǒng)，使得所述會(huì)聚光束均勻照射在被測(cè)試的電池片上。本實(shí)用新型的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，光闌設(shè)置在光源和聚光透鏡之間，可以輸出的面積較大均勻平行光，而且通過(guò)連續(xù)調(diào)整光闌孔徑的面積，可實(shí)現(xiàn)待測(cè)電池片接受的總光能量連續(xù)可調(diào)。勻光系統(tǒng)采用光漏斗或梯形棱鏡，可以利用會(huì)聚光束在光漏斗或梯形棱鏡中的多次全反射，而達(dá)到勻光的效果。
【專利說(shuō)明】一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)屬于光伏領(lǐng)域，特別是涉及一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，太陽(yáng)能電池作為一種新型的可再生能源，已經(jīng)越來(lái)越受到了人們的關(guān)注，其在能源產(chǎn)業(yè)上的地位也越來(lái)越重要。隨著太陽(yáng)能技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)于高效太陽(yáng)能電池的不斷的深入探究，由多個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的高效太陽(yáng)能電池和聚光組件共同組成的聚光太陽(yáng)能電池系統(tǒng)勢(shì)必將會(huì)成為太陽(yáng)能電池應(yīng)用的主流。
[0003]對(duì)于多個(gè)PN結(jié)的太陽(yáng)能電池，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往都不是直接工作在戶外太陽(yáng)光下，而是要通過(guò)聚光透鏡把一個(gè)大面積的太陽(yáng)光匯聚到一塊很小的電池表面，這樣使得該太陽(yáng)能電池表面單位面積接收到了高于普通太陽(yáng)光幾倍甚至幾百倍的光強(qiáng)(具體取決于透鏡面積和透鏡焦點(diǎn)光斑面積大小的比值)，這樣就使得一塊同樣大小的太陽(yáng)能電池產(chǎn)生更高的輸出電流(輸出電流會(huì)與聚光倍數(shù)成正比)和輸出電壓，因此可以大幅度的提高太陽(yáng)能電池的輸出功率。
[0004]然而，在不同的光照強(qiáng)度和不同的溫度下，太陽(yáng)能電池的電流-電壓特性也會(huì)發(fā)生變化。因此，需要檢驗(yàn)在I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光(戶外日光)的條件下性能良好的電池是否在高倍聚光條件下仍有優(yōu)良的電流電壓特性，并且希望能夠找出該電池在多少聚光倍數(shù)下能輸出最高的輸出功率，在多少聚光倍數(shù)下有最高的能量轉(zhuǎn)化效率等。太陽(yáng)能電池聚光測(cè)試系統(tǒng)就是一種能夠在高于普通太陽(yáng)光光強(qiáng)數(shù)倍或是數(shù)百倍的條件下對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行電流電壓性能測(cè)試并且有效記錄測(cè)試數(shù)據(jù)(開(kāi)路電壓，短路電流，填充因子，效率，串聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻等)和電流電壓曲線的的一套完整系統(tǒng)。
[0005]在當(dāng)前的太陽(yáng)能電池聚光測(cè)試領(lǐng)域中，往往都是通過(guò)添加聚光透鏡或者直接用高光強(qiáng)的光源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氙燈光源的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)聚光測(cè)試。
[0006]例如，圖1示出了一種通過(guò)添加菲涅爾透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)聚光的測(cè)試系統(tǒng)。其包括模擬光源10、聚光透鏡(例如菲涅爾透鏡)20、樣品臺(tái)40、光源控制器50、測(cè)試系統(tǒng)60等。測(cè)試電池30放在樣品臺(tái)40上。聚光透鏡20用于會(huì)聚由模擬光源10例如標(biāo)準(zhǔn)氙燈光源發(fā)出的模擬太陽(yáng)光。由聚光透鏡20會(huì)聚的高光強(qiáng)的光斑照射在測(cè)試電池30上。光源控制器50可用于調(diào)節(jié)模擬光源10的功率來(lái)控制模擬光源I輸出的模擬太陽(yáng)光的強(qiáng)度。測(cè)試系統(tǒng)60包括半導(dǎo)體參數(shù)儀、電腦等，均通過(guò)導(dǎo)線電連接到光源控制器50和測(cè)試電池30，用于實(shí)時(shí)地對(duì)測(cè)試電池30進(jìn)行電流電壓性能測(cè)試。
[0007]上述測(cè)試系統(tǒng)的聚光倍數(shù)是由菲涅爾透鏡20的面積與通過(guò)菲涅爾透鏡20后照射在電池30平面上的光斑的面積的比值決定的，可以通過(guò)調(diào)整菲涅爾透鏡20到電池30表面的垂直距離，來(lái)改變光斑面積的大小(光斑面積一定要比電池面積大，透鏡面積/電池面積是該透鏡理論能滿足的最大聚光倍數(shù))，以達(dá)到調(diào)節(jié)聚光倍數(shù)的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同聚光倍數(shù)下的電池性能的測(cè)試。
[0008]但是由于散射光的存在以及光在傳播途徑中的損失，聚光倍數(shù)不是與聚光透鏡到電池表面的距離線性地成比例，因此往往不能準(zhǔn)確、定量地校準(zhǔn)聚光倍數(shù)。換句話說(shuō)，在光強(qiáng)一定的情況下，現(xiàn)有的采用菲涅爾透鏡的聚光測(cè)試系統(tǒng)都只能通過(guò)改變菲涅爾透鏡的位置單純地增加或者減小聚光倍數(shù)，測(cè)試人員并不能準(zhǔn)確地知道照射到電池表面的光斑的聚光倍數(shù)。
[0009]另外，采用聚光光源來(lái)實(shí)現(xiàn)聚光測(cè)試的系統(tǒng)，即把標(biāo)準(zhǔn)光源直接更換為具有一定聚光倍數(shù)的聚光光源，直接對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試，不需要添加任何聚光透鏡。這樣雖然可以定量地確定單一的聚光倍數(shù)，然而被測(cè)光斑聚光倍數(shù)不可調(diào)整是其一大缺點(diǎn)，而且聚光光源造價(jià)昂貴，難以廣泛應(yīng)用。
[0010]中國(guó)專利第201210558836.4公開(kāi)了一種太陽(yáng)能電池聚光測(cè)試系統(tǒng)，其通過(guò)設(shè)置一光闌以實(shí)現(xiàn)聚光倍數(shù)可調(diào)，同時(shí)測(cè)試人員可以準(zhǔn)確地知道照射到電池表面的光斑的聚光倍數(shù)。但是其將光闌設(shè)置聚光透鏡的下方，具有如下缺點(diǎn):由于經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚后的會(huì)聚光束能量較高，會(huì)帶來(lái)光闌的局部溫度的明顯升高，而且高能量聚光比的會(huì)聚光束經(jīng)過(guò)光闌散射后，也會(huì)導(dǎo)致光闌附近其它部件溫度的明顯升高，從而給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。
[0011]有鑒于此，有必要提供一種新型的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中聚光倍數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確確定、聚光倍數(shù)不能大范圍連續(xù)可調(diào)以及光闌局部溫度明顯升高的問(wèn)題。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0014]本申請(qǐng)公開(kāi)了一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，包括:
[0015]光源，所述光源為太陽(yáng)模擬光源；
[0016]聚光系統(tǒng)，接收所述光源發(fā)出的模擬太陽(yáng)光并輸出一定能量聚光比的會(huì)聚光束，所述聚光系統(tǒng)包括會(huì)聚透鏡以及位于所述光源和會(huì)聚透鏡之間的孔徑可調(diào)的光闌；
[0017]二次勻光系統(tǒng)，使得所述會(huì)聚光束均勻照射在被測(cè)試的電池片上。
[0018]優(yōu)選的，在上述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)中，所述二次勻光系統(tǒng)為光漏斗或梯形棱鏡。
[0019]優(yōu)選的，在上述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)中，所述光漏斗固定于三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
[0020]優(yōu)選的，在上述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)中，所述二次勻光系統(tǒng)為設(shè)計(jì)為梯形棱鏡或光漏斗等二次勻光器形式，使會(huì)聚透鏡輸出的會(huì)聚光束以全反射條件透過(guò)二次勻光器后照射在被測(cè)器件上。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0022]1、光闌設(shè)置在光源和聚光透鏡之間，一方面此時(shí)照射或透過(guò)光闌的光，仍為模擬光源輸出的面積較大均勻平行光，一般能量密度在一個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度附近，能量密度遠(yuǎn)低于經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚后的會(huì)聚光束能量密度，可以避免光闌的局部溫度明顯升高；另一方面由于此時(shí)光源面積較大，意味光闌孔徑的可調(diào)空間也較大，從而通過(guò)連續(xù)調(diào)整光闌孔徑的面積，可實(shí)現(xiàn)待測(cè)電池片接受的總光能量連續(xù)可調(diào)，也即聚光倍數(shù)連續(xù)可調(diào)。
[0023]2、勻光系統(tǒng)采用光漏斗或梯形棱鏡，一方面可以利用會(huì)聚光束在光漏斗或梯形棱鏡中的多次全反射，而達(dá)到勻光的效果；另一方面由于室內(nèi)太陽(yáng)光模擬光源，畢竟不同于真正的太陽(yáng)光，會(huì)將模擬光源系統(tǒng)中勻光結(jié)構(gòu)等，如普遍使用的復(fù)眼勻光結(jié)構(gòu)成像于待測(cè)器件表面，從而造成電池片在聚光測(cè)試中受光不均勻，而本實(shí)用新型中采用的光漏斗或梯形棱鏡等勻光系統(tǒng)可克服透鏡對(duì)光源系統(tǒng)成像而帶來(lái)的光不均勻影響；最后根據(jù)電池形狀，光漏斗或梯形棱鏡底端平面可通過(guò)設(shè)計(jì)成與電池形狀一樣的尺寸，以實(shí)現(xiàn)聚光光斑形狀與電池形狀的匹配。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能電池聚光測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本實(shí)用新型的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施方式。
[0028]在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本實(shí)用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實(shí)用新型關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0029]參圖2所示，在本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例中，高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)包括光源1，光源I發(fā)出模擬太陽(yáng)光。光源I采用標(biāo)準(zhǔn)氙燈，其可包括光源開(kāi)關(guān)、濾光片等部件。光源I還可以為脈沖光源。
[0030]高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)還包括聚光系統(tǒng)2，聚光系統(tǒng)2接收光源I發(fā)出的模擬太陽(yáng)光并輸出一定能量聚光比的會(huì)聚光束。聚光系統(tǒng)包括會(huì)聚透鏡21以及位于光源I和會(huì)聚透鏡21之間的孔徑可調(diào)的光闌22。
[0031]高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)還包括二次勻光系統(tǒng)3, 二次勻光系統(tǒng)3使得會(huì)聚光束均勻照射在被測(cè)試的電池片上。
[0032]二次勻光系統(tǒng)3優(yōu)選為光漏斗，其以滿足全反射條件接收由聚光系統(tǒng)2輸出的會(huì)聚光束，并最終使會(huì)聚光束均勻地照射在測(cè)試電池片4上。測(cè)試電池片4放置于樣品臺(tái)5上。
[0033]光漏斗安裝于三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光漏斗三維方向的運(yùn)動(dòng)控制，一方面在更換測(cè)試樣品時(shí)，三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)可控制光漏斗至另一工作位置，實(shí)現(xiàn)光漏斗的保護(hù)，另一方面在更換完測(cè)試樣品后，又可控制測(cè)試光路的靈活調(diào)整和恢復(fù)。
[0034]在其他實(shí)施例中，二次勻光系統(tǒng)3還可以為平行光透鏡，平行光透鏡可以使得會(huì)聚透鏡會(huì)聚的光轉(zhuǎn)化為平行光輸出。二次勻光系統(tǒng)還可以設(shè)計(jì)為梯形棱鏡二次勻光器形式，使會(huì)聚透鏡輸出的會(huì)聚光束以全反射條件透過(guò)二次勻光器后照射在被測(cè)器件上。
[0035]上述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法如下:
[0036]S1、光源連續(xù)輸出或脈沖輸出模擬太陽(yáng)光；
[0037]S2、模擬太陽(yáng)光分別經(jīng)過(guò)光闌和會(huì)聚透鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)光闌的孔徑大小，以輸出一定能量聚光比的會(huì)聚光束；
[0038]S3、通過(guò)二次勻光系統(tǒng)使得會(huì)聚光束均勻地照射在被測(cè)試的電池片上，二次勻光系統(tǒng)為三維可調(diào)的光漏斗，并以滿足全反射條件接收會(huì)聚光束，并最終使會(huì)聚光束均勻照射在被測(cè)試的電池片上。
[0039]綜上所述，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0040]1、光闌設(shè)置在光源和聚光透鏡之間，一方面此時(shí)照射或透過(guò)光闌的光，仍為模擬光源輸出的面積較大均勻平行光，一般能量密度在一個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度附近，能量密度遠(yuǎn)低于經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚后的會(huì)聚光束能量密度，可以避免光闌的局部溫度明顯升高；另一方面由于此時(shí)光源面積較大，意味光闌孔徑的可調(diào)空間也較大，從而通過(guò)連續(xù)調(diào)整光闌孔徑的面積，可實(shí)現(xiàn)待測(cè)電池片接受的總光能量連續(xù)可調(diào)，也即聚光倍數(shù)連續(xù)可調(diào)。
[0041]2、勻光系統(tǒng)采用光漏斗或梯形棱鏡，一方面可以利用會(huì)聚光束在光漏斗或梯形棱鏡中的多次全反射，而達(dá)到勻光的效果；另一方面由于室內(nèi)太陽(yáng)光模擬光源，畢竟不同于真正的太陽(yáng)光，會(huì)將模擬光源系統(tǒng)中勻光結(jié)構(gòu)等，如普遍使用的復(fù)眼勻光結(jié)構(gòu)成像于待測(cè)器件表面，從而造成電池片在聚光測(cè)試中受光不均勻，而本實(shí)用新型中采用的光漏斗或梯形棱鏡等勻光系統(tǒng)可克服透鏡對(duì)光源系統(tǒng)成像而帶來(lái)的光不均勻影響；最后根據(jù)電池形狀，光漏斗或梯形棱鏡底端平面可通過(guò)設(shè)計(jì)成與電池形狀一樣的尺寸，以實(shí)現(xiàn)聚光光斑形狀與電池形狀的匹配。
[0042]最后，還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
【權(quán)利要求】
1.一種高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光源，所述光源為太陽(yáng)模擬光源； 聚光系統(tǒng)，接收所述光源發(fā)出的模擬太陽(yáng)光并輸出一定能量聚光比的會(huì)聚光束，所述聚光系統(tǒng)包括會(huì)聚透鏡以及位于所述光源和會(huì)聚透鏡之間的孔徑可調(diào)的光闌； 二次勻光系統(tǒng)，使得所述會(huì)聚光束均勻照射在被測(cè)試的電池片上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述二次勻光系統(tǒng)為光漏斗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述光漏斗固定于三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高倍聚光光伏電池測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述二次勻光系統(tǒng)設(shè)計(jì)為梯形棱鏡或光漏斗形式，使會(huì)聚透鏡輸出的會(huì)聚光束以全反射條件透過(guò)二次勻光器后照射在被測(cè)器件上。
【文檔編號(hào)】H02S50/15GK203660987SQ201320796784
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】周桃飛, 徐科, 張敏, 劉磊, 田飛飛, 鄭樹(shù)楠, 張志強(qiáng), 顧泓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所