一种太阳电池光电性能演示仪的制作方法

文档序号：12474662阅读：207来源：国知局

本发明涉及太阳电池领域，特别是涉及一种太阳电池光电性能演示仪。

背景技术：

太阳电池是基于光伏效应--光照射到太阳电池时，太阳电池吸收光能，并将所吸收的光子的能量转化为电能的器件，而太阳电池转换电流与照射光强度、环境温度密切相关。太阳电池光电性能演示仪，模拟太阳高度、方位角变化，入射光频率变化(不同色光)，扬尘天气、下雨以及温度变化等环境条件变化现象，改变太阳电池的光照度、环境温度，显示转换电流的变化，以演示太阳电池转换电流与光强的关系。现有的设备THQTN-1型太阳电池特性测试实验仪、DH6521A多功能太阳电池综合特性测试仪等，测量在一定光强辐照条件下，测试太阳电池开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等，但不能显示出光强与太阳电池转换电流的关系，也不能显示出影响太阳电池转换效率的因素。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太阳电池光电性能演示仪，能够快速显示出光强与太阳电池转换电流的关系，并显示出影响太阳电池光电转换效率的因素。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种太阳电池光电性能演示仪，包括：光源、固定架、太阳电池板架、太阳电池、电池板转动盘、角度测量表、量角器、测量仪；

所述固定架利用支撑杆支撑所述光源；所述光源与所述支撑杆相互垂直；

所述光源与所述太阳电池在同一水平线上；所述光源和所述太阳电池板架之间的距离为预设距离；

所述固定架上安装有旋转转轴；

所述太阳电池板架由所述旋转转轴支撑；

所述旋转转轴套有电池板转动盘，用于转动所述太阳电池板架；

所述电池板转动盘上固定有所述角度测量表；所述角度测量表不随所述电池板转动盘转动；

所述太阳电池的两侧利用翻转转轴与所述太阳电池板架固定；

所述量角器竖直固定在所述太阳电池板架的一侧；用于测量所述太阳电池的翻转角度；所述量角器的0点与所述翻转转轴重合；

所述太阳电池安装在所述太阳电池加热板上；

所述太阳电池的四个顶角各安装有光敏元件；

所述光敏元件与所述测量仪的检测端相连接；

所述太阳电池与所述测量仪的检测端相连接；

所述光源的电流接收端与所述测量仪的电流输出端相连接。

可选的，还包括：气源、储水罐、灰尘罐、气路转换开关、气流调节阀；

所述气源利用第一气管与所述储水罐相连；

所述气源利用第二气管与所述灰尘罐相连；

所述气源利用所述气路转换开关与所述第一气管和第二气管连通；

所述气源与所述气路转换开关之间具有所述气流调节阀。

可选的，还包括：喷淋器、灰尘喷管；

所述储水罐和所述喷淋器相连通；

所述灰尘罐和所述灰尘喷管相连通；

所述喷淋器和所述灰尘喷管安装在所述太阳电池的上方。

可选的，所述喷淋器上具有N个喷洒孔，所述灰尘喷管上具有N个粉尘喷洒孔。

可选的，所述光源由多个发光二极管组成，具有N排，每排有N个发光二极管；

所述发光二极管具有多种颜色，每一排的颜色相同，连续N排的颜色顺序重复排列。

可选的，所述测量仪，具体包括：

所述测量仪内置有测量参数转换开关、光源电流调节阀、光源转换开关；

所述测量仪外部具有太阳电池参数显示屏、光源电流显示屏；

所述光源电流调节阀通过光源电路与所述光源电连接，用于调节光源电流，将所述光源电流的调节值在所述光源电流显示屏显示；

所述光源转换开光通过所述光源电路与所述光源电连接，所述光源转换开关用于调节所述光源的颜色。

可选的，所述检测端具体包括：

电流检测端、电压检测端、光照强度检测端、转换开关；

所述转换开关安装在所述电流检测端、所述电压检测端和所述光照强度检测端中间位置，用于切换所述电流检测端、所述电压检测端和所述光照强度检测端。

可选的，所述电池板转动盘可随所述旋转转轴在水平方向上0-90°的范围内转动。

可选的，所述太阳电池可随所述翻转转轴在竖直方向上0-90°的范围内翻转。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过改变太阳电池的水平旋转角度和竖直翻转角度，能够显示出太阳电池处于不同角度时，不同旋转角度对光电转换效率的影响，还能够通过光敏元件测量出光强对光电转换效率的影响及光强和太阳电池之间转换电流的关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例太阳电池光电性能演示仪结构示意图；

图2为本发明实施例另一种太阳电池光电性能演示仪结构示意图；

图3为本发明实施例喷淋器和灰尘喷管的结构示意图；

图4为本发明实施例光源发光二极管的光源图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种太阳电池光电性能演示仪，能够显示出影响光电转换效率的因素，并且能够显示出光强与太阳电池转换电流的关系。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例太阳电池光电性能演示仪结构示意图，如图1所示，一种太阳电池光电性能演示仪，包括：光源101、固定架102、太阳电池板架103、太阳电池104、电池板转动盘105、角度测量表106、量角器107、测量仪108；

所述固定架102利用支撑杆1021支撑所述光源101；所述光源101与所述支撑杆1021相互垂直；

所述光源101与所述太阳电池104在同一水平线上；所述光源101和所述太阳电池板架103之间的距离为预设距离；

所述固定架102上安装有旋转转轴；

所述太阳电池板架103由所述旋转转轴支撑；

所述旋转转轴套有所述电池板转动盘105，用于转动所述太阳电池板架103；

所述电池板转动盘105上固定有所述角度测量表106；所述角度测量表106不随所述电池板转动盘105转动；

所述太阳电池104的两侧利用翻转转轴与所述太阳电池板架103固定；

所述量角器107竖直固定在所述太阳电池板架103的一侧；用于测量所述太阳电池104的翻转角度；所述量角器107的0点与所述翻转转轴重合；

所述太阳电池104安装在所述太阳电池加热板1041上；

所述太阳电池104的四个顶角各安装有光敏元件；所述光敏元件能够感应出所述太阳电池104的光强程度；

所述光敏元件与所述测量仪108的检测端相连接；

所述太阳电池104与所述测量仪108的检测端相连接；

所述光源101的电流接收端与所述测量仪108的电流输出端相连接。

采用上述太阳电池光电性能演示仪，能够测量出当太阳电池处于光源照射的不同转换角度、不同温度以及不同光强程度时，显示出对太阳电池光电转移效率的影响。

在实际应用过程中，图2为本发明实施例另一种太阳电池光电性能演示仪结构示意图，如图2所示，该系统还包括：气源201、气路转换开关202、气流调节阀203、储水罐204、灰尘罐205；

所述气源201利用第一气管2011与所述储水罐204相连；

所述气源201利用第二气管2012与所述灰尘罐205相连；

所述气源201利用所述气路转换开关202与所述第一气管2011和第二气管2012连通；

所述气源201与所述气路转换开关202之间具有所述气流调节阀203。

在实际应用过程中，还包括：喷淋器2041、灰尘喷管2051；

所述储水罐204和所述喷淋器2041相连通；所述储水罐204和所述喷淋器2041之间利用气管连通；

所述灰尘罐205和所述灰尘喷管2051相连通；所述灰尘罐205和所述灰尘喷管2051之间利用气管连通；

所述喷淋器2041和所述灰尘喷管2051安装在所述太阳电池104的上方；所述喷淋器2041和所述灰尘喷管2051并排安装在支撑板上，所述支撑板安装在所述太阳电池板架103上；

所述喷淋器2041的喷洒孔径可以为0.1mm，所述灰尘喷管2051的喷洒孔径可以为0.5mm。

采用本发明上述演示仪能够模拟出“下雨”或“扬尘”环境，还能够控制气流模拟下雨、扬尘程度，从而显示出不同环境条件下对太阳电池光电转换效率的影响。

在实际应用过程中，所述喷淋器2041上具有N个喷洒孔2042，所述灰尘喷管2051上具有N个粉尘喷洒孔2043。图3为本发明实施例喷淋器和灰尘喷管的结构示意图，如图3所示。

在实际应用过程中，所述光源101由多个发光二极管组成，具有N排，每排有N个发光二极管；

所述发光二极管具有多种颜色，每一排的颜色相同，连续N排的颜色顺序重复排列；颜色可以为白光、红光、黄光、绿光、蓝光，图4为本发明实施例光源发光二极管的光源图，如图4所示，a代表白光，b代表红光，c代表黄光，d代表绿光，e代表蓝光，光源颜色可通过光源转换开关进行调节。

采用上述演示仪能够显示出不同颜色所述发光二极管照射太阳电池对光电转换效率的影响。

在实际应用过程中，所述测量仪108，具体包括：

所述测量仪108内置有测量参数转换开关1081、光源电流调节阀1082、光源转换开关1083；

所述测量仪108外部具有所述太阳电池参数显示屏1084、光源电流显示屏1085；

所述光源电流调节阀1082通过光源电路与所述光源101电连接，用于调节光源电流，将所述光源电流的调节值在所述光源电流显示屏1085显示；

所述光源转换开关1083通过所述光源电路与所述光源101电连接，所述光源转换开关1083用于调节所述光源101的颜色。

在实际应用过程中，所述检测端具体包括：

电流检测端、电压检测端、光照强度检测端、转换开关；

在实际应用过程中，所述电池板转动盘105可随所述旋转转轴在水平方向上0-90°的范围内转动。

在实际应用过程中，所述太阳电池104可随所述翻转转轴在竖直方向上0-90°的范围内翻转。

在本发明实施例中，太阳电池光电性能演示仪所用测量仪由二个模块组成，模块1为光源电流控制、显示电路，采用普通电压、电流控制电路。

模块2用于太阳电池光电转换电流、电压，光照强度、温度传感器测量和显示，光电转换电流随光照强度、温度变化曲线显示。

模块2利用模数转换器将模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号通过单片机显示在显示屏上。进而可以得出太阳电池板的开路电压和短路电流。由于电压和电流的数级不同，如果按照实际输出测量值不能同时显示，也就不能测量出电压，所以在设计电路的时候为了让显示屏同时显示电压和电流，就把电流显示输出放大5倍。

本模块中使用交流互感器，桥式整流器，滤波单元，A/D转换器，单片机以及显示模块组成。整体结构为数据经过交流互感器、桥式整流电路、滤波器、A/D转换器处理后，发送给单片机，所述单片机再将数据发送到显示模块。

原理：由于太阳能产生的是交流电需要经过交流互感器降压得到输入被测电压成比例的交流电压值，经过整流滤波得到与输入成比例的直流电压值。由A/D转换芯片转换成相应的数值量，再传送给单片机进行数据处理，然后通过显示模块将测得的数据显示出来。

电流测量模块

本模块由电流传感器，A/D转换器，单片机以及显示模块构成。数据经过电流传感器、A/D转换器后传递给单片机，再有单片机将数据发送至显示模块。

原理：电流传感器与被测电路连接得到电流的模拟量，由A/D转换芯片转换成相应的数值量，再将转换后的数据送给单片机进行数据处理，然后由显示模块将处理完后的数据显示出来。

功率的测量

根据所测量到电压与电流的数据，再根据功率计算公式：P＝UI,就可以知道功率的数值。本设计主要是运用单片将机采集到的电压值与电流值根据功率计算公式自动算出功率的数值，然后通过显示模块将功率的数值显示出来。

转换效率

太阳能电池的能量转化效率η表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。η＝(太阳能电池的最大输出功率/入射的太阳光功率)x100％＝[(Voc*Isc/Pin*s)]x100％其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，Voc开路电压，Isc闭路电流，FF填充因子(应在0.70-0.85之间)。本设计主要是运用所设计的电压表与电流表测出太阳能电池所转换的开路电压Voc以及短路电流Isc就可以知道太阳能电池的最大输出功率，再计算出太阳能的发电面积S以及入射光的能量密度，从而可以知道入射的太阳光功率，进而计算出太阳能电池的转换效率。此过程均由单片机编程实现。

转效率与温度的关系

由于本设计的太阳能电池板下放了加热板，目的就是为了研究温度与用转换效率之间的关系。实现此功能的电路模块包括温度传感器，单片机，显示模块所述温度传感器将数据传递给单片机，所述单片机对数据进行处理后发送给显示模块。原理：通过温度传感器对加热板的温度进行采集，将采集到的数据送给单片机进行数据处理，再又显示模块显示出来，观察随着温度的变化，转换效率的变化情况。

雨天对转换效率的影响

本部分研究电路包括雨滴传感器，A/D转换器，单片机，显示模块，数据经过雨滴传感器、A/D转换器处理后传递给单片机，再由所述单片机将数据发送至显示模块。

原理：根据雨滴传感器采集到的雨量的模拟量，由A/D转换芯片转换成相应的数值量，再将转换后的数据送给单片机进行数据处理，然后由显示模块将处理完后的数据显示出来。并通过显示观察雨量与转换效率的变化关系。

粉尘天气对转换效率的影响

研究此因素对太阳能的转换效率所涉及的电路模块有：粉尘传感器，A/D转换器，单片机，显示模块。数据经过粉尘传感器、A/D转换器处理后传递给单片机，再由所述单片机将数据发送至显示模块。

原理：根据粉尘传感器采集到的粉尘模拟量，由A/D转换芯片转换成相应的数值量，再将转换后的数据送给单片机进行数据处理，然后由显示模块将处理完后的数据显示出来。并通过显示观察粉尘与转换效率的变化关系。

不同色光对转换效率的影响

本部分的研究电路主要包括换光模块，电流调节模块，光照度传感器，单片机以及LABVIEW上位机，光照度传感器将数据传输给单片机，单片机与换光模块、上位机、电流调节模块之间进行数据交互。

为了更进一步了解本发明太阳电池光电性能演示仪的技术方案，通过以下使用方法进行详细说明：

1.太阳电池短路电流、开路电压、转换效率测量

(1)太阳电池板正对光源、竖直放置(太阳电池板架量角器度数0、方位角读数表度数0)；所述太阳电池板即为太阳电池。

(2)光源转换开关置“白光”；

(3)测量仪转换开关置“电流”，从测量仪“太阳电池参数显示屏”测出太阳电池短路电流；

(4)测量仪转换开关置“电压”，从测量仪“太阳电池参数显示屏”测出太阳电池开路电压；

(5)测量仪转换开关置“效率”，从测量仪“太阳电池参数显示屏”测出太阳电池转换效率。

2.太阳高度对太阳电池短路电流、开路电压、转换效率影响的测量