专利名称：多路光伏电池性能实时测试方法
技术领域：
本发明涉及光伏电池测试领域，具体的说是一种多路光伏电池性能实时测试方法。
背景技术：
对于光伏电池，我们既需要准确了解它的电特性，进行标准测试；同时还需要对它的使用寿命、稳定性等进行研究，必然要对电池的老化特性进行长期的跟踪测试和对室外运行情况进行实时监控。单块电池的电压较小，所以对测量精度要求很高。室外光伏电池阵列性能的实时监控，还要求测试系统能实现大功率电池组的自动测试；另外，由于室外条件苛刻，干扰大，而且被测电池离测试系统比较远，使得测试导线很长，导线电阻对测试的影响不可忽略，从而也增加了对系统测量精度的要求。
目前国内外已开发了多种形式的光伏电池性能测试仪，各具特色。而且一些仪器已得到了广泛的使用。吉时利仪器公司的2420型数字源表用于光伏电池的测试时，具有很高的测量精度，但不能适用于多路光伏电池的自动测试；电子工业部第六研究所研制的TC-1100光伏电池通用测试箱具有携带方便的优点，但也难于实现多路自动测试；澳大利亚STI公司研制的多路光伏电池老化测试仪虽然实现了多路光伏电池的自动循环测试，但是其功率较小，不能满足大功率电池组的测试。而且一些仪器使用二线法，在对室外电池进行远距离测试时无法避免测量导线电阻和夹具接触电阻引入的误差。
发明内容
针对现有测试系统存在的不足，我们根据光伏电池的测试标准和测试原理，提出了一种多路光伏电池性能实时测试方法。
技术方案一种多路光伏电池性能实时测试方法，由计算机发出的控制信号到数据采集卡的DAQ接口，数据采集卡通过D/A接口发出驱动信号驱动电子负载，电子负载给连接在电子负载两端的被测光伏电池施加一个由负到正的电压，通过四线测试法中的电流测量线测出被测光伏电池与电流线的回路中变化的电流，电压测量线测出对应每一个电流值的电池端电压，依次改变电子负载值，测出相应的电压与电流值，最后得到电池伏安曲线的测量数据，其特征在于电子负载前端设置有64路开关通道与多路光伏电池连接，数据采集卡通过DIO接口发出控制信号到通道转换控制模块的信号接受口，通道转换控制模块的信号发出口发出通道转换控制信号到64路开关通道的控制信号接受口，电流测量线与电压测量线通过64路开关通道与信号处理模块信号采集口相联接，温度传感器与标准硅电池分别与信号处理模块信号采集口相联接，信号处理模块将采集到的模拟信号转换为数字信号反馈到数据采集卡的A/D接口。
发明原理光伏电池实时监控系统由数据采集卡(1)、电子负载(2)、接口电路(3)、温度传感器(4)、标准硅电池(5)、计算机(7)等几部分组成。采用电子负载代替普通电阻负载实现了对电池在一、二、四象限伏安曲线的测量。保证了I-V曲线的完整性。
为了保证室外远距离电池的测量精度，消除导线电阻和夹具接触电阻带来的影响。我们沿用光伏电池测试标准规定的四线测试法。由计算机控制数据采集卡驱动电子负载给电池施加一个由负到正的电压，在被测电池与电流线的回路中便有一个变化的电流，其值通过电流测量线测出，再用测量仪表经电压线测出对应每一个电流值的电池端电压。依次改变电子负载值，测出相应的电压与电流值，最后得到电池伏安曲线的测量数据。四线测试法用一对电流线和一对电压线将驱动电流回路和感应电压回路分开，并采用高阻抗的测量仪表对电压值进行测量，几乎没有任何电流流经电压线，电压测量不会受接触电阻及导线电阻的影响而产生误差，使测量精度大大提高。同时根据实际电源的电压源模型与电流源模型在理论上可以等效的原理，我们用连续可调的精密恒流源作为电子负载。由于恒流源能够克服所有串联电阻(导线电阻，接触电阻等)而提供稳定的电流，测量精度得到了进一步提高。
在压控恒流源中，我们通过复合管进行功率放大，满足了大功率电池组的测量要求。
系统多路通道的数据采集通过外部接口电路来实现。我们采用时分复用技术，利用不同的时隙在数据采集卡同一个物理通道上传送不同的信号，即系统的多个虚拟逻辑通道共用数据采集卡的同一个物理输入通道。各个虚拟通道间的逻辑转换以及时序控制，都由接口电路来实现。接口电路的动作由软件控制来完成。同时在软件中对所采集的数据进行实时分析和存储，以解决多路采集时数据量过大，内存不够的问题。
本发明的特点本发明的特点是具有一机多用，测量精度高，成本低等优点；采集过程完全由软件控制，最大可采集多路通道，同时自动计算出电池的最大输出功率、填充因子、电池效率以及环境温度、光源光强等各项参数。系统设计以自动化运行为主，运行平稳，数据可靠，保证了光伏电池测试的真实可靠。
图1是多路光伏电池实时监控系统的原理方框图。
图2是本发明对单块电池进行标准测试的方案。
图3是本发明对多路单块电池的老化测试方案。
图4是本发明对小型光伏电站的实时监控方案。
具体实施例方式
参见图1～4。一种多路光伏电池性能实时测试方法，由计算机发出的控制信号到数据采集卡的DAQ接口，数据采集卡通过D/A接口发出驱动信号驱动电子负载，电子负载给连接在电子负载两端的被测光伏电池施加一个由负到正的电压，通过四线测试法中的电流测量线测出被测光伏电池与电流线的回路中变化的电流，电压测量线测出对应每一个电流值的电池端电压，依次改变电子负载值，测出相应的电压与电流值，最后得到电池伏安曲线的测量数据，其特征在于电子负载前端设置有64路开关通道与多路光伏电池连接，数据采集卡通过DIO接口发出控制信号到通道转换控制模块的信号接受口，通道转换控制模块的信号发出口发出通道转换控制信号到64路开关通道的控制信号接受口，电流测量线与电压测量线通过64路开关通道与信号处理模块信号采集口相联接，温度传感器与标准硅电池分别与信号处理模块信号采集口相联接，信号处理模块将采集到的模拟信号转换为数字信号反馈到数据采集卡的A/D接口。
实施例1光伏电池实时监控系统对单块电池进行标准测试的方案本实施的核心是采用本实用新型对单块电池进行标准测试的方案。如图2所示，采用四线测试法。标准光源采用自然光伏光或光伏模拟光源。调用单块光伏电池测试程序，计算机便控制DAQ驱动电子负载工作和进行数据采集，然后由计算机对得到的数据进行分析和处理。由于采用了四线测试法和恒流源作电子负载，克服了导线电阻和夹具接触电阻的影响，也保证了I-V曲线的完整性，使测量精度得到大大提高。
实施例2光伏电池实时监控系统对多路单块电池的老化测试方案采用本实用新型对多路单块电池的老化测试方案如图3所示，老化测试，选用紫外灯作为光源。多路被测电池分别与接口电路上的64个通道相连接。测试时，打开多路光伏电池老化测试程序，为每路电池设置好参数，运行程序后，软件控制设备自动循环对多路电池的伏安特性进行测试，每经过一个循环，停顿一段时间，然后再进入下一轮循环。停顿时间的长短可根据用户的需要灵活设置。同时计算机将每次得到的实时监控数据进行分析和处理，并将最后的结果自动保存到硬盘中。整个测试过程中，系统完全自动运行，无需人的干预。非常适合于长期的光伏电池老化测试(几个月至一年)。
实施例3光伏电池实时监控系统对小型光伏电站的实时监控方案采用本实用新型对小型光伏电站的实时监控方案如下。
小型光伏电站主要由光伏电池方阵，蓄电池(贮能装置)等组成。光伏电池方阵与蓄电池连接进行贮能，对光伏电站的实时监控主要是对光伏电池方阵的实时测试。光伏电池方阵由若干大功率光伏电池组串并联而成。实时监控方案如下如图4为所示。在每两块大功率电池组间接上单刀双掷继电器，继电器开关由测试仪器控制。不进行测试时，继电器处于常闭状态，将相邻的两块电池组接通，进行贮能。测试时，由仪器发出控制信号，驱动继电器J1、J2、J3、J4合上，从而将要被测的三块电池组从光伏电池方阵中断开，与测试系统接口电路相连，由测试系统依次对每块电池组进行测试。测完后，重新将这三块电池组接入方阵中，再用同样的方法，断开另外三块电池组，进行测试。由于在测试过程中光伏电池方阵中始终仅少了三块电池组，其它电池组仍在正常贮能，再加上测试时间很短，每一轮循环仅用几分钟，使得测试对发电系统的贮能过程几乎没有影响。
权利要求
1.一种多路光伏电池性能实时测试方法，由计算机发出的控制信号到数据采集卡的DAQ接口，数据采集卡通过D/A接口发出驱动信号驱动电子负载，电子负载给连接在电子负载两端的被测光伏电池施加一个由负到正的电压，通过四线测试法中的电流测量线测出被测光伏电池与电流线的回路中变化的电流，电压测量线测出对应每一个电流值的电池端电压，依次改变电子负载值，测出相应的电压与电流值，最后得到电池伏安曲线的测量数据，其特征在于电子负载前端设置有64路开关通道与多路光伏电池连接，数据采集卡通过DIO接口发出控制信号到通道转换控制模块的信号接受口，通道转换控制模块的信号发出口发出通道转换控制信号到64路开关通道的控制信号接受口，电流测量线与电压测量线通过64路开关通道与信号处理模块信号采集口相联接，温度传感器与标准硅电池分别与信号处理模块信号采集口相联接，信号处理模块将采集到的模拟信号转换为数字信号反馈到数据采集卡的A/D接口。
全文摘要
本发明公开了一种多路光伏电池性能实时测试方法，通过接口电路对测量通道进行了扩展，实现了多个通道的测量，并能对电池进行连续的实时监控，以便得到光伏电池在长时间工作过程中的老化特性，具有较高的测试精度；并利用自动控制技术，可实现对多路光伏电池的实时监控，同时可采集测试环境的光强和温度。系统运行平稳，得到的数据真实可靠。可广泛用于生产线对单体光伏电池和光伏电池组件的标准测试和老化测试。
文档编号G01R31/00GK1769886SQ20051009468
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月1日 优先权日2005年10月1日
发明者翁坚, 陈双宏, 戴松元, 王孔嘉 申请人:中国科学院等离子体物理研究所