太阳能电池板输出功率测试的选择

2020-09-02 17:18 ryder

光伏太阳能行业的发展提升了对太阳能电池板(及光伏太阳能摸组)检测和精确测量解决方法的需求,并且伴随着太阳能电池板外形尺寸的增加和效率的提升,电池检测要应用更大的瞬时电流和更高的功率水准,这就要求选用更为灵活的检测设备。
 
一般 要精确测量太阳能电池板的各项重要参数。这一些参数是:
 
●ISC——短路电流。当负载电阻就等于0时,从电池流出的瞬时电流。
 
●VOC——开路电压。在瞬时电流就等于0时的电池电压。
 
●Vmax——在Pmax点,电池的电压值。
 
●Pmax——电池的最大功率输出。电池输出最大功率时的电压值和电流值。I-V曲线(图1)上的Pmax点一般 被称为最大功率点(MPP)。
 
●η——元件的转换效率。当太阳能电池板连接到一个电路时,这一个值就等于被转换的能量(从吸收的太阳光到电能)与被采集的能量的百分比计算。这一个值都可以经过将Pmax除以输入的光辐照度(E,单位是W/m2,在标准检测条件下进行精确测量),再乘以太阳能电池板的表面积(AC,单位是平方米)计算得到。
 
●Imax——在Pmax点,电池的电流值。
 
●填充因子(FF)—Pmax除以VOC再乘上ISC。
 
●电池旁路电阻(或并联电阻)。
 
●电池二极管属性。
 
●电池串联电阻。
 
常见解决方法
 
现在,太阳能电池板检测解决方法主要有两种形式:完整的交钥匙系统和通用的测试仪器。
 
如果要在太阳能电池板最大的输出功率时进行检测,诸多科研实验室都具备低功耗四象限电源(有时也被称作SMU),并兼具以下功能:
 
●精确地精确测量待测元件(DUT)的电压和电流(精确测量也被称为检测)。
 
●提供精确的正向和反向电流(提供反向电流也被称为电流流入到电源中)。
 
●提供精确的正电压和负电压(“提供”也可被称作“施加”)。
 
大多数高精度四象限电源都只能提供3A的电流或20W的连续功率。
 
在这类状况下,技术工程师理应凭借现有的直流电子负载、直流稳压电源、DMM和数据收集设备,包括温度检测、扫描、转换和数据记录设备,便于在宽泛的操作范围内灵活地开展特有的检测,并且达到预估的检测精确度。比如,还可以使用数据收集系统来扫描环境和待测器件的温度,已校准的参考电池的电压,以及在检测中需要捕获的各种其他检测参数。
 
在检测较小的单个电池时,这一些最大的电流和功率是可接受的,但是伴随着电池技术向更高的效率、更大的电流密度和更大的电池外形尺寸推进,电池的功率输出将很快会超出这一些四象限电源的最大的额定值。光伏太阳能摸组的输出一般 会超过50W,并且可能会爬升至300W或更高,这意味着诸多针对摸组的检测都无法使用四象限电源来完成。
 
户外检测
 
一些技术工程师会使用交钥匙的太阳能电池板检测设备来开展检测,这类设备采用一类太阳能模拟器,这也是一类标准化的光源,可用于控制进入太阳能电池板的光能。只不过,假如太阳能电池板或模组特别大,太阳能模拟器将没法形成充裕的光。
 
比如,被测的太阳能模组可能是大中型户外太阳能采集系统的一部分。在这类状况下,太阳本身将是检测中唯一实际可用的光源。那么既然在户外实际上不太可能运送一整套无太阳能模拟器的完整的交钥匙检测系统,因此这类检测就需要使用由标准测试设备改进而成的某些其他检测解决方案来实行。
 
很多仪器设备供应商并没有指明他们的检测设备在温度处于室温附近极窄范围(如25℃±5℃)之外时的性能。其他供应商则提供了一项温度系数规格,能够调整检测设备的精确度规范,以针对工作在其特定操作温度范围之外开展校准。
 
户外检测需要考虑的另一项因素是温度。由于电池的性能会受到温度的影响,因此需要在检测中监视温度。不仅电池性能依赖于温度,而且检测设备的性能也依赖于温度。
 
适用于更高功率检测的负载
 
针对功率大的应用,标准的直流电子负载可用于检测太阳能电池板。很多技术工程师不会想到使用直流电子负载来检测太阳能电池板,因为他们习惯于使用交钥匙系统或四象限电源。
 
考虑到太阳能电池板会形成能量,当使用四象限电源对它开展检测时,电源的实际工作模式是:太阳能电池板在电源的端子上施加一个正电压。同时,电流从太阳能电池板流入四象限电源的端子,这意味着四象限电源看到的是反向电流(就其端子而言)。在这类条件下,也可以称四象限电源是“电源沉”。
 
从电学上讲,两端加有正电压并有电流流入(也就是反向电流)的仪器设备被称为直流电子负载。因此,针对大多数有光照射并且太阳能电池板也形成能量的太阳能电池板检测而言,四象限电源实际上发挥着直流电子负载的作用。
 
直流电子负载可在恒压模式下运行,也称之为CV模式。在CV模式下,负载能够借助调节流经自身的电流,进而调节它两端的工作电压,以维持稳定的工作电压值。因此,CV模式可用于创建工作电压扫描,使用负载来控制太阳能电池板输出端的工作电压,随后测量产生的电流。
 
使用直流电子负载的优势在于这类负载可用在各种电流和功率水平。使用额定50W或高达数千瓦特和数百安培的直流电子负载,还可以轻松克服四象限电源带来的3A,20W的限制。
 
能够使用直流电子负载的CV模式来测量太阳能电池板的I-V曲线图
 
一些负载能够迅速地执行一系列CV定位点,便于在CV模式下扫描输出工作电压,进而迅速地描绘出I-V曲线图。另外,负载能够将从太阳能电池板流出到负载内的电流波形信息化,类似捕捉数字示波器曲线图。
 
可是,许多直流电子负载都具有低电压运行极限,必须在负载的正负输入端之间施加最小的工作电压。常见直流电子负载的最小输入工作电压是2~3V。为了摆脱这些限制,能够为负载串联1个直流电源。这些直流电源被称作偏置电源,因为它为负载提供了1个偏置电压。
 
借助画出由扫描控制的CV工作电压对信息化实际电流的图形,就可以创建出I-V曲线图。并且由于这也是借助迅速扫描得到的,因此全部检测能够在大概1秒内结束,这时候电池还不会由于强烈的光源而发热并产生温度变化。
 
能够使用直流偏置电源来配置直流电子负载
 
一般 ,偏置电源被设定为3V,以确保始终达到负载的最低工作电压需求。直流源的工作电压对太阳能电池板没有任何影响,后者是工作电压浮动器件;直流源仅仅是将太阳能电池板的工作电压提高了3V。

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