专利名称：一种光伏电池特性测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光伏电池测试装置。
背景技术：
光伏电池在一定输出电压范围内是恒流输出，在接近电压拐点的特定电压值下产生最大功率点，如图1所示。为了得到光伏电池电压-电流曲线，传统方法通常在输出端接入一个滑动变阻器，通过改变电阻值，得到若干电压-电流坐标点，然后建立坐标轴描出电压-电流曲线。若想得到连续变化的曲线，则需要自动变化的电阻，进而要求用到电机控制，控制及测试方法十分繁琐。也正因为如此，传统测试设备通常成本高。而且，大部分现有的电压-电流曲线测试仪器都是用于50千瓦以上的检测，类似产品单价在几万元到几十万元不等，如意大利HT公司开发的IV400测试仪。而对于小型光伏矩阵以及单个太阳能电池板的VI曲线测试仪器几乎没有。中国专利CN201010046547. 7 “具有光伏阵列IV测试功能的光伏并网逆变器及测试方法”公开了一种具有光伏阵列电压-电流测试功能的光伏并网逆变器，由逆变器主电路和系统控制器构成，如图5所示。逆变器主电路采用电压型逆变器，包括单相和三相并网系统，其特征是在光伏阵列输入端口和滤波电容Cl之间设置用于测量光伏阵列输入电流的电流传感器CTl ;设置用于测量滤波电容Cl端电压的直流母线电压传感器VTl ;在光伏阵列的输出端口设置直流断路器Kl，光伏阵列的输出总电流经所述直流断路器Kl输入光伏并网逆变器、直流母线电压传感器VTl和电流传感器CT1。此项发明适用于常规的并网逆变系统，可以方便对光伏阵列的电压-电流特性进行测试，但不能灵活应用到单个光伏电池的电压-电流特性测试。
发明内容
本发明的目的是克服传统光伏电池电压-电流测试仪器成本高又不能灵活测试单个光伏电池输出特性的缺点，提出一种光伏电池特性测试装置。本发明可实现对光伏电池的电压、电流、功率的精确测量，为进一步实现最大功率点跟踪(MPPT)提供了数据基础。本发明还可以对温度和光照实时检测，进而对不同工作状况下的光伏电池电气特性进行测量。本发明装置包括充电电容、放电电阻、单刀双掷开关、光照强度传感器、温度传感器、霍尔电流传感器、光强信号处理模块、温度信号处理模块、电源转换模块和示波器等。光照强度传感器用于测量待测光伏电池接受到的辐射量，光照强度传感器和待测光伏电池板一并放置室外，光照强度传感器放置在距离待测光伏电池较近位置。温度传感器紧贴在光伏电池板的背面，用于测量光伏电池的工作温度。光强信号处理模块用以放大和滤波由光照强度传感器产生的光强信号，其输入端连接光照强度传感器，光强信号处理模块的输出端接入示波器。温度信号处理模块的输入端连接温度传感器，温度信号处理模块的输出端接入示波器，用以放大和滤波由温度传感器产生的温度信号。电源转换模块是一个整流器，其输入端直接接在220V交流电网，经过电源转换模块内部的整流电路、稳压电路和滤波电路，最终输出24V直流电，所述的24V直流电源连接在电流传感器的电源引脚为其供电，同时24V直流电源还连接到温度信号处理模块中的信号放大器的电源引脚，为温度信号处理模块供电。单刀双掷开关和示波器由220V交流直接供电。充电电容的负端接地，充电电容的正端连接在单刀双掷开关的公共引脚上。放电电阻的一端接地，放电电阻的另一端连接在单刀双掷开关的一个选择引脚上。待测光伏电池正极接在单刀双掷开关的另一个选择引脚上，待测光伏电池负极接地。通过单刀双掷开关，充电电容可以在光伏电池和放电电阻之间切换电路。霍尔电流传感器的一端套接在光伏电池的正极输出导线上，测量光伏电池的输出电流波形，霍尔电流传感器的另一端连接示波器探头，将电流波形送入示波器。示波器自带的电压探头并联在光伏电池的正负极之间，测量光伏电池的输出电压波形。将电压信号和电流信号相乘，便得到光伏电池的功率曲线，一并显示在示波器上。光照强度传感器用来测量待测光伏电池接收到的光照强度，使用时放在室外距离待测光伏电池较近位置。通过调整光照强度传感器角度，使光照强度传感器和待测光伏电池位于同一角度接受光照，光强传感器将光照强度转换成电压信号输出，通过光强信号处理模块将此电压信号放大后送入示波器显示。温度传感器将温度信号转换成电压信号，传感器输出端接过低通滤波连接示波器探头，将温度信号送入示波器显示。
图1为光伏电池的电气特性曲线；图2为本发明结构原理图；图3为光伏电池无云遮状态下的测试结果；图4为光伏电池模拟云遮状态下的测试结果；图5为中国专利CN201010046547. 7摘要附图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。如图2所示，本发明包括充电电容、放电电阻、定时单刀双掷开关、光照强度传感器、温度传感器、霍尔电流传感器、光强信号处理模块、温度信号处理模块、电源转换模块和不波器。光照强度传感器用于测量待测光伏电池接受到的辐射量，光照强度传感器和待测光伏电池板一并放置室外，光照强度传感器放置在距离待测光伏电池较近位置。温度传感器紧贴在光伏电池板的背面，用于测量光伏电池的工作温度。光强信号处理模块用以放大和滤波由光照强度传感器产生的光强信号，其输入端连接光照强度传感器，光强信号处理模块的输出端接入示波器。温度信号处理模块的输入端连接温度传感器，温度信号处理模块的输出端接入示波器，用以放大和滤波由温度传感器产生的温度信号。电源转换模块是一个整流器，将220V交流电压转换成24V直流电压，为以上各个传感器及模块供电。所述的充电电容的负端接地，充电电容的正端连接在单刀双掷开关的公共引脚上。放电电阻的一端接地，放电电阻的另一端连接在单刀双掷开关的一个选择引脚上。待测光伏电池正极接在单刀双掷开关的另一个选择引脚上，待测光伏电池负极接地。通过单刀双掷开关，充电电容可以在光伏电池和放电电阻之间切换电路。霍尔电流传感器的一端套接在光伏电池的正极输出导线上，测量光伏电池的输出电流波形，霍尔电流传感器的另一端连接示波器探头，将电流波形送入示波器显示。示波器自带的电压探头并联在光伏电池的正负极之间，测量光伏电池的输出电压波形，并在示波器上显示。将电压信号和电流信号相乘，便得到光伏电池的功率曲线，一并显示在示波器上。光照强度传感器用来测量待测光伏电池接收到的太阳光照的辐射量。通过调整光照强度传感器的角度，使光照强度传感器和待测光伏电池位于同一角度接受光照。光强传感器将光照强度转换成电压信号输出，通过光强信号处理模块将此信号放大后送入示波器显示。光强信号处理模块的型号为CHT-50mV/V0o温度传感器将温度信号转换成电压信号送入不波器显不。当单刀双掷开关连接在待测光伏电池端时，待测光伏电池和充电电容构成一个充电回路。根据公式V = CX / I dt，其中，V电容电压，I光伏电池输出电流，C为电容值。当待测光伏电池对电容恒流充电时，电容电压线性上升，电压与电流的比值也在增大,此时电容的外特性就可以看成一个阻值增大的滑动变阻器。当电容电压从OV充电到光伏电池板的开环电压时，完成了一个测量周期。因电容充电时间极短，可看成一个时间点，因此可得到该时刻待测光伏电池的电气特性。为了实时监控光伏电池板的电气特性，需要对电容进行反复的充放电，本发明采用单刀双掷开关实现电路切换。将单刀双掷开关电容切到放电电阻时，电容与放电电阻构成一个电容电阻的放电回路，将电容电压还原到0V，等待下一个周期的充电与测量。本发明用电流传感器和示波器自带的电压探头采集相应电气信号，并送入示波器直观显示，将电压与电流相乘得到待测光伏电池的功率曲线。图3和图4为使用本发明装置测试光伏电池板的结果，如图3、图4所示，三条曲线分别为电流波形，电压波形和功率波形。图3是无云遮挡状态下的测试结果，可以看出单个光伏电池板的电气特性与图1所示的理论值相近，在一定的电压范围内，恒流输出，在接近电压拐点处，产生最大功率点。图4为模拟云遮状态的测试结果，可以看到电流受到较大影响。本发明同时对 待测光伏电池的温度和光照进行了测量，因此可以在控制一个条件不变的情况下，研究另外一个条件的光伏电池的影响。如图4与图3的对比，控制了二者温度不变，只改变光照条件，可以通过观察二者波形的变化得到光照对光伏电池特性的影响。同理，控制光照强度不变，只改变温度，就可以研究温度对光伏电池的输出影响。
权利要求
1.一种光伏电池特性测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括充电电容、放电电阻、定时单刀双掷开关、光照强度传感器、温度传感器、电流传感器、光强信号处理模块、温度信号处理模块、电源转换模块和示波器；待测光伏电池板放置在室外；所述的光照强度传感器放置在室外距离待测光伏电池较近位置；所述的温度传感器紧贴在光伏电池板的背面；所述的光强信号处理模块的输入端连接在光照强度传感器，所述的光强信号处理模块的输出端接入示波器，用以放大和滤波由光照强度传感器产生的光强信号；所述的温度信号处理模块的输入端连接温度传感器，所述的温度信号处理模块的输出端接入示波器，用以放大和滤波由温度传感器产生的温度信号；电源转换模块的输入端连接在220V交流电网，经过电源转换模块内部的整流电路、稳压电路和滤波电路，最终输出24V直流电，所述的24V直流电源连接在电流传感器的电源引脚为其供电，同时24V直流电源还连接到温度信号处理模块中的信号放大器的电源引脚，为温度信号处理模块供电；所述的充电电容的负端接地，充电电容的正端连接单刀双掷开关的公共引脚；所述的放电电阻的一端接地，放电电阻的另一端连接在单刀双掷开关的一个选择引脚上；待测光伏电池的正极接在单刀双掷开关的另一个选择引脚上，待测光伏电池负极接地；所述的霍尔电流传感器的一端套接在光伏电池的正极输出导线上，霍尔电流传感器的另一端连接示波器探头；示波器自带的电压探头并联在光伏电池的正负极之间。
2.按照权利要求1所述的光伏电池特性测试装置，其特征在于，所述的光照强度传感器和待测光伏电池板位于同一角度接收光照。
3.按照权利要求1或2所述的光伏电池特性测试装置，其特征在于，所述的光强传感器将光照强度转换成电压信号输出，经光强信号处理模块放大后送入示波器显示；所述的温度传感器将温度信号转换成电压信号送入示波器显示。
全文摘要
一种光伏电池特性测试装置，其光照强度传感器和待测光伏电池板均放置在室外；温度传感器紧贴在光伏电池板的背面。充电电容的负端接地，正端连接单刀双掷开关的公共引脚。放电电阻的一端接地，另一端连接在单刀双掷开关的一个选择引脚上。待测光伏电池的正极接在单刀双掷开关的另一个选择引脚上，待测光伏电池负极接地。霍尔电流传感器的一端套接在光伏电池的正极输出导线上，另一端连接示波器探头。示波器自带的电压探头并联在光伏电池的正负极之间。光照强度传感器放置在室外距离待测光伏电池较近位置，光照强度传感器和待测光伏电池位于同一角度接收光照。上述传感器所接收的信号送入示波器显示。
文档编号G01R31/26GK103048599SQ20121045465
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者杨子龙, 马明景, 孙振奥 申请人:中国科学院电工研究所