光伏元件评估方法、测量系统结构和使用测量系统结构的过程与流程

通常在用作太阳光发射的模拟器的脉冲发光元件中执行光伏元件的电流-电压特性的分类和具体地，测量。光伏元件的这种类型的测量和分类通常被视为光伏评估的主要部分。即使如此，基于c-Si技术(具体地讲，背面接触或异质结技术)的高效光伏元件的功率测量对于光伏研究团体而言成为挑战达至少二十年。对于这种技术，测试设施已针对相同的样本报告显著不同的标称功率。观测到的偏差主要归因于在测试中使用的光伏元件的内部电容。原因之一在于：内部电容通常处于比典型工业硅太阳能电池的内部电容高的数量级的范围中。该电容通常在变化施加的电压、变化电流和/或变化光强下在光伏元件的响应中引起滞后效应。作为结果，高电容模块的电流-电压测量受到扫描时间和扫描方向效应的影响。

能够通过在具有非常长的脉冲时间(> 100 ms)的太阳模拟器执行测量来给出该问题的解决方案。然而，这可能是非常昂贵的解决方案，该解决方案还可能由于模块加热而引入另外的问题。几个科学家已提出用于在脉冲模拟器和/或闪烁模拟器中准确地评价高电容模块的替代方法。这些方法中的大多数依赖于通过在逐点或多区段基础上分割电流-电压追踪来将扫描时间延长为超过100 ms。这种方法是有效的，但非常耗时，因为氙气灯的闪烁之间的下降时间是相当大的。

Sinton, R. A. Sinton, 21st EU PVSEC, (2006); pp. 634-638提出一种能够使在多闪烁测试期间的瞬时误差的影响最小化的方法。通过在变化强度的光脉冲下将特定电压调制应用于电池或模块的端子来实现该结果。电压调制与光脉冲同步以使测试装置内存储的电荷保持不变。利用具有超短脉冲和高重复率的模拟器执行操作；然而，它容易受到超短脉冲多闪烁方法的典型缺点的影响。

通过采用对测试样本的重复多次闪烁(经常多达二十次)，前面的方案可准确地评价高效率、高电容晶体光伏元件。通过将不同的子区段连接在一起来重构最终的电流-电压相关性。能够在短光脉冲(大约10 ms)或在高重复率-超短光脉冲(大约2 ms)模拟器中实现该方法。然而，前者耗时，并且能够引起相当昂贵的氙气灯泡的提前老化。后者容易遭受光均匀性和光谱失配问题。因此，所描述的技术对工业中的模块评价带来严重的约束。

待解决的问题在于提供一种用于以标准化形式准确地测量光伏元件(特别地，高效率、高电容光伏元件)的性能(特别地，电流-电压特性)的解决方案，以便允许对于相同样本实现近似等同的结果。

利用根据第一实施例的特征的光伏元件评估方法、根据第二实施例的特征的测量系统结构和具有第三实施例的特征的使用这种测量系统结构的评估过程解决该问题。在进一步实施例中以及在下面的描述和附图中指示其它有优势的实现方式、另外的特征和另外的发展。

作为特定实施例的部分提供的特定特征可被解构并且与提供的任何其它实施例的其它特征组合。特别地，可通过将一个特征或几个特征与所提供的其它特征进行交换来产生另外的解决方案。描述的实施例是相当示例性的实施例并且不排除其它实施例。

提出一种光伏元件评估方法，包括光伏元件的电流-电压特性的时间控制测量。所述光伏元件被布置在用于至少测量所述电流-电压特性的电流和/或电压的测量电路中。所述光伏元件评估方法还包括：

-将所述光伏元件设置为具有离散照明持续时间的至少一次短光闪烁，所述短光闪烁由脉冲发光元件产生，并且

-在所述照明持续时间期间执行许多测量步骤。

这里，每个所述测量步骤包括：

-逐步改变所述电流、所述电压和阻抗负载中的至少一个，

-对与所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的其它量中的至少一个相关的至少一个值进行采样。

如上所述的所述光伏元件是能够至少部分地基于光伏效应进行操作的元件。特别地，光伏元件能够被体现为太阳能电池或体现为一个或几个或许多太阳能电池的组件。在后者实施例中，光伏元件经常将会被称为太阳能模块。但术语光伏元件还包括组合任何光伏元件与任何其它元件的其它实施例。

如上所述的所述时间控制测量是其间作为至少时间的函数对所述一个或几个或许多测量值进行采样期间的测量。这里，测量值的采样表示至少包括测量一个值的过程。另外，采样可包括将值转发给输出。例如，采样可包括将测量值显示在监视器上和/或将其保存在存储装置中(例如，保存在数据库中)。这里，对至少测量值进行采样可表示执行连续测量或不连续测量。在不连续测量的情况下，这也可包括将要作为仅一对值的点测量执行的测量值的采样。

如上提到的所述电流-电压特性是电流和电压之间的关系。通常，所述电流和所述电压中的一个与所述电流和所述电压中的另一个的相关性被指定为电流-电压特性。

如上提到的所述测量电路是至少适合测量元件的电气特性(例如，电流-电压特性)的电路。术语电路包括允许电流流动的建立的测量单元和连接的任何布置。优选地，应该包括电气接地。

所述离散照明持续时间意味着能够定义照明持续时间，在该照明持续时间内，所述光闪烁显著亮于所述照明持续时间之前和之后。可根据多种选项定义照明持续时间的开始和结束。例如，照明持续时间的所述开始和/或所述结束可被定义为超过定义的亮度阈值的时间。例如，能够预期：通过使用参考亮度测量单元来测量照明持续时间的开始和/或结束。另外，照明持续时间还可包括与照明相关的简单开/关的定义。

能够在测量持续时间期间执行所述采样作为与时间连续或准连续相关的值的采样。另外，执行所述采样作为点测量可以是可能的。另外，可与连续和/或准连续和/或点测量组合来执行所述采样可以是可能的。替代优选地在相应的随后逐步改变之前结束采样，可以可能的是，采样将会继续一定时间并且在相应的随后逐步改变之后立即结束。

如上所提到的所述脉冲发光元件是能够被用于产生至少两次光闪烁的发光元件，其中每次所述光闪烁具有离散照明持续时间。这里在如下这样的意义上使用术语“脉冲发射元件”：能够交替地发射一定强度的光闪烁，所述一定强度高于紧挨在所述光闪烁之前和之后的强度。优选地，能够产生具有可能宽范围的离散照明持续时间的大量的闪烁。例如，脉冲发光元件能够被体现为包括电子闪光管的单元。这些闪光管能够例如基于气体放电激发。例如，但是通常，这种气体是惰性气体(在许多情况下，氩气、氙气或氪气)。特别地，发光元件能够被体现为太阳模拟器。可按照闪烁模拟器的形式体现太阳模拟器。在另一实施例中，可按照脉冲模拟器的形式体现太阳模拟器。作为典型发光元件，可设想使用惰性气体灯泡，(比如例如，氙气灯泡)。

可在照明持续时间期间应用理想不变的所述光闪烁的辐照度和/或光谱。在另一实施例中，能够设想调节所述辐照度和/或所述光谱以使在测量时间期间辐照度和/或光谱的任何变化最小化。在另一实施例中，能够设想调节所述辐照度和/或所述光谱以使在测量步骤的持续时间期间辐照度和/或光谱的任何变化最小化。在另一实施例中，能够设想调节所述辐照度和/或所述光谱以使在照明持续时间期间辐照度和/或光谱的任何变化最小化。

预期在所述照明持续时间期间执行许多测量步骤。特别地，这意味着在至少一个照明持续时间期间发生至少两个测量步骤。还能够预期：在一个照明持续时间期间(即，在所述照明持续时间的持续时间中或在小于所述照明持续时间的持续时间中)发生超过两个测量步骤或该所有测量步骤。

预期发生对与所述逐步改变的所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的其它量中的至少一个相关的至少一个值进行采样。这可包括与电流、电压和阻抗负载之一相关的至少一个值的测量。例如，可预期该测量连续地或准连续地发生或者在离散间隔中发生。另外，可预期最终离散间隔等距离地展开或者以变化的距离展开。另外，能够执行采样，使得在一个事件点仅执行一次测量。在一个事件点的测量可包括按照实际使用的测量装置的时间分辨率的数量级的时间标度测量。

然而，术语“与所述电流和所述电压中的至少一个相关的值”表示如下事实：不必强制执行电流和/或电压的直接测量。然而，能够应用间接测量。可测量如下参数：能够根据该参数推导该值。

可通过主动地改变所述电流和所述电压中的至少一个来执行所述电流和所述电压中的至少一个的所述改变。例如，所述电流和所述电压中的至少一个能够由相应控制装置主动地(例如，闭环或开环)控制。

参照逐步执行的改变，其表示非常突然的(即，在理想化情况下的)值的改变，使得该改变可被描述为与时间相关的阶跃函数。然而，在以逐步方式执行该改变的情况下，它应该被包括以按照非常短的时间标度改变相应的值。因此，所述电流和所述电气值中的所述至少一个的改变(使得代表该改变的曲线图稍微偏离阶跃函数)也将会是可能的并且被包括在本发明中。

在另一实施例中，可预期：通过控制所述测量电路的至少一部分的阻抗负载来间接地、开环或闭环控制所述电流和所述电压中的至少一个。例如，可预期所述阻抗是至少所述光伏元件两端的阻抗。

所述采样可意图表示存储所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的其它量中的至少一个的某个值的过程。所述采样意图表示与在改变之后的所述电流、所述电压和/或所述阻抗负载中的至少一个关联的所述电流、所述电压和/或所述阻抗负载的测量和/或采样值。也可包括一个或多个值的连续和/或不连续测量。另外，可以可能的是，执行一个或多个测量作为点测量，即仅一对值被测量和/或采样。

另外，可以按照如下这种方式执行所述采样作为与所述逐步改变的电流、电压和阻抗负载中的其它量中的至少一个相关的至少一个值的采样：使得与所述逐步改变的电流、电压和阻抗负载中的其它量中的至少一个相关的值可例如包括可间接地与所述被测量对象相关的导数或其它值。

在另一实施例中，意图在一个测量步骤期间用于增加或减小的所述值的反应时间与用于所述测量步骤的可确定持续时间一样长，或者比该可确定持续时间长。

所述反应时间意图表示在执行与所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的其它量中的至少一个相关的至少一个值的所述采样时和/或之后的持续时间。然而，这不排除在所述反应时间之前测量和/或采样的任何其它值。术语“反应时间”表示如下事实：在逐步改变所述电流和所述电压中的至少一个之后，作为可能的被测量对象的其它值可能需要一些时间以做出反应并且朝着新的稳态或至少新的定义的状态移位。

可确定持续时间是可从某些给定条件确定的持续时间。它包括确定并不主要通过任何任意确定所确定的可确定时间的任何方法。

然而，在一些情况下，可以可能的是，包括用于可确定持续时间的确定的任意元件，只要它们与根据某些给定条件执行的确定组合即可。例如，对于一个实施例，可能可以例如通过时间常数的相减、相乘和/或相加以及依赖于其它被测量对象的因数来修改初步的可确定持续时间。

可确定持续时间可以是开环控制的或闭环控制的。在优选实施例中，在最小持续时间之后执行所述采样。所述最小持续时间优选地是可确定持续时间。所述最小持续时间可被体现为如下这样的持续时间：在所述最小持续时间之后，预期至少满足至少某个条件。在另一实施例中，最小持续时间可被体现为如下这样的持续时间：在所述最小持续时间之后，展示至少满足至少某个条件。

在执行与时间相关的值的连续或准连续采样的情况下，该方法可被称为静态光伏元件评估方法。在执行一个或多个点测量并且反应时间与可确定持续时间一样长或者反应时间比可确定持续时间长的情况下，该方法可被称为动态光伏元件评估方法。

在一个实施例中，意图在所述反应时间流逝之后执行所述采样。在另一实施例中，意图在所述反应时间流逝之后仅执行一次单个值的采样。

另外，根据另一实施例，所述反应时间至少接近于所述可确定持续时间，优选地与所述可确定持续时间相同。

所述反应时间接近于所述可确定持续时间的优点在于：减少测量步骤所必需的持续时间。通过进一步使所述反应时间接近于所述可确定持续时间，因此可进一步减少测量步骤所必需的持续时间。在执行针对所述时间控制测量的几个或许多或最优选地每个测量步骤使所述反应时间接近于所述可确定持续时间的情况下，能够使所述时间控制测量之一的总持续时间进一步最小化。

在另一实施例中，可设想在每个测量步骤期间仅在所述可确定持续时间正好流逝的时间执行一次单个的所述采样。

根据另一改进，所述方法另外包括：

-至少在所述可确定持续时间的末尾附近对所述电流和所述电压两者进行采样，

-至少在所述电流和所述电压两者的所述采样之后立即开始下一测量步骤，除非达到所述电流和所述电压中的至少一个的预期最大值。

这个实施例的优点在于：通过对所述电流和所述电压两者都进行采样，可容易地测量的被测量对象的各对值被采样。通过至少在所述可确定持续时间的末尾附近对所述各对值进行采样，可获得足够的值以用于所述太阳能元件(各自地，太阳能电池板)的行为的进一步评估。

优选地，所述方法包括至少在所述可确定持续时间的末尾附近对所述电流和所述电压进行采样，这导致例如通过仅需要接近于最小持续时间的持续时间来实现值的采样。通过如此，基于每个步骤的持续时间期间的确定测量，最后需要的持续时间至少接近于被最小化为它的最小可能值。

所述方法的另一实施例包括：通过至少在所述电流和电压的所述采样(优选地，直接利用所述采样)之后立即开始相应的下一测量步骤，执行所述时间控制测量最后所必需的持续时间被减少并且优选地被最小化。术语“至少在所述采样之后立即开始下一测量步骤”要被理解为使得在最早的所述采样之后立即执行相应下一测量步骤的所述开始。

另外，可以可能的是，根据所述至少一个值(优选地，所述电流和/或所述电压)的稳态值的特定条件调整所述可确定持续时间。例如，当至少在某种程度上实现稳态值时，实现测量点。

所述方法的这个实施例的优点在于：例如，在执行测量和/或测量步骤之前，能够规定实现被测量对象的稳态值的程度。例如，能够设想：逐步改变所述电流，并且根据将要至少在某种程度上实现的所述电压的稳态值的条件(例如，它的最终稳态值的80%)调整所述可确定持续时间。根据另一例子，能够设想：逐步改变所述电压，并且根据将要至少在某种程度上实现的所述电流的稳态值的条件(例如，它的最后稳态值的80%)调整所述可确定持续时间。

优选地，根据所述光伏元件的饱和行为确定所述可确定持续时间。这里，提出所述光伏元件被视为电容性元件的模型。

在将所述光伏元件视为电容性元件的情况下确定所述可确定持续时间的优点在于：关于电容性元件(例如，电容器或电容器的组合)的饱和行为的知识能够被用于确定所述光伏元件的饱和行为。

另外，可以通过使用电容充电模型来确定所述可确定持续时间，其中通过拟合所述电容充电模型来外推所述电流和电压中的至少一个的时间相关改变。

对于合适的电容充电模型的开发，以上和以下解释的一个或多个考虑因素可被采用和/或彼此组合和/或与另外的建模组合。

根据一个实施例，在某个测量持续时间上的电流偏差和/或电压偏差足够小并且处于测量设置的可重复性的范围中。

另外，所述方法的实施例另外包括：通过使用相应的相对电容改变来确定所述可确定持续时间，优选地确定所述最小持续时间。例如至少在当前测量步骤并且在前一测量步骤两者处评估相应的相对电容改变。在特定实施例中，相对电容改变可对应于稳态电流-电压条件。在另一实施例中，至少在相应的当前测量步骤并且在相应的前一测量步骤两者处评估相应的相对电容改变。

能够利用各种技术（诸如通过使用RC时间常数、周期信号的相位、频率调制和/或幅度调制）来测量电容。为了测量，例如可使用电容表。另外，可设想使用电容充电模型。这个模型可包括：将所述电容充电模型与电流和/或电压的测量值拟合。这种方法基于这样的事实：电容器的充电和放电分别以准指数关系与时间常数的倒数值和时间常数的倒数值的负值相关。通过另外考虑给定测量电路不构成和/或包括理想电容器，修改的公式可被用于所述电容拟合模型的开发。例如，可将时间常数乘以因子，该因子可以是常数的或者依赖于其它值(比如例如，电流、电压、时间和/或电容改变)。另外，要强调的是，在得出测量值的合理预测的情况下，可能已经使用给定的电容模型，所述合理预测部分地可能相对于测量值偏离超过大约10%。

另外能够设想，通过使用下面的公式或这个公式的修改来执行所述可确定持续时间的确定，优选地，执行所述最小持续时间的确定：

(1)。

在这个方程中，t(I_i,meas,V_i,meas)是被用作优选地将要在电流和电压中的所述至少一个的改变之后流逝的最小持续时间的值。在这个方程中，(I_i,meas,V_i,meas)是针对包括N个点的电流-电压特性的第i数据点的测量的一对电流-电压。C(I_i,SS,V_i,SS)是与稳态电流-电压条件(I_i,SS,V_i,SS)对应的相对电容。C(I_i-1,SS,V_i,SS)是与它的前面的第(i-1)数据点的稳态电流-电压条件对应的相对电容。对于i=1的特殊情况，相对电容C(I_i-1,SS,V_i,SS)对应于光伏元件的偏置条件。常数c与由负载调节引入的延迟和例如经验因子相关。合适地选择在时间帧T内测量的点的数量N，这样电流-电压曲线的任何一对测量的电流-电压(I_i,meas,V_i,meas)将会可再现它的稳态值(I_i,SS,V_i,SS)并且将不会示出瞬时误差的显著符号。

根据使用的测量设置，可设想采用以上方程的修改版本，例如

，

或

或

或

其中α、β、γ、δ、ε、χ是例如经验因子。这些因子可以是常数或依赖于电流、电压、电容和/或时间。另外，可考虑与任何以上公式的相应右手侧的指数或对数关系。

另外，可以可能的是，任何以上公式的右手侧由另一被加数修改，其中所述被加数是常数。

优选地，所述可确定持续时间的闭环控制优选地至少包括：

-确定所述电流和/或所述电压的时间导数，以及

-检查所述时间导数与设置点值的匹配。

这也能够被另外包括在所提出的这样的方法中。

作为用于确定时间导数的例子，可例如通过设置所述电流和/或所述电压偏差不超过某个值的条件由线性确定方案确定时间导数。优选地，这个偏差的值处于与可确定持续时间相关的0.01%-1%的范围中。可确定持续时间可被预先确定为例如达到5 µs。另外，所述可确定持续时间可根据测量设置而被自动地或手工地调整。

另外，提出所述可确定持续时间的闭环控制另外包括：调整所述可确定持续时间以便与发生所述时间导数与设置点值的匹配的时间具有确定的关系。作为例子，所述可确定持续时间可被确定为所述时间导数与设置点值的所述匹配发生的精确时间。

另外，提出：附加地、优选地迭代地并且在异位和/或在原位，通过使用如下各项来调整所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的所述改变的值：

-优选地为所述可确定持续时间的持续时间与所述电流、所述电压和/或所述阻抗负载的估计的相关性，优选地利用

-瞬时误差保持可忽略的条件的另外使用。

在这种情况下，术语“所述瞬时误差”表示因为给定装置的特定性质而在电流-电压测量中引入的测量伪像。优选地，所述瞬时误差表示装置的电容性行为。这种误差依赖于测试样本(这里为光伏元件)，但还依赖于测量系统(例如，太阳模拟器)。该误差的量值在许多情况下可在实际值的+30%到-30%之间变化。根据IEC 60904-1，必须考虑下面的情况：“数据点之间的时间间隔应该足够长以确保测试样本的响应时间和数据收集的速率将不会引入瞬时误差。”术语“足够长”表示需要的时间。该标准是模糊的。未给出特定值。然而，提出允许根据测量可重复性限制忽略处于直至+0.5%或更小的范围中的瞬时误差。

另外，所述方法可包括：在所述测量的至少一部分期间以等距离步进执行所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的所述改变。

另外，提出所述方法还包括：在一个单个的所述照明持续时间内完全地或部分地执行所述数量的测量步骤。在一个单个的所述照明持续时间内执行所述数量的测量步骤的优点在于：能够确保在特定测量期间的辐照度水平保持不变。

可在异位或在原位确定步骤的数量和/或两个随后的测量步骤之间的距离。原位确定可通过包括另外的步骤或通过例如从测量步骤的参数的预定义的计算的网络（mesh）减少步骤的数量来优化步骤的数量，其中为了预定义的计算的网络(例如，方程(1))确定或所述方程的修改，例如以上示出的任何修改或其它修改可被另外与作为给定参数的可用测量时间一起使用。

本发明的另一方面涉及一种用于执行可替换光伏元件的电流-电压特性的时间控制测量的测量系统结构。所述测量系统结构至少包括：

-连接系统，用于将光伏元件连接到所述测量系统结构的测量电路，

-脉冲发光元件，

-伏特计和安培计，彼此并联地连接，优选地另外与所述连接系统并联地连接，

-以下各项中的至少一个

-电流源单元，用于控制电流，与所述安培计连接，

-电压源单元，用于控制电压，与所述伏特计连接，和

-可控制阻抗负载单元，用于控制与所述安培计和所述伏特计中的至少一个连接的阻抗负载，

-控制单元，用于控制所述电流源单元、所述电压源单元和所述可控制阻抗负载单元中的至少一个。这里，在所述测量期间，控制单元能够至少启动所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的逐步改变。

根据一个实施例，所述电流源单元与所述安培计串联地连接。所述电压源单元与所述伏特计并联地连接。所述可控制阻抗负载单元可与所述安培计串联和/或与所述伏特计并联。

另外，测量单元包括至少一个调节单元。例如，可以可能的是，用于所述电流的调节的第一调节单元与所述控制单元和所述电流源单元两者串联地连接。在一个实施例中，提及所述第一调节单元的输出与所述电流源单元的输入连接。在另一实施例中，所述电流源单元的输出与所述调节单元的输入连接。通过如此，所述电流源单元可变为受控电流源单元。

另外，伏特计和安培计可被包括在同一壳体中并且被体现为电流-电压测量装置。

所述控制单元能够至少启动所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的逐步改变的能力表示使所述控制单元表现出所述能力的特定装置。例如，集成电路可与具有被设计为导致所述能力的编程装置的控制单元连接。另外，其它实施例也是可能的，只要用于存储所述程序的存储元件和用于处理所述程序的处理单元布置为与所述控制单元交互即可。

在另一例子中，用于所述电压的调节的第二调节单元与所述控制单元和所述电压源单元串联地连接。在另一实施例中，所述第二调节单元的输出与所述电压源单元的输入连接。另外，所述电压源单元的输出可与所述调节单元的输入连接。由此，所述电压源单元可变为受控电压源单元。

另外，优选地，所述控制单元包括：启动器，用于在至少在某种程度上实现所述电流和/或所述电压的稳态值的情况下所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的所述改变。

优选地，所述控制单元包括：启动器，用于在由控制单元确定所述电流和/或所述电压的时间导数与相应设置点值至少匹配的情况下所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的所述改变。这还可包括：改变设置点值并不正好匹配但在所述电流、所述电压和所述阻抗的时间行为中交叉的所述电流、所述电压和所述阻抗负载。

另外，所述控制单元可以可能包括：启动器，用于以各个时间和/或由各个值来进行所述电流、所述电压和所述阻抗负载中的至少一个的所述改变，所述各个时间和各个值是通过使用相应两个随后的测量步骤之间的、相应的相对稳态电容改变而确定的所述逐步改变的值。

另外，所述控制单元可在调节所述电压的主动结构中或者在控制测量的光伏元件上的所述阻抗的被动结构中操作。

另外，提出所述控制单元与处理单元连接，所述处理单元使用由所述伏特计和/或所述安培计测量的值在原位计算所述逐步改变的时间和/或值。

另外，提出所述控制单元与存储器单元连接，存储器单元填充有所述逐步改变的时间和/或值的预定值。

此外，所述测量系统结构优选地包括用于执行参考测量的独立测量电路。所述独立测量电路在这里被设想为至少包括：

-光伏参考元件，设置在具有所述脉冲发光元件作为光伏元件的可比装置中，和

-另一安培计和/或另一伏特计。

在以上例子中，可以可能的是，所述控制单元与处理单元连接可被体现为所述控制单元包括所述处理单元，即它们可被体现为一个组件。

独立测量电路优选地被用于控制辐照度的水平以在一个或多个测量步骤期间保持不变。另外，独立测量电路可被用于将光强校准到期望值，即STC辐照度。根据STC，这个STC辐照度具有例如值1000W/m2。

STC是标准测试条件，基于STC测试太阳能模块，STC包括在1.5的大气质量AM的情况下如IEC 904-3(1989)part III中所定义的光的光谱、模块的25°C的温度。

本发明的另一方面涉及一种测量系统结构，所述测量系统结构具有：连接系统，被设计用于标准化光伏元件的连接以用于高吞吐量光伏元件评估的执行。

具有被设计用于标准化光伏元件的连接的连接系统的这种测量系统结构的优点在于：本发明能够与标准光伏元件(比如例如，标准太阳能电池)一起使用。

本发明的另一方面涉及一种出于光伏元件的产品分类的目的而优选地如这里所提出的那样将尤其如以上和以下所述的测量系统结构装置用于执行光伏元件评估方法的过程。

将参照下面的附图中示出的实施例解释本发明的另外的优点和细节。在一个附图中提供的分别解释的一个或多个特征能够分别与以上描述的另一附图的一个或多个特征组合成另外的实施例。给出这里提供的实施例作为例子而非限制本发明。

其提供：

图1是测量步骤的理想化表示，

图2是与时间相关的光伏元件的标准化电流和标准化电压，

图3是与时间相关的光伏元件的电压，

图4是具有电流源单元和用于所述电流源单元的调节的调节单元的第一测量系统结构，

图5是具有电压源单元和用于所述电压源单元的调节的调节单元的第二测量系统结构，

图6是具有阻抗负载的另一测量系统结构，

图7是由部分张弛（relax）的测量电流响应确定的与时间相关的光伏元件的建模电流，

图8是由部分张弛的测量电流响应确定的与时间相关的光伏元件的建模电流与响应已完全张弛的测量电流。

应该注意的是，本发明不限于附图中示出的特征的组合。相反地，在描述(包括特征的描述)中公开的特征能够与在附图中指定的那些特征组合。另外，应该注意的是，在权利要求中列出的标号绝不应该限制本发明的保护的范围，而是相反地仅表示附图中示出的实施例。

在图1中，示出测量步骤的理想化表示，它对于如图2中所示的测量而言是示例性的。为了测量设置的实施例的示例性介绍的解释，其参照后者。在示出的表示中，作为如上所述的逐步改变的例子，电压逐步改变。作为时间的函数的电压由函数1”描述。在时间t_B执行电压的第一逐步改变。作为对逐步改变的电压的反应，能够观测到电流的时间相关改变。作为时间的函数的电流由函数1'描述。持续时间Δt_MS是在示出的表示中结束于电压的另一逐步改变的特定测量步骤的持续时间。项Δt_R描述反应时间的实施例。反应时间是人们等待从变（dependent）被测量对象(在给定情况下，电流)在逐步改变的值(在给定情况下，电压)的逐步改变之后做出反应的时间。所述可确定持续时间的实施例被描述为Δt_D。如以上所解释，可确定持续时间是特征在于反应时间与可确定持续时间一样长或比可确定持续时间长的持续时间。另外，在反应时间和/或在反应时间之后执行所述采样。另外，在示出的实施例中，测量持续时间Δt_M被示出为如下持续时间：在示出的例子中，在该持续时间期间执行标准化电流的采样。在Δt_M减小为极短的测量持续时间的情况下，示出的测量将会变为或类似于点测量。

在图2中，提供光伏元件1评估方法的实施例的结果。已使用以下提及的光伏元件1评估方法的示例性实现方式执行该方法，类似于图5中示出的方法。在具有大约10 ms的一次光闪烁的照明持续时间的一次单个光闪烁期间执行示出的测量。在示出的例子中评估的光伏元件1是标准高效率、高电容c-Si模块，当前可在市场上购得该模块(例如，SANYO Energy Corp., SunPower Corp., Yingli Green Energy Holding Co. Ltd)。在标准测试条件(缩写为STC)下，并且包括值G=1’000W/m²；T=25°C；光谱AM 1.5，利用沿前向扫描方向的10 ms扫描时间和12µs间隔时间，在现有技术状态可商购获得的Pasan脉冲模拟器中执行功率测量。针对基本PTB参考装置校准辐照度，PTB是德国联邦物理技术研究所，德国的自然和工程科学的国家学院以及计量和物理安全工程的最高技术管理机构。

在被设计为在很大程度上提供间接照明的光陷阱的温度受控暗室中执行所有测量。对于该测量，光伏元件1两端的电压被选择为独立地改变，在示出的实验中，这使用配置有预先计算的电压点的受控商业Pasan电压源单元来执行。因此，电流是从变测量量。在这种情况下被体现为最小持续时间的流逝的相应可确定持续时间之后，由作为安培计和伏特计的实施例的十二位七通道商业Pasan电流-电压测量装置执行电压以及电流两者的相应值的采样。能够识别：电流随着电压的改变而显示强烈的滞后效应。在示出的例子中，通过经由在相应步骤以及紧接在前的步骤两者处使用相应的稳态电容改变来计算最小时间来按照准异位方式得出采样的相应时间。为此，使用类似于如下所述的方程(1)的方程。为此，选择两个随后的测量步骤之间的电压改变的相应改变值，使得瞬时误差被省略。在图2中，描述的测量的结果被提供为标准化值(即，标准化电压和标准化电流)，即相应实际值除以相应最大值。

在图3中，提供根据以上描述并且在图2中示出的测量系列的测量的结果。为此，标准化电流被示出为标准化电压的函数，即示出相应光伏元件的电流-电压特性。为了比较，在10 ms持续时间的单次光闪烁中采样的以十字数据点示出的如图2所示的动态电流-电压测量的结果被比较，并且看起来与被示出为实线并且从稳态测量获得的模块的稳态电流-电压特性相同。在总共100 ms的测量时间中使用10闪烁多区段电流-电压线性扫描测量来测量模块的稳态特性。显然，利用10 ms线性扫描时间的传统前向扫描单闪烁测量获得的相同模块的IV曲线也被示出为实线曲线，并且表现出振荡和大的偏差。在这个例子中，示出了该方法能够在单次光闪烁中准确而迅速地产生高电容光伏模块的稳态特性。图3中示出的结果因此展示出根据本发明使用的方法的准确性。

在图4中，示出光伏元件评估方法的示例性实现方式。图4中示出的测量系统结构8的示例性实施例表现了与伏特计3和安培计4连接的光伏元件1，而伏特计3和安培计4彼此并联地连接。为了将光伏元件1连接到测量电路，使用连接系统9。另外，电流源单元5与安培计4串联地连接。电流源单元5的输入与用于调节所述电流源单元5的调节单元16连接。在这个部分中，调节单元16的输入与用于控制所述调节单元16的控制单元7连接。作为控制单元7的输入，存在电流-电压反馈11和动态设置12两者。电流反馈14被馈送给调节单元16。另外，包括安培计13的独立测量电路10被示出在图4中。在光伏元件1前面，示出发光元件2。

作为例子，通过使用例如图4中示出的实现方式(即，电流被直接控制并且电压是从变值)，能够作为本发明的实施例执行如下的第一操作原理。使用第一操作原理，基于测量系统结构的电压相关电容C(V)的预定估计来调节负载变化：

该操作方法基本上包括三个阶段：

(i)在第一阶段，估计电压相关的相对电容C(V)变化。由于需要的信息不是绝对的，所以能够通过过多的方法对各个值进行近似。除了测量装置的电抗的传统方法之外，还能够通过光电流响应测量或者简单地通过比较利用不同扫描时间或扫描方向获取的电流-电压特性来测量电容的相对变化。为了该方法的成功，仅需要相对电容改变的近似值。因此，还能够在黑暗条件下迅速地收集足够的数据。得出的相对电容能够随后被自主地使用，或者通过太阳能电池或模块的电容建模而被进一步细化。这种校正迭代能够被立即实现。

(ii)在第二阶段，计算电子负载的动态设置。使用合适的方程计算应用的负载网络。在示出的测量中，使用方程

(1) 。

在这个方程中，t(I_i,meas,V_i,meas)是被用作优选地将要在其改变之后流逝的最小持续时间的值。在这个方程中，(I_i,meas,V_i,meas)是针对包括N个点的电流-电压特性的第i数据点测量的一对电流-电压。C(I_i,SS,V_i,SS)是与稳态电流-电压条件(I_i,SS,V_i,SS)对应的相对电容。C(I_i-1,SS,V_i,SS)是与它前面的第(i-1)数据点的稳态电流-电压条件对应的相对电容。对于i=1的特殊情况，相对电容C(I_i-1,SS,V_i,SS)对应于光伏元件的偏置条件。常数c与由负载调节引入的延迟相关。合适地选择在时间帧T内测量的点的数量N，因此电流-电压曲线的任何一对测量的电流-电压(I_i,meas,V_i,meas)将会能再现它的稳态值(I_i,SS,V_i,SS)并且将不会示出瞬时误差的显著符号。

利用以上方程，能够计算作为时间的函数被应用的电流的改变和估计的电压相关相对电容(即，图2中示出的V(t)曲线)的网络。

(iii)在第三阶段，控制单元7能够随后被用于在随后的步骤中将计算的负载网络应用于光伏元件1并且在流逝时间t_i之后利用伏特计3测量电压。

作为另一例子，通过使用例如图4中示出的实现方式(即，电流被直接控制并且电压是从属值)，能够作为本发明的实施例执行如下的第二操作原理。

第二方法使用实时反馈触发电流-电压数据的采样。它包括两个阶段：

(i)在第一阶段，调节算法启动将负载应用于光伏元件1，使其保持不变，直至同时满足条件dI/dt→0和dV/dt→0，其中dI/dt指示测量的电流的时间导数，并且dV/dt指示测量的电压的时间导数。为了增加测量的IV数据点的数量，还能够执行替代方法。该方法允许在dl/dt未完全稳定时执行测量。这种方法使用基于电容的拟合算法根据部分稳定的数据计算稳定的电流，如图7中所示。能够在实时的基础上或在已执行测量之后应用该方法。图8示出能够使用电容充电模型实现的时间优化。该曲线图比较基于电容模型计算的建模数据与实际测量值。已示出：装置的动态行为能够被成功地预测并且时间管理能够被进一步优化。然而，允许装置响应的完全和部分张弛的两种方法都能够被不同地用在相同的测量上以提高该方法的可靠性。在图7和图8两者中，以任意单位(缩写为a.u)描述时间。

(ii)当满足条件时，第二阶段开始。电流和电压测量被采样，并且调节算法将新的负载应用于测试装置。重复该过程，直至已实现全部电流-电压跟踪，即能够从获得的数据构成时间相关的电流-电压特性。从理论角度(即，等同电路仿真)，这种方法示出优化结果，因为它能够原位优化点的数量和每个所应用负载的必要持续时间。在这种情况下，必须考虑电流-电压-辐照度振荡以便触发所应用负载上的改变并且细化最终结果。虽然该方法能够被独立地应用，但它也可与第一算法方法一起良好地工作以优化负载信号的持续时间和测量点之间的应用负载间隔。通过使用通常50 ms至1秒的缓慢电流或电压扫描执行先前的黑暗IV测量，能够在特定的感兴趣区域中增加点密度，然后在照明下的测量期间准时计算点密度以定位目标区域。另外，能够准时使用MPP和V_OC动态跟踪算法以精确地确定它们相应的或周围的IV特性。

另外，能够预期所提供的这两种方法之一或二者与其它方法和/或与补充算法的组合。

例如，描述的所述两种方法之一或二者还可被用于提高多闪烁测量的时间效率。在这种情况下，时间帧T是采用的闪烁的总测量时间。

以上详细描述的这两种提出的测量方法也可结合(例如，相对于性能参数I_SC、MPP、V_OC)增加感兴趣区域中的电流-电压数据点密度的算法使用。这种方法的应用将会允许更准确地估计性能参数，而且在单次光闪烁内实现全部电流-电压跟踪。例子将会是如下算法的实现：通过相对于1/(dP/dV)的因子对点密度进行加权，同时使用方程(1)确定采样点的数量N和它们的持续时间。

在图5中，示出光伏元件评估方法的示例性实现方式。图5中示出的第一测量系统结构的示例性实施例表现出与伏特计3和安培计4连接的光伏元件1，而伏特计3和安培计4彼此并联地连接。另外，电压源单元6与安培计4串联地连接。电压源单元6的输入与用于调节所述电压源单元6的调节单元16连接。调节单元16的输入在其部分中与用于控制所述调节单元16的控制单元7连接。作为控制单元7的输入，存在电流-电压反馈11和动态设置12。电压反馈15被馈送给调节单元16。图5中示出的实施例的另外的特征类似于图4中示出的特征。

在图6中，示出光伏元件1评估方法的示例性实现方式。图6中示出的第二测量系统结构8的示例性实施例表现出与伏特计3和安培计4连接的光伏元件1，而伏特计3和安培计4彼此并联地连接。另外，可控制阻抗负载单元17与安培计4串联地连接。在这个部分中，调节单元16的输入与用于控制所述可控制阻抗负载单元17的控制单元7连接。作为控制单元7的输入，存在电流-电压反馈11和动态设置12两者。图6中示出的实施例的另外的特征类似于图4中示出的特征。

所描述的本发明的优点在于：提供允许在持续低至仅几毫秒(通常大约5至10 ms)的单次光闪烁中准确测量光伏元件（特别地比如高电容太阳能电池或模块）的电流-电压特性的光伏元件评估方法以及合适的设施。按照确保测试样本的响应时间和数据收集的速率不引入误差的方式实现这个目标，其中它参照IEC 60904-1 2006。已示出：所获得的电流-电压特性紧密地对应于恒定电压、恒定电流和恒定照明条件。因此，相应的相同测试样本的稳态电流-电压曲线被示出为被良好地再现。

已知光伏元件电容通常随着施加的电压几乎以指数方式增加。因此，独立地并且在没有电容性伪像的情况下测量电流-电压数据点所需的时间也将会几乎以指数方式增加。所描述的方法的创新在于：它使辐照度水平与负载源单元、电压和/或电流一起在与装置的电容成比例的持续时间期间保持不变，同时动态地记录测量的量、电流和/或电压，直至光伏元件稳定至它的几乎没有电容的响应。因此，描述的技术实现测量时间的高效管理，并且在单次光闪烁内实现从短路(缩写为I_SC)条件到开路(缩写为V_OC)条件的全部电流-电压跟踪。

所描述的发明的新颖性在于：它在电流-电压测量中引入时间作为独立变量。由于这个原因，该方法也能够被称为动态电流-电压测量或动态电流-电压测量或动态IV测量。测量数据是时间相关电压V(t)和时间相关电流I(t)曲线，其响应随着施加的负载的变化和由光伏元件的电容引起的滞后两者改变。存储在光伏元件的电荷将会在恒定的施加负载下随着时间几乎以指数方式衰变。因此，动态地记录的从变的测量量也将会表现出衰变行为。替代地，还能够通过控制时间相关电流I(t)并且监测时间相关电压V(t)来实现类似测量策略。同样地，电压将会表现出时间衰变，直至它稳定至它的最终值。虽然在理论上负载信号具有最小持续时间以确保瞬时误差不影响采样的测量，但用户仍然通过观测测量的V(t)和I(t)特性而接收到自足（self-sufficient）反馈以用于测量的准确性。

本发明的应用为光伏元件并且特别为高效率、高电容晶体光伏元件的测量、测试和/或分类提供显著优点。特别地，本发明为在光的单闪烁中研究和开发、工业和证明方面成本有效的、迅速的并且准确的功率测量提供基础。提出的光伏元件评估方法可被替代地用于提高多闪烁电流-电压测量的效率。