多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统的制作方法

本发明属于光伏测试领域，特别涉及一种多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统。

背景技术：

能源是人类社会进步与经济发展的动力来源，随着当今社会工业化水平增加、人口过快增长，能源短缺与环境污染已成为全世界共同面临的严峻问题。光伏发电技术由于其清洁安全、可再生、使用寿命长等特点，已成为解决世界能源、环境问题的有效途径之一。光伏组件作为光伏发电技术应用的基本单元，其发电特性与可靠性的测试直接影响整个光伏系统的性能评价。

光伏组件发电性能测试一般分为室内标准测试与户外测试，其中室内测试可以在标准状况下测试光伏组件的发电参数却无法反映光伏组件在实际工作条件下的发电与衰减状况，所以户外测试被广泛应用于光伏组件的性能测试。目前国内外使用较多的户外测试方法为在并网状况下测试光伏组件的输出功率，但由于逆变器中最大功率点算法与逆变转换效率对不同光伏组件影响不同，且本身具有动态变化的特性，影响测试结果的准确性。现在，一些测试系统直接采取I-V扫描的方法对光伏组件进行户外测试，中国专利201410844202.4《一种光伏组件户外暴露试验方法》中，将待测光伏组件安装在投样点，连接负载电阻模拟其运行环境，并做定期的电性能测试，虽然此方法获得的电性能参数较为精确，但是缺少真实的并网条件，衰减机理也有所差异；中国专利201610692861.X《一种光伏组件户外发电特性与衰减状况测试系统》中，在真实并网条件下，能够定期断开与逆变器的连接并自动扫描每个光伏组串的直流端参数，其他通道组串仍处于并网工作状态，每个通道的切换过程主要由一个单刀双掷开关拓扑完成，此方法的测试对象主要为光伏组串或阵列，在评价光伏组件的衰减特性时，不能将同一光伏组串内组件间的失配因素排除。

基于以上所述，提供一种适用于多种不同光伏组件的户外性能测试，有利于完善对光伏组件发电特性及可靠性的评估的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，适用于多种不同光伏组件的户外性能测试，主要用于研究光伏组件在户外实际应用情况下的发电特性及衰减特性，有利于完善对光伏组件发电特性及可靠性的评估。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，所述测试系统包括：光伏组件、光伏组件选择控制器、电流-电压特性曲线测试仪、逆变器、太阳辐照度测试仪、热电偶、热电偶选择器以及处理系统；所述光伏组件通过串联方式连接成光伏组串，测试对象可以为一个或多个光伏组串；所述光伏组件选择控制器连接于所述光伏组件，光伏组串中被抽取的光伏组件通过所述光伏组件选择器断开与其他光伏组件的连接，再连接到所述电流-电压特性曲线测试仪上进行测试，完成直流端曲线扫描后通过所述光伏组件选择器切换回原光伏组串，通过所述逆变器并网工作，光伏组串中未被选择的光伏组件始终保持串联连接状态，统一接入所述逆变器，逆变并网工作；所述电流-电压特性曲线测试仪连接于所述光伏组件选择控制器，用于测试被抽取光伏组件的直流输出电流-电压特性曲线；所述逆变器连接于所述光伏组件选择控制器，用于对光伏组串以最大功率输出逆变并网；所述太阳辐照度测试仪连接于电流-电压特性曲线测试仪，用于同步测量所述光伏组件平面太阳辐照度；所述热电偶连接于所述光伏组件，用于测量光伏组件背板的温度，并在光伏组件被测试时，通过所述热电偶选择器将对应通道光伏组件温度传输至电流-电压特性曲线测试仪；所述处理系统连接于所述电流-电压特性曲线测试仪以及逆变器，用于记录被测光伏组件的直流输出特性参数及对应温度和太阳辐照强度，通过温度和太阳辐照强度对光伏组件发电参数的校正处理，得到不同光伏组件的发电特性以及衰减率，并通过逆变器记录的交流数据对光伏组串的运行状况进行监测。

优选地，所述光伏组件选择控制器中每个独立通道包括组件短接开关、组件连接开关与组件选择开关三个主开关，所述短接开关连接于，在光伏组件选择控制器的每个通道中，组件短接开关连接于该组件通道与下一通道的正极连线之间，其中光伏组件选择控制器中最后一个通道的组件短接开关连接于该组件通道正极连线与光伏组件选择控制器的逆变器负极输出端口之间；组件连接开关连接于该通道组件负极连线与下一组件通道正极连线之间，其中光伏组件选择控制器中最后一个通道的组件连接开关连接于该组件通道负极连线与光伏组件选择控制器的逆变器负极输出端口之间；组件选择开关连接于该组件通道正/负极连线与光伏组件选择控制器的电流-电压特性测试仪输出端口之间。

在光伏组件正常工作于光伏阵列中时，所属通道中组件短接开关断开，组件连接开关闭合，组件选择开关断开；

在光伏组件进行直流测试时，所属通道中组件短接开关闭合，组件连接开关断开，组件选择开关闭合；

在光伏组件从正常逆变工作转换为直流测试时，所属通道中主开关控制顺序为：首先组件短接开关闭合，然后组件连接开关断开，最后组件选择开关闭合；

在光伏组件从直流测试转换为正常逆变工作时，所属通道中主开关控制顺序为：首先组件选择开关断开，然后组件连接开关闭合，最后组件短接开关断开。

优选地，所述测试系统具有统一的测试基准，光伏组串中被选择的光伏组件通过光伏组件选择控制器从光伏组串中切换接入同一台电流-电压特性曲线测试仪进行直流端曲线扫描，各通道的辐照度及温度数据也分别通过对应相同接口进行同步采集。

优选地，测试系统既可应用于单串相同光伏组件的测试，也可应用于多个不同光伏组件串中任意光伏组件的测试。

如上所述，本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，具有以下有益效果：

1)光伏组串在户外并网工作状态下，被选择的光伏组件与逆变器断开，与电流-电压特性曲线测试仪连接进行直流端曲线扫描，之后再重新接入光伏组串并网工作，在不影响光伏组件正常逆变发电状况下准确测量其直流端发电特性与衰减状况。

2)以光伏组件作为测试单位，排除光伏组串或光伏阵列中组件之间的失配因素对研究光伏组件发电与衰减特性带来的影响。

3)使用电流-电压特性曲线测试仪记录光伏组件直流端下的数据，不受电网波动与逆变器效率等因素对光伏组件的影响，数据精确。

附图说明

图1显示为本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统并网工作结构图。

图2显示为本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统中编号n的光伏组件处于特性曲线测试的结构图。

图3显示为本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统运行方式的流程图。

图4显示为本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统实施案例2的结构图。

元件标号说明

1 光伏组件

2 光伏组件选择控制器

3 电流-电压特性曲线测试仪

4 逆变器

5 标准太阳电池

6 热电偶

7 热电偶选择器

8 处理系统

9 组件短接开关

10 组件连接开关

11 组件选择开关

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，所述测试系统包括：光伏组件1、光伏组件选择控制器2、电流-电压特性曲线测试仪3、逆变器4、太阳辐照度测试仪(本实施例选用为标准太阳电池5)、热电偶6、热电偶选择器7、处理系统8。

所述光伏组件1的类型包括单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅薄膜组件、HIT组件、铜铟镓硒组件等。

作为示例，本发明测试的基本单位为光伏组件，扫描单个光伏组件直流端电学参数，排除光伏组件在组串及阵列中由于组件之间的失配带来的误差。

所述光伏组件选择控制器2连接于所述光伏组件1，用于断开任意一路光伏组件1与逆变器7的连接，并将光伏组件1连接到电流-电压特性曲线测试仪3上进行测试。

所述光伏组件选择控制器2中每个独立通道包括组件短接开关9、组件连接开关10与组件选择开关11三个主开关，所述组件选择开关11采用双刀双掷开关，在光伏组件选择控制器2的每个通道中，组件短接开关9连接于该组件通道与下一通道的正极连线之间，其中光伏组件选择控制器2中最后一个通道的光伏组件短接开关9连接于该组件通道正极连线与光伏组件选择控制器2的逆变器4负极输出端口之间；组件连接开关10连接于该通道光伏组件负极连线与下一组件通道正极连线之间，其中光伏组件选择控制器2中最后一个通道的组件连接开关10连接于该光伏组件通道负极连线与光伏组件选择控制器2的逆变器4负极输出端口之间；组件选择开关11连接于该光伏组件通道正/负极连线与光伏组件选择控制器2的电流-电压特性测试仪3输出端口之间。

所述光伏组件选择控制器2每通道中三个主开关在测试过程中采用防电弧控制方式，在光伏组件从正常逆变工作转换为直流测试时，所属通道中主开关控制顺序为：首先组件短接开关9闭合，然后组件连接开关10断开，最后组件选择开关11闭合；

在光伏组件从直流测试转换为正常逆变工作时，所属通道中主开关控制顺序为：首先组件选择开关11断开，然后组件连接开关10闭合，最后组件短接开关9断开。

所述逆变器4包括滤波、最大功率点跟踪、直流/交流转换功能，通常状况下使得光伏组件1能够以最大功率输出并网工作；当光伏组件1断开与逆变器4的连接并切换回来的过程中，逆变器工作状态不变，与其连接的光伏组串中其他通路的光伏组件保持逆变并网状态。

所述电流-电压特性曲线测试仪3连接于所述光伏组件选择控制器2，用于测量光伏组件1离网状态下的直流端电学参数，其与光伏组件选择控制器2的连接线缆长度及线径相同，避免由于直流传输引起的误差。

所述标准太阳电池5安装在于光伏组件1相同的平面上，用来测量辐照度，采用与光伏组件1相同类型的标准太阳电池5，可以排除由于光谱失配引起的测量误差，使得辐照度测量结果更为准确。

所述热电偶6用于测量光伏组件1背板温度，通过热电偶选择器7与光伏组件1的直流测试实现同步。

所述处理系统8连接于电流-电压特性曲线测试仪3和逆变器4，记录光伏组件1的直流端电学参数、背板温度及辐照度，得到其在实际环境条件下的发电特性；监测光伏组串交流端数据，及时排查故障。

在本实施例中，所述多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统按如下方式运行：

如图2级图3所示，k个同种光伏组件1组成的光伏组串通过逆变器4并网工作，在一次测试循环中，通过光伏组件选择控制器2断开组串中的一个光伏组件1，接入电流-电压特性曲线测试仪3进行直流曲线扫描。光伏组件选择控制器2具体控制策略如图3所示，k为组串中光伏组件1的个数，n为一次测试扫描中光伏组件1的编号，首先判断编号为n的光伏组件是否被选定，若未选定，则继续判断编号为n+1的光伏组件是否被选定，若被选定，则继续如下流程：当n不大于k时，编号为n-1的组件短接开关9闭合，编号为n-2的组件连接开关10断开，编号为n-3的组件选择开关11闭合，编号为n的光伏组件1与电流电压特性曲线测试仪3连接扫描电流-电压特性曲线，光伏组串中除编号为n的光伏组件1外其他组件串联与逆变器4连接并网工作，此时测试系统的结构图如图2所示，编号为n的光伏组件1扫描结束后，编号为n-3的组件选择开关11断开，编号为n-2的组件连接开关10闭合，编号为n-1的组件短接开关9断开，编号为n的光伏组件1重新接入光伏组串逆变并网。继续判断组串中其他光伏组件是否进行电流-电压特性曲线扫描，直到k个光伏组件1完成判断，变量n复位为1，相隔一段时间后，进行下次循环测试。

在光伏组件1断开与逆变器4的连接，通过电流-电压特性曲线测试仪3扫描电流-电压特性曲线时，热电偶6通过热电偶选择器7同步采集光伏组件1的背板温度，同时太阳辐照度通过标准太阳电池5进行采集。处理系统8通过对直流电学参数、环境参数的测试对比，可以得出光伏组件在不同气候环境下的发电特性，通过对光伏组件直流与光伏组串交流发电数据的长期积累，可以获得其衰减与可靠性数据。

实施例2

如图4所示，本实施例提供一种多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，其基本结构如实施例1，其中，与示例1的区别在于，测试对象为两个不同种类光伏组串，两个光伏组串分别由A、B两种组件四块串联而成，不同光伏组串的光伏组件选择控制器通过级联安装于同一测试系统，可适用于户外试验场地中不同种类光伏组件发电特性与衰减状况的研究对比。多种光伏组件的测试，无需增加电流-电压特性曲线测试仪、热电偶选择器与处理系统的数量，在确保研究准确性的同时减少了测试系统的成本。

综上所述，本发明的多通道光伏组件户外发电特性与并网衰减状况测试系统，具有以下有益效果：

1)光伏组串在户外并网工作状态下，被选择的光伏组件与逆变器断开，与电流-电压特性曲线测试仪连接进行直流端曲线扫描，之后再重新接入光伏组串并网工作，在不影响光伏组件正常逆变发电状况下准确测量其直流端发电特性与衰减状况。

2)以光伏组件作为测试单位，排除光伏组串或光伏阵列中组件之间的失配因素对研究光伏组件发电与衰减特性带来的影响。

3)使用电流-电压特性曲线测试仪记录光伏组件直流端下的数据，不受电网波动与逆变器效率等因素对光伏组件的影响，数据精确。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。