用于测试聚光光伏模块的方法与流程

本发明涉及用于测试聚光光伏模块的方法和装置。

背景技术：

聚光光伏模块(CPV)主要包括(例如多结)光伏电池和聚光器，该聚光器被设计成使太阳辐射朝向所述电池聚光。

在多结电池的情况下，不同的结串联布置，每个结均适应太阳光谱的特定光谱带。

大小小于由硅制成的常规太阳电池的多结电池的优点是提供更好的效率，但需要更高的光强度来运行。

在CPV模块中，电池与例如菲涅尔透镜的聚光器关联，该聚光器使太阳辐射朝向电池聚光。

另外，光伏模块被设计成安装在太阳跟随系统(也被称为“跟踪器”)上，以使模块根据太阳轨迹而最佳取向，使得聚光器将太阳的光线聚焦在电池上。

在制造这样的光伏模块期间，经常验证每个模块的操作和性能，为的是检测任何一个结的任何故障、聚光器的质量或定位缺陷或模块在加快之前的任何其它异常。

模块通过完全或部分串联安装而频繁组合。在这种情况下，整体系统的性能将受限于最弱的元件。因此可以证明有用的是在组合模块之前选择模块，使得模块的响应是均质的。为此，重要的是能够测量该模块的性能。

出于该目的，已知借助一般称为“闪光器”的照明装置来模拟太阳的照明，该照明装置生成的光束具有接近太阳的光照强度、光谱功率分布和角发散度。待测试模块的整个表面都符合这些特性。

目前市售的CPV模块具有相对较小的尺寸(具有0.5到1.5m²的量级)。存在着在这种类型的模块上模拟太阳照明的照明装置。

Soitec公司销售大尺寸太阳模块，具有若干m²的表面，包括由单个机壳连接的若干CPV模块。

所以例如，8m²的模块可以由可以任选地串联连接的两行各六个子模块形成。

因此，能够测试大尺寸模块是成问题的。事实上，因为子模块完全或部分串联地连接并且其机械完整性由单个机壳保证，所以子模块不能单独地测试。

另一方面，重要的是在安装之前确保组件的操作。

因此有必要能够通过模拟最接近太阳辐射的照明来验证完整模块的性能。

为此，照明装置必须考虑的约束如下：

-比得上太阳在地面水平产生的光照强度，即1kW/m²量级；

-通过考虑光谱密度再现从紫外到红外的完整太阳光谱；

-接近太阳光的角发散度，即0.5°(±0.25°)；

-光照强度的相当大的空间均匀性(目的是光照强度的不均质性小于或等于5％)。

已知照明装置不响应于大尺寸模块的这些需求。

事实上，这些装置提供更减少的领域或特性(尤其是角发散度)(太远难以从太阳中除去)。

单个光源在一平方米到几平方米量级的延伸领域的这样的特性可以用闪光灯仅再现很短的周期。

事实上，在m²量级的表面上产生1kW/m²量级的光照强度的必要功率太大难以继续(功率消耗然后将非常高，随之会加热所述系统)。

闪光灯一般用在这种类型的照明装置中，因为闪光灯达到足够的强度来测试光伏模块。

设计照明装置时考虑的另一约束是测试设施的紧凑。

所以，将光源远离模块放置以获得较低角发散度是不可行的，因为给定模块的表面，这将暗示数十米的距离，与工业设施不兼容。

可能可行的是使用将照射模块的每个部分的若干已知装置。

然而，使包括产生不同射束的闪光灯的光源同步的问题出现。

事实上，光源产生光脉冲，并且在这些脉冲期间记录模块性能的测量结果。

这样，可以进行测量，脉冲因此对所有光源而言在同一时刻产生，即，所述源在几百μs量级的范围内同步。

光源的闪光灯由聚光器电池供电。

因此，在所述源的触发与脉冲的发射之间存在延迟，其大于优选的同步范围。

该延迟从一个源到另一个源是可变的。

可能是由于电触发电路的阻抗，或者由于触发卡的时钟差导致延迟。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种用于测试大尺寸聚光光伏模块的装置，该装置考虑上文提到的约束，并且提供尤其精确的光源同步。根据本发明，提出了一种用于测试聚光光伏模块的方法，所述聚光光伏模块包括多个子模块，每个子模块均包括多个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述聚光器相对于所述电池布置成将以正交入射抵达的辐射朝向所述电池聚光，所述方法的特征在于：

-借助联接到相应抛物面反射镜的多个光源朝向所述模块发送多个几乎准直的光束，每个光源均包括适于发射光脉冲的灯并且包括适于向所述灯供电的供电装置，每个光源均具有在所述供电装置的触发与灯的脉冲发射之间的接通延迟，所述延迟特别针对每个相应光源；

-在根据所述灯的接通延迟而确定的相应时刻触发每个灯的所述供电装置，使得所有灯的脉冲同时发射并被所述模块同时接收；以及

-在所述同时脉冲期间测量所述模块的响应。

通过脉冲的同时性，清楚的是，所述脉冲呈现了至少95％的光强度覆盖(其发光特性)，可优选地至少为98.5％。

例如，对于1ms的测量周期，应确保两个灯的脉冲的相应时刻之间的最大间隔小于或等于50μs，可优选地小于或等于15μs。

几乎准直的射束在本文中指的是发散度低，通常小于1°的射束。在本发明中，为了再现太阳的发散，几乎准直的射束具有+/-0.25°的发散度。

如本身已知的，通过将每个光源的孔放置在与之联接的抛物面反射镜的焦点处或焦点附近而获得每个几乎准直的射束，技术人员能够限定孔的尺寸特性以及源–反射镜对的尺寸特性，以获得这样的几乎准直的射束。

借助有利的方式，通过测量所述供电装置的触发时刻和所述脉冲的时刻来预先确定每个灯的所述接通延迟，所述接通延迟被确定为等于所述脉冲的时刻与所述触发时刻之间的差。

根据一个实施方式，所述测量通过将每个子光伏模块替换为包括单结光伏电池的测试部件而做出。

可优选地，所述灯是闪光灯。

根据一个实施方式，使用与光源一样多的抛物面反射镜，每个光源均布置在对应抛物面反射镜的焦点处。

根据特定实施方式，使用与待测试光伏模块的子模块一样多的特定光源和抛物面反射镜，每个光源和每个抛物面反射镜均被联接以朝向对应子模块发送几乎准直的光束。

所述待测试模块的表面可以大于或等于8m²。

另外，所述模块的电池可以是多结电池。

本发明的另一目的是一种用于测试包括多个子模块的聚光光伏模块的装置，每个子模块均包括多个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述聚光器相对于电池布置成将以正交入射抵达的辐射朝向所述电池聚光，所述测试装置的特征在于包括：

-多个光源，每个光源均包括适于发射光脉冲的灯并且包括适于向所述灯供电的供电装置，每个光源均具有在所述供电装置的触发与灯的脉冲发射之间的接通延迟，所述延迟特别针对每个相应光源；

-多个抛物面反射镜，所述抛物面反射镜联接到所述光源，以在垂直于所述模块的表面的方向上朝向待测试模块以多个几乎准直的光束将从每个光源始发的光往回发送；

-所述光源的同步系统，所述同步系统被构造成在根据所述灯的接通延迟确定的相应时刻触发每个灯的供电装置，使得所述灯的脉冲同时发射并被所述子模块同时接收；以及

-测量装置，所述测量装置用于测量所述模块在所述同时脉冲期间的响应。

附图说明

本发明的其它特性和优点将参考附图从以下详细描述中出现，其中：

图1A是包括串联连接的若干子模块的聚光光伏模块的示意图；

图1B是属于这样的模块的子模块的光伏电池—聚光器组件的示意图；

图2是根据本发明的测试装置的组装图；

图3图示了光脉冲；

图4图示了三个光源的同步原理。

具体实施方式

图1A是本发明测试的光伏模块的示意图。

待测试的所述模块1包括多个聚光子光伏模块10。

每个子模块10均包括多个电池—聚光器组件。

如图1B中图示的，每个组件100主要包括(例如多结)光伏电池101和聚光器102，该聚光器102被设计成将以正交入射抵达的太阳辐射朝向所述电池101聚光。任选地，电池101放置在散热器103上以限制其温度上升。

例如，聚光器102包括菲涅尔透镜。

在本文中，待测试模块的表面是聚光器的表面。

任选地，形成模块1的子模块10可以串联或并联地电连接。

每个子模块10的表面一般具有矩形形状，其宽度和高度分别在以下范围中：宽度介于30到80cm之间，例如为60cm；并且高度介于60到150cm之间，例如为120cm。

子模块10通常布置成行和/或列的形式以形成所述模块。

例如，8m²的模块可以由两行各六个子模块形成，每个子模块具有约0.7m²的表面。

图2是根据本发明的测试装置的组装图。

所述装置包括用于待测试模块1的支撑件3。

可优选地，支撑件3被布置成使得待测试模块的表面是竖直的。

本文中的“竖直”指的是垂直于供测试装置安装的建筑物的地板的方向。

所述模块联接到测量装置(未图示)，该测量装置测量所述模块对光束照明的响应。

在确定的周期(例如1ms量级)期间执行测量。

在支撑件3前面，测试装置包括多个光源2和多个抛物面反射镜4，该抛物面反射镜4联接到光源，以便在垂直于模块表面的方向上以几乎准直的光束反射从每个源始发的光。

根据优选实施方式，每个源均布置在对应抛物面反射镜的焦点处。

在这种情况下，测试装置因此包括与反射镜一样多的源。

这利用多个相同的反射镜，其位置和取向被调整为朝向待测试模块往回发送垂直于所述模块的表面的几乎准直的射束。

根据另一实施方式，每个光源均可以联接到若干反射镜，在一定程度上这些反射镜被布置成使其焦点被组合，所述源布置在放置这些焦点的地方。

在图2图示的实施方式中，模块1包括水平两行各六个子模块10，测试装置包括位于模块1任一侧的根据水平两行放置的十二个光源2，并且包括面对模块1的根据水平两行放置的十二个抛物面反射镜4。

每个源及对应的抛物面反射镜相对于彼此取向，使得由反射镜发送回的光束垂直于对应子模块的表面。

所述源与抛物面反射镜之间的距离被限定成使得由每个反射镜发送回的几乎准直的光束以优选的特性照射对应子模块的整个表面。

该距离以及反射镜的表面因此取决于待测试模块的子模块的表面。

不希望限制，应考虑的是，抛物面反射镜与光源之间的在地面处测量的2米到6米量级的距离是合理的，该距离确定了在测试装置的地面处的大部分表面。

但并非必不可少的是，光源和抛物面反射镜的数目与待测试光伏模块的子模块的数目相同。

事实上，如果每个子模块的表面足够低，则可以归结为：光源—抛物面反射镜对会照射若干子模块并且保留对于测试装置和反射镜大小而言可接受的地面空间，这不损害其制造成本。

另一方面，在相邻的几乎准直的射束之间的边界处可能存在强度不能满足均匀性或发散标准的区域。

在这种情况下，光源和抛物面反射镜有利地布置成使得未被反射镜所发送的准直射束照射的区域与将子模块从待测试模块分离的区域重合，就光电转换而言这是不实用的。

出于组装模块的原因，从图1A中明显的是，事实上在两个相邻的子模块10之间存在空间，在该空间处，不发生光电转换。

以这种方式，如果在这些区域中发生均匀性的任何缺陷，则这些缺陷对测试质量没有负面影响。

为了允许这种调整，测试装置被设计成使得可以调整每个反射镜的位置和取向。

间隙有利地设置在反射镜之间以实现这样的调整。

每个光源均包括为了其产生优选光谱和光照强度的能力而选择的灯，并且包括适于向所述灯供电的供电装置。

一般来说，所述灯是闪光灯。

例如，所述灯是氙气闪光灯。

如图3中图示的，这样的适应的灯以光脉冲P的形式发射照明。

这样的脉冲通过聚光器电池的突然放电而获得。

脉冲P因此在时刻t_P(在本文中认为是脉冲的时刻)具有最大强度，随后强度缓慢降低直到时刻t_F，在时刻t_F，放电经由低电阻通过使之短路而中断，以限制发送给灯的功率。

事实上，因为灯仅可以支撑低功率，脉冲的周期必须都是较短的，因为期望强脉冲。

为了保存围绕最大强度的相对平坦形式的脉冲(脉冲类似于槽)，有利地使用聚光器的过大电池，并且一旦做出测量就中断放电。

在模块上做出的测量必须在每个灯的脉冲期间在时刻t_P之后做出。

必要的话，对应于时刻t_F与t_P之间的差的脉冲周期Δt_P因此限定为至少等于可能存在于两个灯的脉冲之间的最大时间偏移的必要测量周期与需要的安全余量的和。

在实践中，脉冲周期通常介于500μs到2ms之间。

根据本发明的实施方式，在1ms周期期间进行测量，每个灯的脉冲周期略微大于该周期。

自然地，可以在较短周期期间进行测量，例如如果使用产生更高强度的灯，则脉冲必须更短。

灯的供电装置是常规的，因此不需要进一步描述，技术人员能够选择存在于市场上的任何充足的供电装置。

由于供电装置中使用的电子部件并且由于使用各包括不同时钟的多个触发卡，接通延迟经常发生在供电装置的触发与灯发射脉冲之间。

为了消除从一个源到另一个源可变的该延迟的存在，本发明提出了下文描述的不同灯的脉冲的同步方法。

在第一实例中，确定每个光源的接通延迟。

确定该延迟的步骤可以通过测量灯的触发时刻还有最大脉冲强度发生的时刻来执行。

测量脉冲时刻可以通过放置例如包括单结电池的测试部件来代替子模块而获得。

这样的部件对照明脉冲产生瞬态响应(或者在任何情况下，具有相对于测量的忽略不计的响应延迟)，使得可以直接测量脉冲的时刻。

接通延迟被定义为脉冲时刻与触发时刻之间的差。

每个灯的接通延迟通过继续如上文指出地测量。

一旦进行该测量，接通延迟就不可能变化，因为每个灯均运行着。

当替换测试装置上的灯时，足以测量接通延迟。

测试装置包括光源的同步系统，该同步系统包括记录每个源的接通延迟的存储器。

同步系统进一步包括处理器，当源的触发顺序发出时，所述处理器针对每个源确定每个灯的触发时刻，等于必须发生同步脉冲的确定时刻与每个源的接通延迟之间的差。

然后，同步系统在该相应确定时刻触发每个源。

所以，所有灯的脉冲是同时的。

该原理在图4中示出，是在三个光源的情况下。

图4示出了作为时间t的函数的脉冲的光强度I。

在此针对三个源同步的脉冲P的时刻记做t_P。

第一光源具有接通延迟Δt₁并且在时刻t_D1＝t_P-Δt₁被触发。

第二光源具有接通延迟Δt₂并且在时刻t_D2＝t_P-Δt₂被触发。

第三光源具有接通延迟Δt₃并且在时刻t_D3＝t_P-Δt₃被触发。

以这种方式，每个子模块在同一时刻接收每个源的脉冲。