專利名稱：一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于ー種光伏測試領域，用于太陽電池伏安特性模擬的設備。
背景技術：
本發明是一種太陽電池伏安特性模擬設備，首先有必要明確太陽電池伏安特性曲線的具體含義。圖I是ー個典型的太陽能電池伏安特性曲線，該圖中各參數的含義是
Isc :太陽能電池短路時的輸出電流 Voc :太陽能電池開路時的輸出電壓 Pmax :太陽能電池最大輸出功率
伏安特性曲線在光照條件一祥的情況下，太陽能電池的輸出是隨著負載的情況而變化的，接駁不同負載，就會有不同的輸出電壓和輸出電流，當接駁確定的電阻負載，太陽能電池就輸出ー個確定的電壓和確定的電流，這個確定的電壓電流在V-I坐標上對應ー個確定的點，改變電阻負載的阻值，太陽能電池就會輸出另外ー組確定的電壓和電流，對應V-I坐標上另外ー個點，這樣一系列的點描繪出來的曲線就是太陽能電池的輸出伏安特性曲線。當接駁一定的電流負載時，太陽能電池提供的電壓就是伏安特性曲線上相應電流值對應的那一點的電壓值。同樣，如果光伏電池外接的是ー個恒電壓性質的負載，太陽能電池輸出的電流也是一定的，工作點也符合上述曲線，這是太陽能電池的固有特性。IsC、V0C和Pmax是伏安特性上的三個關鍵點。伏安特性曲線在Isc點附近近似一個斜率較小的直線段(接近水平)，在Voc點附近近似ー個斜率很大的線段(接近垂直)，Pmax點附近是一段斜率連續變化的弧形線段。使用太陽電池做電源的用電裝置或逆變裝置，其前端為了適應太陽電池的伏安特性一般都設計有專門的電路(本文簡稱匹配電路)，有的是為了實現最大功率點跟蹤，以獲取最有效的能量轉換；有的是為了調節向后端輸送的功率，以匹配后端的能量需求，有時要將多余的能量泄放掉以求安全，這樣的調節電路往往工作在一定頻率的開關狀態。上述匹配電路能否正常工作，也需要驗證。如果借助實際的太陽電池進行驗證，則由于天氣和日光的原因，限制了使用場合和時間，于是提出了太陽能電池模擬器需求。有ー類針對太陽電池進行測試的設備，用于檢測太陽電池的伏安特性(本文簡稱伏安特性測試設備)，要達到對太陽電池的正確檢測，首先這類伏安特性測試設備的功能和性能指標應當正常。那么，在伏安特性測試設備的開發、生產和維護時，往往需要將伏安特性測試設備與太陽電池模擬器相連以進行功能驗證或指標檢測。另外，為了降低伏安特性測試設備的耗散功率，具備大功率太陽電池測試能力的伏安特性測試設備，有時會以脈沖方式工作，要驗證這類伏安特性測試設備的功能，需要太陽能電池模擬器能夠適應脈沖エ作模式。現有的太陽能電池模擬器分兩大類，第一類是太陽光模擬+太陽能電池，第二類是電源類，這兩類模擬器都存在明顯的缺點
第一類，系統復雜，造價高，尤其是需要模擬大功率電池組件的場合，投資更大，維護更困難。
第二類，電源類太陽電池模擬器分兩種，第一種是借助一般程控電源的恒壓、恒流、恒功率輸出特性，通過計算機接ロ和程控軟件完成對電源輸出工作點的控制，使其輸出電壓和電流值落在需要模擬的太陽能伏安特性曲線上，這種模擬器的缺點是，系統復雜，成本高，計算機檢測到工作點偏離曲線后需要一個時間周期才能將工作點調整到曲線上來，這個時間周期有時會與上述匹配電路的工作特性發生沖突，不能很好地實現伏安特性的模擬，尤其不能滿足那種工作在開關模式或者脈沖模式的設備。第二種，是專用程控電源，同樣都是程控，但它是借助快速的可編程數字器件在輸出端實時地調整電源的輸出工作點，使其工作在需要模擬的特性曲線上，免除了 CPU處理時間、上下位計算機通訊時間和程控軟件計算時間，這種專用電源把調整時間周期大幅度縮減了，但是可編程數字器件、AD轉換、DA轉換也需要響應時間，所以，它只是拓展了 適用范圍，并沒有實質性改變，再有的缺點就是系統復雜，造價高，功率不易做大。

發明內容
本發明的目就是為了克服傳統模擬器系統復雜，造價高，功率不易做大、維護困難的缺點，利用恒壓電源的輸出特性，串聯ー個可變電阻網絡來實現ー種低成本的快速響應的多段近似太陽能電池伏安特性模擬器。為實現本發明的目的，提出了以下技術解決方案
一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置，由程控電源単元、放電回路控制單元和參考電壓設置單元組成；
程控電源単元能夠設置輸出電壓并送給放電回路控制單元；
參考電壓設置単元能夠調整最大輸出電流值給放電回路控制單元；
放電回路控制單元接受程控電源的輸出電壓或接受參考電壓設置単元的電流輸出不同的伏安特性曲線給伏安特性測試設備；
其中放電回路控制單元至少分成兩段進行模擬，其中至少有一段是依據輸出電流的大小來改變電源內阻的大小。圖2是ー個典型電壓電源的伏安特性曲線，內阻為R，具有如下特性
電壓電源的伏安特性是直線
當上述電源短路(も=0)吋，輸出電流最大，Isc=E/R 當上述電路開路時( =°°)時，輸出電壓最大，Voc=E 內阻R:
R= A V/ A I= Voc / Isc= I/ (Isc / Voc),
其中分母(Isc / Voc)是圖2直線的斜率，不同阻值的電阻R對應不同的斜率，ー個恒壓源，串聯不同阻值的電阻，可以形成不同斜率的伏安特性曲線。我們按照輸出電流的大小將太陽能電池伏安特性曲線分解成若干個線段，如圖3所示，I1^ I2兩條橫線將伏安特性曲線截成三段
KI1，最大斜率段，近似直線；
I1彡I彡I2，中間弧線區，可變斜率段；
I彡I2，近似恒流區，最小斜率段，近似直線。可以借助圖4的基本電路模型近似模擬上述三個線段，E是ー個恒壓電源，R是ー個受電流控制的可變電阻網絡，當負載電流小于I1吋，電阻網絡表現為ー個阻值較小的固定電阻，對應特性曲線第I段，R= A V/ A I，斜率最大，此區間，負載電流不參與控制；當負載電流大于I1，小于I2時，裝置表現為受電流控制的可變電阻，電流越大，電阻越大，斜率越小，電阻從Rl向R2變化；當負載電流大于I2吋，電流對電阻值的控制受到抑制，這是因為電源內阻電阻值的增大會抑制輸出電流的増大，兩方面因素平衡時，裝置表現為近似恒流特性，如圖5所示。其中可變電阻網絡的設計具體見圖6所示。本發明的優點
本發明與現有技術相比，其顯著優點是可以利用專利中裝置實現低成本多段可調的快速響應太陽電池方陣伏安特性模擬器。


圖I為典型太陽能電池伏安特性曲線；
圖2為典型電源的伏安特性曲線；
圖3是伏安特性曲線分段示意 圖4是基本電路模型；
圖5是多段近似伏安特性曲線示意 圖6是本發明放電控制電路原理 圖7是本發明組成結構框圖。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明的最佳實施事例作進ー步詳細描述
本發明提供一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置。圖I是典型太陽能電池伏安特性曲線。圖2是典型電源的伏安特性曲線。圖3是伏安特性曲線分段示意圖。圖4是基本電路模型。圖5是多段近似伏安特性曲線示意圖。圖6是放電控制電路原理圖。圖7是本發明組成結構框圖。本實例中是以最大電壓100V、對應圖5中I1為10A，I2接近18A進行電路參數設計，電路原理不變，可以通過電路參數調整，達到其他電流電壓范圍。如圖6中所示，Xl和X2用于連接伏安特性測試儀的輸入端，相當于在電路中接入一個可變負載，負載從接近無窮大到0之間可以連續變化。電路中R1、R2、R3、R6采用大功率可變電阻，用于調整模擬器的放電曲線。Vl采用耐壓值超過200V的大功率MOS管，V2采用15V左右的鉗位ニ極管，NI為運放。R3是電流取樣電阻，當負載電流小于10A，取樣電壓未達到設定電流之前，NI輸出高電平，由于R5的存在，Vl飽和導通，本電路對外表現的特性就是ー個恒壓源串聯ー個固定電阻R1，特性曲線對應圖五的第I段。當負載電流大于電流設定值IOA之后，NI輸出電壓逐漸變低，Vl開始退出飽和，導通電阻變大，且負載電流越大，Vl導通電阻越大，此時裝置對外表現的是一個恒壓源串聯ー個可變電阻，特性對應圖5的第2段。假設某時刻，負載電流有變大趨勢，使Vl導通電阻増大，反過來會造成裝置輸出電壓的降低，抑制負載電流的繼續增大(負載不變),增大趨勢和抑制作用平衡時(負載電流大于12)，裝置表現為近似恒流特性。ー個理想的恒流源的負載特性曲線是ー個水平的直線。輸出電流等于恒流值加上流過R6的電流，對外表現的特性為斜率等于1/R6的直線對應圖5的第三段。當改變圖中的Rl阻值時，可改變第一段的斜率，當改變電流設定值Is時，可以改變第二段的起始位置，當改變NI所組成的放大電路的增益時，可以改變第二段的曲率和恒流值I2 ;當改變R6的阻值時，可以改變第三段的斜率。通過上述參數的不同組合，可以模擬各種形狀的伏安特性曲線；當用程控方法實現上述參數組合時，可依制作程控模擬器，滿足不同的Isc、Voc和Pmax。模擬器的結構框圖如圖7所示，主要包含程控電源単元、放電回路控制單元和參考電壓設置単元。其中程控電源単元能夠設 置輸出電壓，并提供足夠的電流輸出能力；放電回路控制単元能夠實現分段曲線模擬功能；參考電壓設置單元能夠調整最大輸出電流值。
權利要求
1.一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置，其特征在于由程控電源單元、放電回路控制單元和參考電壓設置單元組成； 程控電源單元能夠設置輸出電壓并送給放電回路控制單元； 參考電壓設置單元能夠調整最大輸出電流值給放電回路控制單元； 放電回路控制單元接受程控電源的輸出電壓或接受參考電壓設置單元的電流輸出不同的伏安特性曲線給伏安特性測試設備。
2.根據權利要求I所述的一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置，其特征在于放電回路控制單元至少分成兩段進行模擬，其中至少有一段是依據輸出電流的大小來改變電源內阻的大小。
全文摘要
本發明涉及一種多段近似太陽電池伏安特性模擬裝置，滿足不同情況下對伏安特性模擬器的需要。其裝置主要包含程控電源單元、放電回路控制單元和參考電壓設置單元。其中程控電源單元能夠設置輸出電壓，并提供足夠的電流輸出能力；放電回路控制單元能夠實現分段曲線模擬功能；參考電壓設置單元能夠調整最大輸出電流值。通過控制電源的內阻，來模擬太陽能電池或組件的伏安特性；至少可以分成兩段進行模擬，其中至少有一段是依據輸出電流的大小來改變電源內阻的大小；通過不同的參數組合，可以模擬多種不同的伏安特性曲線。本發明是一個低成本多段可調的快速響應太陽電池方陣伏安特性模擬器。
文檔編號G01R1/28GK102768294SQ20121028408
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月11日 優先權日2012年8月11日
發明者朱文星, 朱炬, 許彥斌 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所