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1、基于虚拟仪器的聚光型硅基太阳能电池组件性能测试系统,演 讲 人:张继彬 指导教师:陆 勇2010年 11月东南大学太阳能技术研究中心,Solar Technology Research Center,Southeast University,论文的主要内容,Solar Technology Research Center,Southeast University,一、项目开发的背景及目的二、系统设计原理介绍三、系统构成及各部分介绍四、系统测试及实验结果分析,Solar Technology Research Center,Southeast University,一、背景及目的,光伏电池组件的
2、温度、电流、电压，以及太阳辐照度是影响低倍聚光下硅基太阳能电池发电效率的重要因素，因此开发合适的光伏测试系统是光伏发电领域重要的研究方向。光伏发电系统的性能分析及可靠优化方法的提出，是在大量可靠的实验数据基础上实现的，可靠的数据依赖于光伏测试系统准确性，实现多项性能参数采集的同步性及实时性是提高所采集数据可信性的关键。本系统在此应用背景下提出，开发并实现了多参数实时同步采集的光伏组件性能参数测试系统。,Solar Technology Research Center,Southeast University,二、系统设计原理,系统的设计原理是基于虚拟仪器的思想，在模块化的硬件支持下，通过高效灵
3、活的计算机软件的控制，实现被测参数的实时曲线显示、数据的保存以及历史数据的查看等功能。采用虚拟仪器思想具有非常明显的优势：简化了硬件设计，缩短开发周期；数据的存储及查看非常方便；具有图表化显示功能，可读性强；硬件参数的设置方便简单；,Solar Technology Research Center,Southeast University,三、系统构成,本系统有四部分构成：1、数据采集部分 2、温度测量部分 3、太阳辐照度测量部分 4、控制电路部分,系统结构框图,Solar Technology Research Center,Southeast University,系统主要功能,系统实现的
4、主要功能：在低倍聚光条件下，测量硅基太阳能电池板的表层温 度、工作电流Iw、工作电压Uw、短路电流Isc、短路电 压Uov 以及太阳辐照度的实时变化；通过采集电池组件表层多点温度，可以验证电池板的散 热性能及辅助分析电池组件的传热性能；通过测量工作电流和工作电压，可以寻找电池板功率输 出与温度、太阳辐照度的关系。,Solar Technology Research Center,Southeast University,1、数据采集部分,实时曲线,RS232,数据采集部分的组成,Agilent34970A,实时曲线显示界面,插盒,插盒,Solar Technology Research Cen
5、ter,Southeast University,1、数据采集部分,系统使用Agilent34970A仪器作为核心硬件模块，通过RS232通信方式与上位机进行通信，在配套软件控制下，可以实现实时动态曲线的显示和数据的保存功能，另外还可实现对仪器的通道、被测参数类型、采集频率的设置；选择具有22个通道的插盒，可实现对热电偶信号、直交流电压电流信号、电阻等参数的测量；Agilent34970A为系统参数采集的核心部件，其数据采集精度高、使用灵活、携带方便、二次开发简单，主要的优势是采集通道多，可实现多项数据的同时采集。,Solar Technology Research Center,Southe
6、ast University,2、温度测量部分,电池组件表面被测温度点分布样图（Z1Z6、F1F6）,冷却管道,测量温度的K型热电偶，一端接在安捷伦仪器，另一端固定在电池板的被测温度点处。,Solar Technology Research Center,Southeast University,2、温度测量部分,光伏电池板的发电效率随电池板温度的变化而改变，温度参数在聚光光伏系统的性能参数中占有非常重要的位置，因此温度采集成为一关键要素。这里采用的是K型热电偶头测量温度，K型热电偶线性度好，精度高、灵敏度高，抗氧化性能强，且价格便宜，通过与Agilent34970A仪器的配合使用，使K型热电
7、偶的优势得到了充分的发挥。在使用过程中，可根据实验需求将热电偶头分布在电池板的不同部位，安装比较灵活，使用起来也很方便。,Solar Technology Research Center,Southeast University,3、太阳辐照度测量部分,这里有两种方式进行太阳辐照度的测量：一是采用带RS232接口的TES系列光功率计；二是采用实验现场的Campbell Scientific气象站。气象站的功能强大，可实现太阳总辐照度、直射光辐照度、环境温度等参数的测量，而且测量精度高，具有数据存储的功能。为了操作简便，可使用TES测量辐照度，而用气象站的数据作为标定值。影响光伏电池最大输出功率
8、的主要因素是太阳辐照度，电池板最大输出功率基本与一天中太阳辐照度变化趋势相一致，因此辐照度必须与工作电流Iw、工作电压Uw等参数实现同步测量才具有可信性。,Solar Technology Research Center,Southeast University,4、控制电路部分,这里通过多个电阻的切换改变电阻值，来模拟电池板的负载变化，进而得到一组工作电流和工作电压数据，最后绘制出电池板的I-V曲线。,多电阻切换法原理框图,Solar Technology Research Center,Southeast University,4、控制电路部分,I-V曲线不仅提供了硅基太阳能电池的电性能参
9、数，也是最大功率点跟踪的主要依据，因此工作电流和工作电压的测量至关重要。本文使用的是多电阻切换法来实现I-V曲线的测量，考虑到专用成套设备的成本较高，电容负载法和反向偏压负载法需要高精度高速度的AD转换器，开发难度也较大，这里选择了多电阻切换的方法来进行I-V曲线的测试。,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试,系统测试的低倍聚光实验平台,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试,被测电池板构造,Solar Technology Re
10、search Center,Southeast University,四、系统测试结果分析,低倍聚光状况下，不通冷却水时，电池板正面温升很快，电池板背面与太阳辐射面之间的热阻较大，而且与空气有良好的接触，温升较小。,图表1 无冷却水时电池表层温度变化趋势,K型热电偶头在电池组件上的分布图,图表一分析,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试结果分析,不通冷却水时Isc变化图,不通冷却水时Uov变化图,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统
11、测试结果分析,水流量为16t/h时，通水后散热效果明显，电池组件表层温度下降，温度低于60，冷却效果明显。,图表2 冷却水流量16t/h下电池表层温度变化趋势,K型热电偶头在电池组件上的分布图,图表二分析,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试结果分析,冷却水为16t/h时Isc变化曲线,冷却水为16t/h时Uov变化曲线,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试结果分析,水流量变大后，电池组件正面温度变得更低，背面温度也有所降低，但
12、温度处在波动状态，电池表面温度不超过55。,图表3 冷却水流量162t/h下电池表层温度变化趋势,K型热电偶头在电池组件上的分布图,图表三分析,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试结果分析,流量162t/h时Isc变化曲线,流量162t/h时Uov变化曲线,Solar Technology Research Center,Southeast University,四、系统测试,本系统是在不断试验的基础上得出的，并为多次测试实验提供了可靠的数据，其中包括：低倍聚光下硅基太阳能电池板的传热分析；聚光光伏系统冷却效果的验证；低倍聚光下光伏系统并网时的性能测试；不同型号硅基太阳能电池最大功率点的跟踪测试等。实验现场均为东大-中天太阳能联合研究中心的实验基地。整个测试系统会在后续试验的基础上不断完善，逐步实现全自动化数据采集，并与整个聚光光伏系统实现更好的耦合。,Solar Technology Research Center,Southeast University,衷心地期望能与各位朋友相互交流、学习！,非常感谢各位朋友的聆听！Thank you！,结 束 语,
