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太陽模擬器的常規組成結構分析

發布日期: 2020-06-29
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 太陽模擬器是一種在室內模擬太陽光的設備,在光伏行業,它主要用于太陽電池和組件的電性能測試、光老化試驗,熱板耐久試驗等。一個常規的太陽模擬器由光源、儲能供電電路、觸發電路、電子負載、采集電路以及計算機等模塊組成。
 
1、光源
 
光源是太陽模擬器的重要部件,光源的選擇對模擬器的設計起到關鍵的作用,可選的包括,氙燈,鹵素燈,無極硫燈,HID燈,LED燈等。不同的光源對驅動電源,濾光光路,均勻性光路有不同的要求。在選擇和設計光源時要盡量的考慮光源出射光譜與太陽光譜的匹配性,盡量減少濾光環節。
 
2、電源模塊
 
 a)穩態模擬器電源
 
穩態模擬器電源的設計相對較為簡單,主要是恒流和恒壓以及調光控制,目前已經有很多公司生產獨立的穩態電源,可以作為模塊使用。需要注意的是,太陽模擬器的供電電源是大功率器件,光源的點燃瞬間一般需要大的啟動電壓,而氣體被擊穿后瞬間產生大電流,這是會在空間中產生極強的電磁波,因此需要做好EMC方面的防護,以免燒壞其他器件。另外當使用多燈照明時,需要考慮相互之間輸出的功率匹配,因此一般會有一個輸出反饋控制的回路。
 
b)脈沖模擬器電源
 
脈沖模擬器電源的設計較穩態模擬器要復雜的多,這其中的關鍵是毫秒量級亞穩態脈沖的獲得。對于常規晶硅電池,這個亞穩態脈沖一般要求要10ms左右,對于薄膜、聚光、多結高效電池等電容效應較大的電池這種亞穩態脈沖要達到100ms左右。上海赫爽采用LC充放電網絡來獲得亞穩態脈沖,LC網絡通過電容和電感級連的方式連接而成,可高達到100ms,可以滿足從晶硅到薄膜、多結電池的全系列測試。
 
 3、電子負載及數據采集
 
太陽模擬器并不僅僅是一個模擬太陽光的光源,它還包括了一整套的測試系統。太陽電池是一種非線性元件,在電池/組件的性能進行測試時,一般通過測試一整條IV曲線來判斷太陽電池的性能。當前業界主要使用電子負載代替真實負載進行IV曲線的測試。對于脈沖式太陽模擬器,它僅有數十毫秒甚至幾毫秒的亞穩態恒定光強,要在如此短的時間內完成整條IV曲線的測試,這要求使用快速電子負載。
 
當前太陽電池電流電壓特性曲線的測試普遍采用四線制的接法,它可以消除接觸電阻的影響。為了得到精確的IV曲線,在電流采樣時普遍采用多點采用,不同廠家的模擬器采樣點數從幾百點到上萬點,當采樣點數很大時,這就要求有更高位的A/D轉換模塊,業界目前普遍采用10位到16位的AD轉換器件。
 
 4、軟件系統
 
軟件系統是人機交換的窗口,一個良好的系統一定要有一個良好的軟件和其相匹配。對于太陽模擬器的測試模塊必然也要有一個軟件系統,它主要起到兩個作用:一是系統控制;二是A/D采集信息的處理和分析。系統控制方面,軟件系統要做到控制的便捷化、自動化,以減少人對儀器的直接操作。數據的分析與處理方面,首先是通過數據擬合出一條IV曲線,并通過這些數據給出太陽電池的相關參數,比如開路電壓、短路電流、最大功率等信息,并且通過合適的算法給出串聯電阻,并聯電阻等信息。由于LABVIEW軟件具有良好的控制功能,并且自帶很多算法模塊,因此當前業界普遍采用這一軟件搭建測試系統軟件。
 
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