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太陽能電池測試中電子負載的應用

時間:2011-04-06 11:30:31來源:caijuan

導語:? 太陽能作為一種“取之不竭,用之不盡”的能源,具有普遍、安全、無害、巨大及長久的特點。

      太陽能作為一種“取之不竭,用之不盡”的能源,具有普遍、安全、無害、巨大及長久的特點,現(xiàn)在在人們的生活中得到廣泛的應用,如太陽能熱水器、太陽能空調(diào)、太陽能照明等,而這些又需要到另外一種太陽能產(chǎn)品——太陽能電池,作為一種能把太陽能從光能轉(zhuǎn)化為電能并予以保存的電力設備,與其他電池設備具有如下優(yōu)點:

(1)太陽光普照大地,沒有地域的限制無論陸地或海洋,無論高山或島嶼,都處處皆有,可直接開發(fā)和利用,且無須開采和運輸,可以太陽能電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。 

(2)利用太陽能來發(fā)電,不會像火力及水力發(fā)電,不會污染環(huán)境,也不會阻攔河流,它是最清潔能源之一,在環(huán)境污染及水資源稀缺越來越嚴重的今天,這一點是極其寶貴的,而太陽能電池則可有效地把太陽能轉(zhuǎn)化為電能予以保存下來。 

(3)每年到達地球表面上的太陽能輻射約相當于130萬億噸煤,其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源,這就給太陽能電池提供了充足的能源動力。 

(4)根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算,氫的貯量足夠維持上百億年,而地球的壽命也約為幾十億年,從這個意義上講,可以說太陽的能量是用之不竭的,可給太陽能電池發(fā)展一個廣闊而長遠的空間。 

      太陽能產(chǎn)業(yè)的成長增加了對太陽能電池測試和測量解決方案的需求,而且隨著太陽能電池尺寸的增大和效率的提高,電池測試需要運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試設備。

      通常需要測量太陽能電池的幾項關(guān)鍵參數(shù),這些參數(shù)主要是:

●開路電壓。在電流等于0時的電池電壓。

●短路電流。當負載電阻等于0時,從電池流出的電流。

●電池的最大功率輸出。電池輸出最大功率時的電壓值和電流值。

●電池的電壓值。 

●電池的電流值。

● 電池串聯(lián)電阻。

● 電池旁路電阻(或并聯(lián)電阻)。

常見解決方案

      現(xiàn)在,太陽能電池測試解決方案主要有兩種形式:完整的交鑰匙系統(tǒng)和通用的測試儀器。

      如果需要在太陽能電池最大輸出功率時進行測試,許多研究實驗室都具備低功耗四象限電源(有時也稱為SMU),并具有以下功能:

● 提供精確的正電壓和負電壓(“提供”也可稱為“施加”)。

● 提供精確的正向和反向電流(提供反向電流也被稱為電流流入到電源中)。

● 精確地測量待測器件(DUT)的電壓和電流(測量也被稱為檢測)。

      大多數(shù)高精度四象限電源都只能提供3A的電流或20W的連續(xù)功率。 

      在測試較小的單個電池時,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,電池的功率輸出將很快會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超過50W,而且可能會爬升至300W或更高,這意味著許多針對模組的測試都無法使用四象限電源來完成。

      在這些情況下,工程師應當借助于現(xiàn)成的電子負載、直流電源、DMM和數(shù)據(jù)采集設備,包括溫度測量、掃描、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄設備,以便在寬泛的操作范圍內(nèi)靈活地進行獨特的測試,并且達到預期的測試精度。例如,可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來掃描環(huán)境和待測器件的溫度,已校準的參考電池的電壓,以及在測試中需要捕獲的各種其他測試參數(shù)。 

      對于太陽能電池的測試,一般標準的電子負載就可用于測試太陽能電池。

      考慮到太陽能電池會產(chǎn)生能量,當使用四象限電源對它進行測試時,電源的實際工作模式是:太陽能電池在電源的端子上施加一個正電壓。同時,電流從太陽能電池流入四象限電源的端子,這意味著四象限電源看到的是反向電流(就其端子而言)。在這些條件下,也可以稱四象限電源是“電源沉”。 

      從電學上講,兩端加有正電壓并有電流流入(也就是反向電流)的儀器被稱為電子負載。因此,對于大多數(shù)有光照射并且太陽能電池也產(chǎn)生能量的太陽能電池測試而言,四象限電源實際上發(fā)揮著電子負載的作用。

      使用電子負載的優(yōu)勢在于這種負載可用在各種電流和功率水平。使用額定50W或高達數(shù)千瓦特和數(shù)百安培的電子負載,可以輕松克服四象限電源帶來的3A,20W的限制。

      電子負載可在恒壓、恒流、恒阻及恒功率模式下對太陽能電池進行工作。比如在恒壓模式下電子負載可以通過調(diào)節(jié)流經(jīng)自己的電流,從而調(diào)整它兩端的電壓,以保持恒定的電壓值。因此,恒壓模式可用于創(chuàng)建電壓掃描,使用負載來控制太陽能電池輸出端的電壓,然后測量產(chǎn)生的電流(如圖1所示)。 

 

圖1

      其他模式,電子負載亦可通過調(diào)節(jié)流經(jīng)自己的電流的工作,從而可以調(diào)整自己的電壓值或功率直(如下列圖2、圖3、圖4)。

           圖2                           圖3                            圖4

      有些負載(如費思科技的FT6600A系列)可以快速地執(zhí)行一系列CV定位點,以便在CV模式下掃描輸出電壓,從而快速地描繪出I-V曲線。同時,負載可以將從太陽能電池流出到負載內(nèi)的電流波形數(shù)字化,類似于捕獲示波器曲線。

      費思FT6600A能夠?qū)μ柲茈姵剡M行長時間的測試記錄計算,如電池的充放電測試記錄、內(nèi)阻計算、容量計算;電子負載有較強的程控功能和人機界面,通常具有彩色圖形顯示界面和GPIB接口。

 

 

   圖5  FT6600A系列多通道可編程直流電子負載

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