專利名稱：太陽能電池i-v特性調節和取樣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池的測試設備，具體是ー種太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置。
背景技術：
在太陽能資源調查中，需要了解在不同安裝角度、當地的各種太陽輻照度下，不同類型太陽能電池的I-V特性曲線以及實際發電效率，這就需要有ー種裝置，可以實時調節太陽能電池的負載，令負載從短路到開路之間變化，并獲取其電流和電壓的變化，從而得到I-V特性曲線。目前的太陽能電池I-V特性曲線測試儀，要么局限于實驗室測試用，要么用于PV陣列的測試，且大都屬于中、大功率的測試設備，體積大、構造復雜、價格昂貴，不能適合太陽能資源調查的小功率、批量應用需求。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，該裝置通過簡單的電路結構獲取太陽能電池的I-V特性曲線。按照本發明提供的技術方案，所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，包括負載調整電路、電流取樣電路、電壓取樣電路；太陽能電池以四線制的方式接入，正端和負端各引出2根線，分別為正端電壓信號線、負端電壓信號線、正端電流信號線和負端電流信號線，其中所述正端電壓信號線、負端電壓信號線連接到電壓取樣電路，正端電流信號線依次連接到負載調整電路、電流取樣電路，再連接到負端電流信號線；控制信號是ー個可變電壓，所述控制信號的正負端分別連接到負載調整電路和電流取樣電路，負載調整電路在所述控制信號的作用下改變太陽能電池的負載，使太陽能電池端電壓和輸出電流產生變化；所述控制信號的大小使負載調整電路從開路到短路變化；電流取樣電路對太陽能電池的負載電流進行取樣，輸出ー個與電流成比例的電壓信號即電流取樣信號；電壓取樣電路對太陽能電池的端電壓進行取樣，輸出一個與端電壓成比例的電壓信號即電壓取樣信號。所述電流取樣電路的電流取樣信號以ニ線制的方式輸出。所述電壓取樣電路的電壓取樣信號以ニ線制的方式輸出。為滿足測試精度要求，在本發明的電流測量回路中，短路電流時線路的壓降不超過開路電壓的3%。電壓取樣電路的輸入阻抗應大于20kQ/VX太陽能電池的開路電壓。所述負載調整電路采用ー個MOSFET器件，MOSFET器件漏極連接正端電流信號線，MOSFET器件源極連接電流取樣電路，MOSFET器件柵極連接所述控制信號。所述電流取樣電路采用第一電阻，第一電阻的兩端分別輸出正、負電流取樣信號。所述電壓取樣電路包括串接的第二電阻和第三電阻，連接順序為正端電壓信號線連接到第二電阻，再連接到第三電阻，再連接到負端電壓信號線，所述第三電阻的兩端分別輸出正、負電壓取樣信號。本發明的優點是本裝置電路簡單、實用，性價比高，適合于小功率的I-V特性測量。本裝置對太陽能電池的負載進行調節，得到太陽能電池從開路到短路的電流和電壓的取樣信號，從而可以獲取太陽能電池在不同太陽輻照度條件下的I-V特性曲線。


圖I是本發明的電路結構示意圖。圖2是本發明實施例電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步說明。如圖I所示，本發明包括負載調整電路I、電流取樣電路2、電壓取樣電路3 ;太陽能電池4以四線制的方式接入，正端和負端各引出2根線，分別為正端電壓信號線LI、負端 電壓信號線L2、正端電流信號線L3和負端電流信號線L4，其中所述正端電壓信號線LI、負端電壓信號線L2連接到電壓取樣電路3，正端電流信號線L3依次連接到負載調整電路I、電流取樣電路2，再連接到負端電流信號線L4 ;控制信號是ー個可變電壓，所述控制信號的正負端分別連接到負載調整電路I和電流取樣電路2，負載調整電路I在控制信號的作用下改變太陽能電池4的負載，使太陽能電池4端電壓和輸出電流產生變化；所述控制信號的大小使負載調整電路I從開路到短路變化；電流取樣電路2對太陽能電池4的負載電流進行取樣，輸出ー個與電流成比例的電壓信號；電壓取樣電路3對太陽能電池4的端電壓進行取樣，輸出一個與端電壓成比例的電壓信號。正端電壓信號線LI、負端電壓信號線L2用于電壓取樣電路3，正端電流信號線L3、負端電流信號線L4用于負載調整和電流取樣電路2，這樣即使電流測量回路中存在大電流，也不會在電壓測量回路的線路上產生壓降而造成測量誤差。正端電流信號線L3、負端電流信號線L4的線路阻抗要足夠小，應根據布線長度、太陽能電池4短路電流和開路電壓的大小進行計算，確保在短路電流時線路的壓降不超過開路電壓的3%。所述控制信號是ー個可變的電壓值，通常可由I-V數據采集器來提供。控制信號的電壓范圍應使負載調整電路I從開路到短路變化，控制信號的電壓分辨カ可根據所需的
I-V數據點數來確定。負載調整電路I在控制信號的作用下，改變太陽能電池4的負載，使太陽能電池4端電壓和輸出電流產生變化。根據控制信號的大小，負載調整電路I可從開路到短路變化。負載調整電路I常常由MOSFET器件構成，這個器件必須有非常低的導通電阻，通常應小于30mQ，合適的工作電流(略高于太陽能電池的短路電流)，較低的柵極、源極閾值電壓。電流取樣電路2對太陽能電池4的負載電流進行取樣，得到ー個與電流成比例的電壓信號。電流取樣電路2對太陽能電池4負載的影響應足夠小(考慮L3、L4的線路阻抗，確保在短路電流時線路的壓降不超過開路電壓的3%)，以滿足太陽能電池4短路電流的測試要求。電流取樣信號以ニ線制的方式輸出，有利于I-V數據采集器提高測量準確度。電壓取樣電路3對太陽能電池4的端電壓進行取樣，得到一個與端電壓成比例的電壓信號。電壓取樣電路3對太陽能電池4的端電壓的影響應足夠小(阻抗應大于20kQ/VX開路電壓)，以滿足太陽能電池4開路電壓的測試要求。電壓取樣信號以ニ線制的方式輸出，有利于I-V數據采集器提高測量準確度。
如圖2所示，MOSFET器件M構成了負載調整電路1，第一電阻Rl構成了電流取樣電路2，第二電阻R2、第三電阻R3構成了電壓取樣電路3，I+、I-是電流取樣信號，V+、V-是電壓取樣信號，輸出到I-V數據采集器。I-V數據采集器控制本裝置，通過輸出控制信號使太陽能電池的負載從短路到開路之間變化一次，同時，采樣在每個控制點下的電流取樣信號和電壓取樣信號，得到ー對I-V數據。這個控制過程每分鐘進行一次，每次獲取ー組共20對I-V數據，利用這組數據可繪出一條太陽能電池的I-V特性曲線。具體電路連接關系為=MOSFET器件M漏極連接正端電流信號線L3，MOSFET器件M源極連接第一電阻Rl的一端，第一電阻Rl的另一端連接負端電流信號線L4，第一電阻Rl兩端分別輸出電流取樣信號I+、I-給I-V數據采集器，MOSFET器件M柵極連接控制信號正極，控制信號負極連接負端電流信號線L4,第二電阻R2 —端和第三電阻R3 —端相連并輸出電壓取樣信號V+給I-V 數據采集器，第二電阻R2另一端連接正端電壓信號線LI，第三電阻R3另一端連接負端電壓信號線L2并輸出電壓取樣信號V-給I-V數據采集器。本實施例針對2. 5W的多晶硅、單晶硅、薄膜太陽能電池板，在水平安裝、緯度角安裝、單軸跟蹤安裝、雙軸跟蹤安裝等多種安裝方式下，進行全天候的I-V特性測量，每分鐘取得一條I-V特性曲線，達到了較好的效果，適合大規模應用于全國太陽能資源觀測站。
權利要求
1.太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是包括負載調整電路(I)、電流取樣電路(2)、電壓取樣電路(3);太陽能電池(4)以四線制的方式接入，正端和負端各引出2根線，分別為正端電壓信號線(LI)、負端電壓信號線(L2)、正端電流信號線(L3)和負端電流信號線(L4)，其中所述正端電壓信號線(LI)、負端電壓信號線(L2)連接到電壓取樣電路(3)，正端電流信號線(L3)依次連接到負載調整電路(I)、電流取樣電路(2)，再連接到負端電流信號線(L4);控制信號是一個可變電壓，所述控制信號的正負端分別連接到負載調整電路(I)和電流取樣電路(2)，負載調整電路(I)在所述控制信號的作用下改變太陽能電池(4)的負載，使太陽能電池(4)端電壓和輸出電流產生變化；所述控制信號的大小使負載調整電路(I)從開路到短路變化；電流取樣電路(2)對太陽能電池(4)的負載電流進行取樣，輸出一個與電流成比例的電壓信號即電流取樣信號；電壓取樣電路(3)對太陽能電池(4)的端電壓進行取樣，輸出一個與端電壓成比例的電壓信號即電壓取樣信號。
2.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述電流取樣電路(2)的電流取樣信號以二線制的方式輸出。
3.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述電壓取樣電路(3)的電壓取樣信號以二線制的方式輸出。
4.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，電流測量回路中，短路電流時線路的壓降不超過開路電壓的3%。
5.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述電壓取樣電路(3)的輸入阻抗應大于20kQ/VX太陽能電池的開路電壓。
6.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述負載調整電路(I)采用一個MOSFET器件(M)，MOSFET器件(M)漏極連接正端電流信號線(L3)，MOSFET器件(M)源極連接電流取樣電路(2)，MOSFET器件(M)柵極連接所述控制信號。
7.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述電流取樣電路(2)采用第一電阻(R1)，第一電阻(Rl)的兩端分別輸出正、負電流取樣信號。
8.如權利要求I所述太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，其特征是，所述電壓取樣電路(3)包括串接的第二電阻(R2)和第三電阻(R3)，連接順序為正端電壓信號線(LI)連接到第二電阻(R2)，再連接到第三電阻(R3)，再連接到負端電壓信號線(L2)，所述第三電阻(R3)的兩端分別輸出正、負電壓取樣信號。
全文摘要
本發明提供了一種太陽能電池I-V特性調節和取樣裝置，包括負載調整電路、電流取樣電路、電壓取樣電路；太陽能電池以四線制方式接入，其中正端電壓信號線、負端電壓信號線連接到電壓取樣電路，正端電流信號線依次連接到負載調整電路、電流取樣電路，再連接到負端電流信號線；控制信號的正負端分別連接到負載調整電路和電流取樣電路，控制信號使負載調整電路從開路到短路變化；電流取樣電路對太陽能電池的負載電流進行取樣，輸出電流取樣信號；電壓取樣電路對太陽能電池的端電壓進行取樣，輸出電壓取樣信號。其優點是本裝置電路簡單、實用，性價比高，適合于小功率的I-V特性測量。可獲取太陽能電池在不同太陽輻照度條件下的I-V特性曲線。
文檔編號G01R31/26GK102759696SQ20121025692
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者朱慶春, 楊光, 花衛東, 陳志麗, 陳陽 申請人:江蘇省無線電科學研究所有限公司