一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置及方法与流程

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置及方法。

背景技术：

对光伏电池的测试主要是测试一条光伏组件对应不同负载的输出电压电流曲线，测试曲线包含了光伏组件从短路状态到开路状态的变化过程。由于测试电路的内阻存在，在测试被测光伏组件的短路电流时，正常情况下无法测试到其真实的短路状态。在实验室条件下，一般采用四象限电源的方法对光伏电池的伏安特性进行测试。四象限电源与光伏电池串联在测试回路中，即可参与放电也可以作为可变负载吸收电流，电源可参与光伏电池的整个负载变化过程。在负载曲线扫描到短路电流附近，放电电压基本由电源来提供，使光伏电池输出电流达到最大，输出电压为零，从而绘制出完整的伏安特性曲线。但由于四象限电源的体积功率较大，在户外电池供电的光伏电池测试设备中，无法提供充足的电量，一般情况下测试设备在短路电流附近采用曲线拟合的方式，利用软件来合成短路电流附近的曲线。由于测试的方法限制，得不到真实的光伏电池短路电流。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置，包括补偿电源控制电路和光伏组件的测试回路；所述补偿控制电源电路包括充电电源、隔离变压器、补偿电源以及继电器，充电电源、隔离变压器、补偿电源、继电器通过线路依次连接；所述光伏组件的测试回路包括光伏组件的正极、光伏组件的负极、二极管以及测试负载，光伏组件的正极的一端通过继电器和补偿电源控制电路的一端连接，光伏组件的正极的另一端通过二极管、测试负载和光伏组件的负极连接，补偿电源控制电路的另一端通过补偿电源连接至二极管和测试负载组成的公共端。

优选地，补偿电源采用电容，电容的负极和继电器的一端连接，电容的正极连接至二极管和测试负载组成的公共端。

此外，本发明还提到一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试方法，该方法采用如上所述的一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置，按照如下步骤进行：

步骤1：测试之前的准备

将测试负载的电阻值调至最大，并使继电器处于断开状态，通过充电电源给补偿电源充电；

步骤2：开始测试

步骤2.1：断开充电电源；

步骤2.2：设置光伏组件的设定电压值

步骤2.2.1：获取光伏组件在特定辐照度和温度下的短路电流值及温度系数；

步骤2.2.2：读取当前的实时辐照度；

步骤2.2.3：根据公式(1)计算出当前条件下光伏组件的实时最大短路电流值；

I＝Isc*(E/1000)*(1+α) (1)

其中，I为当前条件下光伏组件的实时最大短路电流值；Isc为光伏组件在特定辐照度和温度下的短路电流值；α为光伏组件在特定辐照度和温度下的温度系数；E为当前的实时辐照度；

步骤2.2.4：将实时最大短路电流值I进行放大处理后与测试回路的最大内阻相乘，得到光伏组件的设定电压值；

步骤2.3：调节测试负载，使其阻值逐渐减小，则光伏组件的输出电压也逐渐减小，当光伏组件的输出电压小于其设定电压值时，继电器吸合，补偿电源开始放电，并维持到光伏组件输出电压为0V为止；

步骤2.4：断开继电器，完成测试。

优选地，在步骤2.2.1中，辐照度采用1000W/m²，温度采用25℃。

优选地，在步骤2.2.4中，测试回路最大内阻为400mΩ

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置及方法，与现有技术相比，通过二极管与补偿电源的并联关系，实现了光伏组件独立放电回路和光伏组件与补偿电源串联放电回路的隔离，并在补偿电源前端加入继电器，实现了对补偿电源的放电控制，从而实现按预设电压值参与光伏组件放电回路的测试，解决了光伏组件放电回路中阻抗无法置零导致的光伏组件放电电流限制问题。

本发明中的补偿电源控制电路能够适时介入光伏组件的测试回路，既能完成光伏组件在短路电流附近的测试需求，又提高了光伏组件的户外测试的准确性，并节省了测试装置的电量，延长了测试时间；在可编程控制策略上，设计独特的放电电流预判断算法，具有自动设定补偿电源介入时刻判断功能，可自动调节补偿电源放电电量，提供户外可靠长时间的伏安特性测试，实现快速高效的完整伏安特性曲线测试。

附图说明

图1为补偿电源工作区间示意图。

图2为本发明一种可编程补偿设计的光伏组件户外测试装置的硬件电路原理图。

其中，1-充电电源；2-隔离变压器；3-电容；4-继电器；5-光伏组件正极；6-二极管；7-测试负载；8-光伏组件负极。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1中阴影区域所示，Vadd代表光伏组件测试回路中的最小压降，若不加补偿电源，当测试负载逐渐减小，光伏组件电压下降达到图示Vadd位置时，由于电流的增加电池电压会跟随下降，达不到测试电路负载两端的驱动电压要求，光伏电池就不能输出电流。Vadd电压的大小与光伏组件的短路电流及测试回路最小电阻相关。本发明通过负载的选型设计严格控制回路电阻，但考虑到目前的器件工艺现状，回路电阻最小会达到200mΩ以上，考虑一倍左右余量设计，测试回路电阻拟考虑达到400mΩ。正常光伏组件的短路电流最大会达到10A，考虑到技术的发展，预计最大组件短路电流到20A，测试回路的预计最小驱动电压需达到8V，也就是补偿电源需达到的最小电压。此时光伏电池的输出电流也接近于最大，因此补偿电源的输出功率要达到160W以上。

如图2所示的测试装置，包括补偿电源控制电路和光伏组件的测试回路；补偿控制电源电路包括充电电源1、隔离变压器2、电容3以及继电器4，充电电源1、隔离变压器2、电容3以及继电器4通过线路依次连接，光伏组件的测试回路包括光伏组件的正极5、光伏组件的负极8、二极管6以及测试负载7，光伏组件的正极5的一端通过继电器4和补偿电源控制电路的一端连接，光伏组件的正极5的另一端通过二极管6、测试负载7和光伏组件的负极8连接，补偿电源控制电路的另一端通过电容3连接至二极管6和测试负载7组成的公共端。

将电容3作为补偿电源使用，电容3的负极和继电器4的一端连接，电容3的正极连接至二极管6和测试负载7组成的公共端。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种光伏组件户外测试方法，在测试之前测试负载阻7值调节为最大，继电器4断开，使补偿电源电容3与被测光伏组件分离，通过充电电源1给电容充满电，隔离变压器2起到隔离的作用。测试开始时，断开充电电源1，调节测试负载7，使其阻值从大到小变化，则光伏组件的输出电流增大，输出电压减小。当输出电压小于设定电压Vadd时，继电器4吸合，补偿电源电容3开始放电，并维持到光伏组件输出电压为0V，断开继电器4，完成整个测试过程。

补偿电源的介入设置电压也是本发明的关键。通过合理的设计可以尽量减小电容的放电电量，降低功耗。关于设定电压Vadd的设置如下：首先通过光伏组件的铭牌标志或其他途径获得光伏组件在辐照度1000W/m²、25℃下的短路电流值Isc及温度系数α(单位A/℃)，然后读取当前实时辐照度E。按照公式I＝Isc*(E/1000)*(1+α)计算出当前条件下光伏组件的实时最大短路电流理论值，然后将I适当放大后与可能的最大内阻400mΩ相乘，得到设定电压Vadd。

本发明通过二极管与补偿电源的并联关系，实现了光伏组件独立放电回路和光伏组件与补偿电源串联放电回路的隔离，并在补偿电源前端加入继电器，实现了对补偿电源的放电控制，解决了光伏组件放电回路中阻抗无法置零导致的光伏组件放电电流限制问题。

本发明中的补偿电源控制电路能够适时介入光伏组件的测试回路，既能完成光伏组件在短路电流附近的测试需求，又提高了光伏组件的户外测试的准确性，并节省了测试装置的电量，延长了测试时间；在可编程控制策略上，设计独特的放电电流预判断算法，具有自动设定补偿电源介入时刻判断功能，可自动调节补偿电源放电电量，提供户外可靠长时间的伏安特性测试，实现快速高效的完整伏安特性曲线测试。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。