太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)，包括：作為光照傳感器的四塊經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池，一個與四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池相連接的數(shù)據(jù)采集單元，以及一臺與數(shù)據(jù)采集單元連接的計算機(jī)。一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池固定在被測太陽模擬器有效輻照面的邊緣處，其余三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池依次布置在太陽模擬器有效輻照面的三個左右相鄰的等分單元格內(nèi)；把三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池從太陽模擬器有效輻照面的左上角開始，以三個單元格為一個單位不重疊地手動順序移動，覆蓋太陽模擬器有效輻照面的所有行。本系統(tǒng)檢測到的信號通過數(shù)據(jù)處理得出太陽模擬器的輻照不均勻度值和不穩(wěn)定度值，依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904‐9:2007做出等級評定。
【專利說明】太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽模擬器是模擬自然太陽光的光譜和輻照度的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于光伏器件的電性能參數(shù)和耐久性測量，按照工作模式可以劃分為穩(wěn)態(tài)型和脈沖型兩大類。脈沖型太陽模擬器一般只用于光伏器件的1-V特性測量，穩(wěn)態(tài)型太陽模擬器可用于光伏器件1-V特性測量和耐久性測量。地面用光伏器件測量所用的太陽模擬器等級根據(jù)光譜分布、輻照不均勻度、輻照不穩(wěn)定度三個指標(biāo)依次進(jìn)行評價。
[0003]隨著越來越多的太陽模擬器在光伏行業(yè)投入使用，太陽模擬器的性能評價成為當(dāng)前測試技術(shù)的一大熱門研究方向。專利201020577557.9采用一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為光照傳感器來進(jìn)行采集，在有效輻照面內(nèi)所劃分單元格里通過手動順次移動來測量輻照不均勻度。采集到的信號通過一個數(shù)據(jù)采集器經(jīng)AD轉(zhuǎn)化后傳送給計算機(jī)。使用該裝置進(jìn)行測試，不能規(guī)避脈沖型太陽模擬器的各次閃光輻照度值的變化所引起的偏差，從而導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，不能很好地評價太陽模擬器的不均勻度指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度的測試系統(tǒng)。本發(fā)明可以更精確地測試太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度，在具有光電信號轉(zhuǎn)換，高精度高采樣率獨立AD硬件的基礎(chǔ)上，通過采用多塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為光照傳感器同步采集數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了不同時間點太陽模擬器輻照不穩(wěn)定度對不均勻度測試的影響。本測試系統(tǒng)體積較小，便于攜帶，適用于不同類型的太陽模擬器。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明測試系統(tǒng)包括:
[0007]四塊經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池，所述的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為本發(fā)明測試系統(tǒng)的光照傳感器；
[0008]一個數(shù)據(jù)采集單元，該數(shù)據(jù)采集單元與四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池相連接，對本系統(tǒng)所采集的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；
[0009]一臺計算機(jī)，該計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集單元通過USB數(shù)據(jù)線連接，對本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)顯示和處理；
[0010]本系統(tǒng)用于測試太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度值，并得出該指標(biāo)的性能等級。
[0011]所述的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池尺寸為2cmX2cm，材料為多晶硅或單晶硅。所述的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池經(jīng)過標(biāo)定，有穩(wěn)定的標(biāo)定值。該標(biāo)準(zhǔn)光伏電池按照國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-2:2007的規(guī)定制作。
[0012]所述的數(shù)據(jù)采集單元包括一個四通道獨立AD數(shù)據(jù)采集卡和四個阻值為0.1歐姆的高精密標(biāo)準(zhǔn)電阻；所述的數(shù)據(jù)采集卡的四個通道與高精密標(biāo)準(zhǔn)電阻是一一對應(yīng)的關(guān)系。
[0013]所述的數(shù)據(jù)采集卡有四個通道，每個通道包含正、負(fù)兩個接口，每個通道的正、負(fù)接口分別連接對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻的兩端。所述的數(shù)據(jù)采集卡用于采集電阻兩端的電壓值，所采集的電壓值信號通過數(shù)據(jù)采集卡AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳送給計算機(jī)。
[0014]所述的數(shù)據(jù)采集單元包含四個輸入通道，一個輸出通道。
[0015]所述的數(shù)據(jù)采集單元的輸入通道通過高頻電纜線與標(biāo)準(zhǔn)光伏電池連接，四個輸入通道分別與四個標(biāo)準(zhǔn)光伏電池連接。所述的輸出通道通過帶屏蔽環(huán)的高速USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)連接。
[0016]所述的計算機(jī)將采集到的信號顯示出數(shù)據(jù)曲線，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得出太陽模擬器的輻照均勻度值和不穩(wěn)定度值，依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-9:2007做出等級評定。
[0017]本發(fā)明的工作過程是:
[0018]確定被測太陽模擬器的有效輻照面大小后，根據(jù)IEC60904-9:2007國際標(biāo)準(zhǔn)將有效輻照面等分為若干單元格。將其中一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池固定在被測太陽模擬器有效輻照面的邊緣處，其余三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池依次布置在太陽模擬器有效輻照面的三個左右相鄰的等分單元格內(nèi)。把三塊待移動的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為一個整體，從太陽模擬器有效輻照面的左上角開始，從左往右在第一行單元格中，以三格為一個單位不重疊地手動順序移動，覆蓋完第一行單元格以后，接著以同樣順序在第二行單元格手動移動，依次類推，覆蓋太陽模擬器有效輻照面的所有行。若從左往右的等分單元格不是三的整數(shù)倍，可在移動到最右側(cè)時減少一塊或兩塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池，確保正好覆蓋太陽模擬器有效輻照面內(nèi)的所有單元格，避免多測。
[0019]將在每個太陽模擬器有效輻照面的等分單元格里標(biāo)準(zhǔn)光伏電池產(chǎn)生的電流信號，連同固定在被測太陽模擬器有效輻照面邊緣處的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池產(chǎn)生的電流信號，通過高頻電纜線傳送給數(shù)據(jù)采集單元。
[0020]經(jīng)過數(shù)據(jù)采集單元里的標(biāo)準(zhǔn)精密電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，并經(jīng)AD轉(zhuǎn)化后，將數(shù)字信號通過USB數(shù)據(jù)線傳送給計算機(jī)。
[0021]通過計算機(jī)處理分析數(shù)據(jù)，分別得出該太陽模擬器的輻照不均勻度和不穩(wěn)定度，并做出該指標(biāo)的性能等級評價。
[0022]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點是:
[0023]1.本發(fā)明采用一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池固定在被測太陽模擬器有效輻照面的邊緣處，另外三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池在被測太陽模擬器有效輻照面所劃分單元格里手動順次移動來測量輻照度值。三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池測得的輻照度值經(jīng)與固定在被測太陽模擬器的有效輻照面邊緣處的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池測得的輻照度值進(jìn)行比較、修正，得到太陽模擬器不均勻度，規(guī)避了脈沖型太陽模擬器的各次閃光或穩(wěn)態(tài)模擬器隨著測試時間點的不同輻照度值的變化，所造成的光源不穩(wěn)定度對不均勻度測試產(chǎn)生的影響。
[0024]2.本發(fā)明不僅適用于脈沖型太陽模擬器，而且適用于穩(wěn)態(tài)太陽模擬器。
[0025]3.本發(fā)明采用三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池同時移動，提高了測試效率，簡化了測試流程。
[0026]4.本發(fā)明采用四路獨立AD數(shù)據(jù)采集單元，實現(xiàn)了四通道同步采集，提高了測試精度。
[0027]5.本發(fā)明采用高達(dá)lM/s采樣頻率的數(shù)據(jù)采集單元，可在有限的時間段內(nèi)，增加采樣點數(shù)，提高了單位時間段內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)樣本數(shù)量，提高了采集精度。
[0028]6.本發(fā)明采用性能穩(wěn)定的高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻，提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化精度。
[0029]7.本發(fā)明采用的計算機(jī)不僅可以顯示數(shù)據(jù)，還可以對數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行自動化處理，根據(jù)計算結(jié)果判定參數(shù)指標(biāo)等級，并自動生成測試報告，有效的提高了試驗效率，節(jié)約了人力成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中:C11號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池、C22號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池、C33號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池、C44號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池；
[0031]圖2本發(fā)明中四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池位置擺放及移動順序示意圖；
[0032]圖3采用本發(fā)明測試某型脈沖太陽模擬器的不均勻度平面圖；
[0033]圖4采用本發(fā)明測試某型脈沖太陽模擬器的不穩(wěn)定度數(shù)據(jù)曲線圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)包括:1號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池Cl、2號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C2、3號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C3、4號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C4。四個標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C1、C2、C3、C4作為本發(fā)明的光照傳感器。所述的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池尺寸為2cmX2cm,材料為多晶硅或單晶硅。該電池按照國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-2:2007的規(guī)定，以鋁合金外殼封裝制作，經(jīng)標(biāo)定試驗后具有穩(wěn)定的標(biāo)定值。
[0036]所述的I號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池Cl固定在被測太陽模擬器有效輻照面的邊緣處，以此I號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池Cl作為基準(zhǔn)，用于輻照度的比對和不穩(wěn)定度的修正。
[0037]所述的2號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C2、3號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C3和4號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C4布置在太陽模擬器輻照面的三個左右相鄰的等分單元格內(nèi)，手動順次移動所述的三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池來測量太陽模擬器的輻照度值。移動方法為:把三塊待移動的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池:所述的2號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C2、3號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C3和4號標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C4作為一個整體，從太陽模擬器有效輻照面的左上角開始，從左往右在第一行單元格中，以三格為一個單位，不重疊地手動順序移動，覆蓋完第一行單元格以后，接著以同樣順序在第二行單元格中手動移動，依次類推，覆蓋太陽模擬器有效輻照面的所有行。若從左往右的等分單元格不是三的整數(shù)倍，可在移動到最右側(cè)時減少一塊或兩塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池，確保正好覆蓋太陽模擬器有效輻照面內(nèi)的所有單元格，避免多測。
[0038]本發(fā)明還包括一個數(shù)據(jù)采集單元。所述數(shù)據(jù)采集單元包括一個四通道獨立AD數(shù)據(jù)采集卡和四個阻值為0.1歐姆的高精密標(biāo)準(zhǔn)電阻Rl、R2、R3和R4 ;所述的四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池C1、C2、C3、C4分別通過所述的數(shù)據(jù)采集單元的對應(yīng)通道與對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、R2、R3或R4形成四個閉環(huán)回路，所述的四個閉環(huán)回路在光照條件下產(chǎn)生電流；所述數(shù)據(jù)采集單元里的數(shù)據(jù)采集卡有四個輸入通道，每個輸入通道包含正、負(fù)兩個接口，每個通道的正、負(fù)接口分別連接對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻Rl、R2、R3或R4的兩端，用來在采集所述的四個0.1歐姆的高精密標(biāo)準(zhǔn)電阻Rl、R2、R3和R4兩端的電壓信號。四路電壓信號經(jīng)過所述的數(shù)據(jù)采集卡AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過所述的數(shù)據(jù)采集單元輸出通道經(jīng)USB數(shù)據(jù)線傳送給計算機(jī)。[0039]本發(fā)明還包括一臺計算機(jī)，該計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集單元通過USB數(shù)據(jù)線連接，對本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)顯示和處理。所述計算機(jī)將采集到的信號顯示出數(shù)據(jù)曲線，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得出太陽模擬器的輻照不均勻度值和不穩(wěn)定度值，并依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-9:2007判定該指標(biāo)的性能等級。
[0040]本系統(tǒng)測試太陽模擬器的工作步驟依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60904-9:2007所述步驟進(jìn)行。本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為輻照度光照傳感器，根據(jù)太陽模擬器的有效輻照面大小，將有效福照面等分為若干個測試方格。將一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為參考電池固定在有效輻照面邊緣處，其它三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池通過手動移動測量不同位置處的輻照度值。各塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池通過數(shù)據(jù)采集單元四路同步采集太陽模擬器的輻照度值，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送至計算機(jī)。由計算機(jī)處理，經(jīng)過與參考電池比對，進(jìn)行輻照度修正計算，推算出太陽模擬器有效輻照面內(nèi)各個測試方格的輻照不均勻度值。[0041]1、輻照不均勻度測試
[0042]實施例:某一脈沖太陽模擬器有效輻照面為200cmX IOOcm0將此面積除以64后得到312.5cm2。由于該值小于400cm2，因此標(biāo)準(zhǔn)光伏電池的最大尺寸不能超過312.5cm2，有效輻照面內(nèi)至少要劃分64個方格。如果劃分為八行九列共72個方格進(jìn)行測試，采用四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為光照傳感器進(jìn)行測量。其中一塊作為參考電池，放置于有效輻照面的邊緣處。另三塊作為移動電池，依次布置在太陽模擬器有效輻照面內(nèi)三個左右相鄰的等分單元格內(nèi)，把三塊待移動的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池作為一個整體，從有效輻照面的左上角開始，從左往右在第一行單元格中以三格為一個單位不重疊地手動順序移動三次，覆蓋完第一行單元格以后，接著以同樣順序在第二行單元格里手動移動，依次類推，共手動順次移動24次，確保正好覆蓋所有太陽模擬器有效輻照面內(nèi)的72個單元格，如圖2所示。數(shù)據(jù)采集單元同步采集四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池的測試信號，送入計算機(jī)處理。采集的太陽模擬器輻照度的數(shù)值，經(jīng)過與參考電池采集到的數(shù)值進(jìn)行修正，得到修正后的輻照度值，作為各測試方格的有效輻照度值。
[0043]該脈沖太陽模擬器的不均勻度矩陣數(shù)據(jù)見表1，不均勻度平面圖見圖3。
[0044]表1不均勻度矩陣
[0045]
997.16~1999.35 11015.84 11017.70 1997.46~Il007.32 |?022.28 Il029.79 |?033.34
997.61 1001.21 1009.65 997.57 999.12 1009.78 1022.47 1029.55 1028.25
998.02 1003.58 999.74 1002.53 1001.12 1014.52 1028.04 1030.74 1027.98
997.18 1012.95 1002.75 998.25 1006.29 1014.97 1027.52 1026.35 1029.61
1006.26 999.91~ 1001.84 1004.94 1003.40 1019.13 1024.96 1028.35 1035.97
1003.73 1001.20 1004.91 1006.00 1009.46 1012.47 1024.50 1033.48 1035.45
997.66 1003.01 1007.24 1000.97 1011.50 1015.83 1025.33 1036.17 1030.86
【權(quán)利要求】
1.一種太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的測試系統(tǒng)包括: 四塊經(jīng)過標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)光伏電池(Cl、C2、C3、C4)，作為所述的測試系統(tǒng)的光照傳感器； 一個數(shù)據(jù)采集單元，該數(shù)據(jù)采集單元的四個輸入通道與四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池(C1、C2、C3、C4)相連接，對所述的測試系統(tǒng)所采集的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換； 一臺計算機(jī)，該計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集單元通過USB數(shù)據(jù)線連接，對所述的測試系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)處理和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元里包括一個四通道獨立AD數(shù)據(jù)采集卡和四個阻值為0.1歐姆的標(biāo)準(zhǔn)電阻(R1、R2、R3、R4);所述的數(shù)據(jù)采集卡的每個通道的正、負(fù)接口分別連接對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器輻照不均勻度和不穩(wěn)定度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的四塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池中，一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池(Cl)固定在被測太陽模擬器有效輻照面的邊緣處，其余三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池(C2、C3、C4 )依次布置在太陽模擬器有效輻照面的三個左右相鄰的等分單元格內(nèi)；以三塊標(biāo)準(zhǔn)光伏電池(C2、C3、C4)作為一個整體，從太陽模擬器有效輻照面的左上角開始，從左往右在第一行單元格中，以三個單元格為一個單位不重疊地手動順序移動，覆蓋完第一行單元格以后，接著以同樣順序在第二行單元格手動移動，依次類推，覆蓋太陽模擬器有效輻照面的所有行。
【文檔編號】G01R35/02GK103472430SQ201310391070
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】翟永輝, 劉海濤, 張彬 申請人:中國科學(xué)院電工研究所