使用測(cè)試儀器測(cè)量太陽能電池的功率輸出

序言

太陽能產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)增加了對(duì)太陽能電池(及太陽能模組)測(cè)試和測(cè)量解決方案的需求，而且隨著太陽能電池尺寸的增大和效率的提高，電池測(cè)試需要運(yùn)用更大的電流和更高的功率水平，這就要求采用更加靈活的測(cè)試設(shè)備

典型測(cè)量

測(cè)試較小的單個(gè)電池時(shí)，這些最大電流和功率是可接受的，但是隨著電池技術(shù)向更高的效率、更大的電流密度和更大的電池尺寸推進(jìn)，電池的功率輸出將很快會(huì)超出這些四象限電源的最大額定值太陽能模組的輸出通常會(huì)超過50W,而且可能會(huì)爬升至300W或更高，這意味著許多針對(duì)模組的測(cè)試都無法使用四象限電源來完成

在這些情況下，工程師應(yīng)當(dāng)借助于現(xiàn)成的電子負(fù)載、直流電源、DMM和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括溫度測(cè)量、掃描、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，以便在寬泛的操作范圍內(nèi)靈活地進(jìn)行獨(dú)特的測(cè)試，并且達(dá)到預(yù)期的測(cè)試精度例如，可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來掃描環(huán)境和待測(cè)器件的溫度，已校準(zhǔn)的參考電池的電壓，以及在測(cè)試中需要捕獲的各種其他測(cè)試參數(shù)

太陽能電池測(cè)量通常包括以下關(guān)鍵參數(shù)。

開路電壓(Voc)――電流為零時(shí)的電池電壓。

短路電流(Isc)――負(fù)載電阻為零時(shí)的電池電流。

電池的最大功率輸出(Pmax)――電池產(chǎn)生最大功率時(shí)的電壓和電流點(diǎn)。I-V 曲線上的 Pmax 點(diǎn)通常指最大功率點(diǎn)(MPP)。

Pmax 電壓(Vmax)――Pmax 時(shí)的電池電壓。

Pmax 電流(Imax)――Pmax 時(shí)的電池電流。

現(xiàn)在，太陽能電池測(cè)試解決方案主要有兩種形式：完整的交鑰匙系統(tǒng)和通用的測(cè)試儀器如果需要在太陽能電池最大輸出功率時(shí)進(jìn)行測(cè)試，許多研究實(shí)驗(yàn)室都具備低功耗四象限電源。

器件的轉(zhuǎn)換效率(η)――在太陽能電池連接至電路時(shí)，轉(zhuǎn)換(從光能轉(zhuǎn)換為電能)和收集的功率百分比。η 的計(jì)算方法為：最大功率點(diǎn) Pmax 除以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下的輸入光輻照度(E,單位：W/m2)和太陽能電池表面積(Ac,單位：平方米)。

· 占空因數(shù)(FF)――最大功率點(diǎn) Pmax 除以開路電壓(Voc)和短路電流(Isc)

· 電池二極管性能

· 電池串聯(lián)電阻

· 電池并聯(lián)電阻

圖 1:太陽能電池的電流電壓曲線圖

圖中文字中英對(duì)照：

常用解決方案

目前，太陽能電池測(cè)試解決方案分為兩大類：成套系統(tǒng)和通用測(cè)試儀器。成套系統(tǒng)適用于驗(yàn)證和制造測(cè)試階段。這些系統(tǒng)可以確保測(cè)試的可重復(fù)性，因?yàn)樗鼈兘?jīng)過編程，可對(duì)太陽能電池進(jìn)行一系列電池測(cè)試。

研究人員通常會(huì)使用半導(dǎo)體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中的通用測(cè)試儀器。他們使用半導(dǎo)體器件參數(shù)分析儀測(cè)量二極管器件特性，使用 LCR 測(cè)量計(jì)(電感電容電阻測(cè)量計(jì))測(cè)量材料/器件的電感、電容和電阻。