一种高倍聚光光伏电池测试系统及测试方法
【技术领域】
[0001]本申请属于光伏领域，特别是涉及一种高倍聚光光伏电池测试系统及测试方法。
【背景技术】
[0002]近年来，太阳能电池作为一种新型的可再生能源，已经越来越受到了人们的关注，其在能源产业上的地位也越来越重要。随着太阳能技术的不断发展和人们对于高效太阳能电池的不断的深入探究，由多个PN结构成的高效太阳能电池和聚光组件共同组成的聚光太阳能电池系统势必将会成为太阳能电池应用的主流。
[0003]对于多个PN结的太阳能电池，在实际应用过程中，往往都不是直接工作在户外太阳光下，而是要通过聚光透镜把一个大面积的太阳光汇聚到一块很小的电池表面，这样使得该太阳能电池表面单位面积接收到了高于普通太阳光几倍甚至几百倍的光强(具体取决于透镜面积和透镜焦点光斑面积大小的比值)，这样就使得一块同样大小的太阳能电池产生更高的输出电流(输出电流会与聚光倍数成正比)和输出电压，因此可以大幅度的提高太阳能电池的输出功率。
[0004]然而，在不同的光照强度和不同的温度下，太阳能电池的电流-电压特性也会发生变化。因此，需要检验在I个标准太阳光(户外日光)的条件下性能良好的电池是否在高倍聚光条件下仍有优良的电流电压特性，并且希望能够找出该电池在多少聚光倍数下能输出最高的输出功率，在多少聚光倍数下有最高的能量转化效率等。太阳能电池聚光测试系统就是一种能够在高于普通太阳光光强数倍或是数百倍的条件下对太阳能电池进行电流电压性能测试并且有效记录测试数据(开路电压，短路电流，填充因子，效率，串联电阻，并联电阻等)和电流电压曲线的的一套完整系统。
[0005]在当前的太阳能电池聚光测试领域中，往往都是通过添加聚光透镜或者直接用高光强的光源来代替传统的氙灯光源的方法来实现聚光测试。
[0006]例如，图1示出了一种通过添加菲涅尔透镜来实现聚光的测试系统。其包括模拟光源10、聚光透镜(例如菲涅尔透镜)20、样品台40、光源控制器50、测试系统60等。测试电池30放在样品台40上。聚光透镜20用于会聚由模拟光源10例如标准氙灯光源发出的模拟太阳光。由聚光透镜20会聚的高光强的光斑照射在测试电池30上。光源控制器50可用于调节模拟光源10的功率来控制模拟光源I输出的模拟太阳光的强度。测试系统60包括半导体参数仪、电脑等，均通过导线电连接到光源控制器50和测试电池30，用于实时地对测试电池30进行电流电压性能测试。
[0007]上述测试系统的聚光倍数是由菲涅尔透镜20的面积与通过菲涅尔透镜20后照射在电池30平面上的光斑的面积的比值决定的，可以通过调整菲涅尔透镜20到电池30表面的垂直距离，来改变光斑面积的大小(光斑面积一定要比电池面积大，透镜面积/电池面积是该透镜理论能满足的最大聚光倍数)，以达到调节聚光倍数的目的，从而实现对不同聚光倍数下的电池性能的测试。
[0008]但是由于散射光的存在以及光在传播途径中的损失，聚光倍数不是与聚光透镜到电池表面的距离线性地成比例，因此往往不能准确、定量地校准聚光倍数。换句话说，在光强一定的情况下，现有的采用菲涅尔透镜的聚光测试系统都只能通过改变菲涅尔透镜的位置单纯地增加或者减小聚光倍数，测试人员并不能准确地知道照射到电池表面的光斑的聚光倍数。
[0009]另外，采用聚光光源来实现聚光测试的系统，即把标准光源直接更换为具有一定聚光倍数的聚光光源，直接对电池进行测试，不需要添加任何聚光透镜。这样虽然可以定量地确定单一的聚光倍数，然而被测光斑聚光倍数不可调整是其一大缺点，而且聚光光源造价昂贵，难以广泛应用。
[0010]中国专利第201210558836.4公开了一种太阳能电池聚光测试系统，其通过设置一光阑以实现聚光倍数可调，同时测试人员可以准确地知道照射到电池表面的光斑的聚光倍数。但是其将光阑设置聚光透镜的下方，具有如下缺点:由于经过透镜会聚后的会聚光束能量较高，会带来光阑的局部温度的明显升高，而且高能量聚光比的会聚光束经过光阑散射后，也会导致光阑附近其它部件温度的明显升高，从而给系统稳定性带来潜在风险。
[0011]有鉴于此，有必要提供一种新型的高倍聚光光伏电池测试系统及测试方法。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种高倍聚光光伏电池测试系统及测试方法，解决现有技术中聚光倍数无法准确确定、聚光倍数不能大范围连续可调以及光阑局部温度明显升高的问题。
[0013]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请公开了一种高倍聚光光伏电池测试系统，包括:
光源，所述光源为太阳模拟光源；
聚光系统，接收所述光源发出的模拟太阳光并输出一定能量聚光比的会聚光束，所述聚光系统包括会聚透镜以及位于所述光源和会聚透镜之间的孔径可调的光阑；
二次匀光系统，使得所述会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
[0014]优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述二次匀光系统为光漏斗或梯形棱镜。
[0015]优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述光漏斗固定于三维运动平台上。
[0016]优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述二次匀光系统为设计为梯形棱镜或光漏斗等二次匀光器形式，使会聚透镜输出的会聚光束以全反射条件透过二次匀光器后照射在被测器件上。
[0017]相应的，本发明还公开了一种高倍聚光光伏电池的测试方法，包括:
光源连续输出或脉冲输出模拟太阳光；
模拟太阳光分别经过光阑和会聚透镜，通过调节光阑的孔径大小，以输出一定能量聚光比的会聚光束；
通过二次匀光系统使得会聚光束均匀地照射在被测试的电池片上。
[0018]优选的，在上述的高倍聚光光伏电池的测试方法中，所述二次匀光系统为三维可调的光漏斗或者梯形棱镜，并以满足全反射条件接收会聚光束，并最终使会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
[0019]优选的，在上述的高倍聚光光伏电池的测试方法中，所述二次匀光系统为平行光透镜，接收所述会聚光束并输出平行光。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1、光阑设置在光源和聚光透镜之间，一方面此时照射或透过光阑的光，仍为模拟光源输出的面积较大均匀平行光，一般能量密度在一个太阳强度附近，能量密度远低于经过透镜会聚后的会聚光束能量密度，可以避免光阑的局部温度明显升高；另一方面由于此时光源面积较大，意味光阑孔径的可调空间也较大，从而通过连续调整光阑孔径的面积，可实现待测电池片接受的总光能量连续可调，也即聚光倍数连续可调。
[0021]2、匀光系统采用光漏斗或梯形棱镜，一方面可以利用会聚光束在光漏斗或梯形棱镜中的多次全反射，而达到匀光的效果；另一方面由于室内太阳光模拟光源，毕竟不同于真正的太阳光，会将模拟光源系统中匀光结构等，如普遍使用的复眼匀光结构成像于待测器件表面，从而造成电池片在聚光测试中受光不均匀，而本发明中采用的光漏斗或梯形棱镜等匀光系统可克服透镜对光源系统成像而带来的光不均匀影响；最后根据电池形状，光漏斗或梯形棱镜底端平面可通过设计成与电池形状一