一种太阳能电池倾角特性测试系统及方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池倾角特性测试系统及方法。

背景技术：

随着太阳能电池技术的成熟与进步，发电效率不断提高，生产成本逐年下降，广泛应用于固定建筑、户外运动、移动发电等领域，因此需要针对不同类型太阳能电池的实际发电性能建立一种科学合理的评价手段。

当前太阳能电池常用的标准测试条件为光谱辐照度1000w/m²,入射光线垂直于太阳能电池的方式。然而太阳能电池在固定建筑应用领域，由于地球公转和自转，所导致的季节变化以及每天的日出和日落，入射光线与太阳能电池的角度时刻在发生变化；在移动发电应用领域，由于太阳能电池的运动所导致的位移和方向变化，太阳入射光线与太阳能电池基本不可能保持垂直。因此，这种垂直入射方式不能够真实的反映太阳能电池在实际应用过程中的发电性能。

技术实现要素：

本发明设计了一种能够调节太阳能电池与入射光线角度的装置，可以进行不同入射光角度时太阳能电池的测试，用于全面考察太阳能电池在实际应用过程中的发电性能。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统，包括太阳模拟器、光辐照度传感器、电子负载、上位机，还包括：太阳能电池倾角调节装置，其由支架、倾斜背板、旋转手柄和定位销组成，所述倾斜背板与所述支架通过主轴连接，所述旋转手柄与所述主轴连动，通过旋转手柄带动主轴旋转，从而调节倾斜背板的角度，当旋转所述倾斜背板至所需的倾斜角度时，利用定位销将所述倾斜背板固定。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统中，优选为，还包括角度盘，设置在所述支架上，位于所述旋转手柄与所述主轴的连接处。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统中，优选为，所述角度盘在上半平面0～180°范围内，每隔15°设置一个定位孔。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统中，优选为，所述旋转手柄还设有弹簧把手，当倾斜背板调至所需的角度时，通过弹簧把手将所述定位销固定在所述角度盘上的定位孔中，实现所述倾斜背板的角度精确定位。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统中，优选为，还包括倾角传感器，将角度信息实时传递给上位机测量系统

本发明还公开一种太阳能电池倾角特性测试方法，使用上述太阳能电池倾角特性测试系统，包括以下步骤：将太阳能电池固定在倾斜背板上；通过旋转手柄带动主轴旋转，将所述倾斜背板调节至所需的倾斜角度；利用定位销对所述倾斜背板进行固定；进行太阳能电池性能测试。

本发明的太阳能电池倾角特性测试方法中，优选为，从倾斜角度为0度开始，每隔15度进行一次太阳能电池性能测试，当倾斜角度达到90度时，结束测试，根据测试数据获得表征太阳能电池性能的各参数随太阳能电池倾角变化的经验公式。

本发明的太阳能电池倾角特性测试方法中，优选为，当倾斜角度为0度时，光辐照度为1000w/m²。

本发明的太阳能电池倾角特性测试方法中，优选为，根据测试数据获得表征太阳能电池性能的各参数随太阳能电池倾角变化的经验公式根据测试数据，作出太阳能电池伏安特性曲线的步骤，具体包括：根据测试数据和伏安特性曲线，得到太阳能电池开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率；分别以太阳能电池倾斜角度为0度时的开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率为1，对数据进行归一化处理；分别作出开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率随太阳能电池倾角变化曲线；分析各参数变化曲线，得到太阳能电池光伏性能随其倾角变化规律；拟合各参数变化曲线，得到随太阳能电池倾角变化的经验公式。

附图说明

图1是太阳能电池倾角调节装置的主视图。

图2是太阳能电池倾角调节装置的右视图。

图3是铜铟镓硒太阳能电池伏安特性曲线。

图4是铜铟镓硒太阳能电池短路电流随光入射角变化的曲线。

图5是铜铟镓硒太阳能电池开路电压随光入射角变化的曲线。

图6是铜铟镓硒太阳能电池最大工作功率随光入射角变化的曲线。

图7是铜铟镓硒太阳能电池光电转换效率随光入射角变化的曲线。

图8是薄硅太阳能电池细栅面伏安特性曲线。

图9是薄硅太阳能电池细栅面短路电流随光入射角变化的曲线。

图10是薄硅太阳能电池细栅面开路电压随光入射角变化的曲线。

图11是薄硅太阳能电池细栅面最大工作功率随光入射角变化的曲线。

图12是薄硅太阳能电池细栅面光电转换效率随光入射角变化的曲线。

图13薄硅太阳能电池粗栅面伏安特性曲线。

图14薄硅太阳能电池粗栅面短路电流随光入射角变化的曲线。

图15薄硅太阳能电池粗栅面开路电压随光入射角变化的曲线。

图16薄硅太阳能电池粗栅面最大工作功率随光入射角变化的曲线。

图17薄硅太阳能电池粗栅面光电转换效率随光入射角变化的曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明的太阳能电池倾角特性测试系统包括太阳模拟器、光辐照度传感器、电子负载、上位机和太阳能电池倾角调节装置。在图1和图2中示出了太阳能电池倾角装置的示意图。太阳能电池倾角装置包括：由支架1、倾斜背板8、旋转手柄5和定位销7组成。其中，倾斜背板8与支架1通过主轴3连接，旋转手柄5与3主轴连动，通过旋转手柄5带动主轴3旋转，从而调节倾斜背板8的角度。当倾斜背板8旋转至所需的倾斜角度时，利用定位销7将倾斜背板8固定。

在优选实施例中，太阳能电池倾角装置还包括角度盘2，设置在支架1上，位于旋转手柄5与主轴3的连接处。在具体的一例中，角度盘2在上半平面0～180°范围内，每隔15°设置一个定位孔。当然本发明不限定于此，也可以根据实验所需的精度调整角度间隔。旋转手柄5还设有弹簧把手6，当倾斜背板8调至所需的角度时，通过弹簧把手6将定位销7固定在角度盘2上的定位孔9中，实现倾斜背板8的角度精确定位。

作为优选实施例，太阳能电池倾角装置还包括倾角传感器4，安装在主轴3上，将角度信息实时传递给上位机测量系统。

在利用太阳能电池倾角特性测试系统进行测试时，达到如下测试条件：环境条件：遮光条件良好的室内，恒温25℃；电池温度：25℃±2℃；光辐照度：1000w/m²，并具有标准的太阳光谱辐照度分布。

在步骤s1中，将太阳能电池规定在倾斜背板上。例如，倾斜背板采用三合板木料，使用工字钉和胶粘等方式固定太阳能电池。初始状态下，太阳能电池板倾角为0度。

在步骤s2中，拔出弹簧把手6，使定位销7从角度盘2的定位孔中脱离，选装手柄调整倾斜背板的角度，例如调至15度，

在步骤s3中，松开弹簧把手，使定位销嵌入角度盘的定位孔中，准确固定倾斜背板的倾斜角度；

在步骤s4中，利用太阳能模拟器进行太阳能电池性能测试。

重复上述步骤s2～s4，太阳能电池板的倾斜角度每增加15度，进行一次太阳能电池性能测试，直至倾斜角度达到90度结束测试。

接下来，根据测试数据获得表征太阳能电池性能的各参数随太阳能电池倾角变化的经验公式。具体而言包括以下步骤：

首先，根据测试数据，作出太阳能电池伏安特性曲线；

之后，根据测试数据和伏安特性曲线，得到太阳能电池开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率；

然后，分别以太阳能电池倾斜角度为0度时的开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率为1，对数据进行归一化处理；

接下来，分别作出开路电压、短路电流、最大工作功率和光电转换效率随太阳能电池倾角变化曲线；

然后，分析各参数变化曲线，得到太阳能电池光伏性能随其倾角变化规律；

最后，拟合各参数变化曲线，得到随太阳能电池倾角变化的经验公式。

为了进一步阐述本发明的技术效果，利用本发明的太阳能电池倾角特性测试系统分别对铜铟镓硒太阳能电池、薄硅太阳能电池细栅面、薄硅太阳能电池粗栅面进行了倾角特性测试。在图3～图7中，示出了利用本发明的太阳能电池倾角特性测试系统对铜铟镓硒太阳能电池进行倾角特性测试的结果。在图8～图12中，示出了利用本发明的太阳能电池倾角特性测试系统对薄硅太阳能电池细栅面进行倾角特性测试的结果。在图13～图17中，示出了利用本发明的太阳能电池倾角特性测试系统对薄硅太阳能电池粗栅面进行倾角特性测试的结果。

从图中可以看出各类太阳能电池的开路电压随其光入射角的增大逐渐减小，但是变化幅度并不明显；各类太阳能电池的短路电流随其光入射角的增大减小的越来越快，光入射角在0°～15°范围内时，短路电流随其光入射角的增大变化幅度不大；各类太阳能电池的最大工作功率随其光入射角的增大减小的越来越快，光入射角在0°～15°范围内时，最大工作功率随其光入射角的增大变化幅度不大；各类太阳能电池的光电转换效率随其光入射角的增大减小的越来越快，光入射角在0°～15°范围内时，光电转换效率随其光入射角的增大变化幅度不大。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。