双面太阳辐照模拟测试系统及测试方法与流程

本发明涉及双面太阳能电池组件测试技术领域，尤其涉及一种双面太阳辐照模拟测试系统及测试方法。

背景技术：

太阳能光伏是指利用光伏半导体材料的光生伏特效应而将太阳能转化为直流电能的设施。将一定数量的太阳能电池组件按照需求组合成太阳能光伏电池方阵，再通过直流－交流转换装置的配套，即构成太阳能光伏电站。传统太阳能电池组件为单面发电，目前新型的双面电池组件是正面和背面均可发电的组件，较单面电池组件，具有提高发电量和系统pr值、进而降低度电成本的优点。

太阳辐照仪是测量太阳辐照度和辐照量的仪器，在新能源领域，无论是光伏电站还是光热电站，精确与可靠的太阳辐照数据变得越来越重要，成为产品研发、质量控制、确定最佳定位、检测系统效率和各种天空条件下太阳能发电量预报等活动的科学决策依据，是坚实可靠的基础信息。

目前，为了测量双面太阳能电池组件的正面和背面的辐照，需要分别在组件正面和组件背面按照实际安装倾角分别安装辐照仪，两个辐照仪分别测试正面和背面。

然而，上述现有技术存在如下的缺点和不足之处：

(1)太阳辐照仪的测试光谱范围是280nm～4000nm，太阳能电池组件的光谱响应范围是300nm～1100nm，两者存在差异，因而采用太阳辐照仪并不能精确地测量光伏组件的辐照度；

(2)由于双面电池组件为提高背面发电量，通常使用平单轴、斜单轴等非固定式安装方式，对太阳辐照仪的安装带来了困难，且非固定式安装方式的运动对辐照度和辐照量的精确测量带来了误差。

因此，有必要对双面太阳能电池组件的正面和背面的辐照测量方式进行改进。

技术实现要素：

本发明提出了一种双面太阳辐照模拟测试系统及测试方法，以解决现有技术中不能精确地对双面太阳能电池组件的正面和背面的辐照量进行测试的问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种双面太阳辐照模拟测试系统，用于对待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面进行太阳辐照模拟测试，该测试系统包括双面太阳能电池组件模拟装置、第一电阻、第二电阻、电压采集模块、温度采集模块、数据处理模块以及远程终端；所述双面太阳能电池组件模拟装置的工作状况与所述待测试的双面太阳能电池组件的工作状况完全一致；其中：

所述双面太阳能电池组件模拟装置通过将第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片封装而成，所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片均与所述待测试的双面太阳能电池组件中的双面太阳能电池片完全相同；且第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片之间通过黑色遮光材料层进行隔离；其中第一双面太阳能电池片的正面作为双面太阳能电池组件模拟装置的正面，第二双面太阳能电池片的背面作为双面太阳能电池组件模拟装置的背面；且双面太阳能电池组件模拟装置的正面通过正面接线盒引出，其背面通过背面接线盒引出；

所述第一电阻电性连接在所述正面接线盒的两端；

所述第二电阻电性连接在所述背面接线盒的两端；

所述电压采集模块具有多路电压采集端以及对应的多路电压输出端，其中的两路电压采集端分别与所述第一电阻及所述第二电阻电性相连，用于分别采集所述第一电阻及所述第二电阻的两端的电压；且所述电压采集模块对应的电压输出端与所述数据处理模块电性连接；

所述温度采集模块具有多路温度采集端以及多路温度输出端，其中的两路温度采集端分别与所述第一双面太阳能电池片的背面以及第二双面太阳能电池片的背面相连，分别采集所述第一双面太阳能电池片与所述第二双面太阳能电池片的背面温度；且所述温度采集模块对应的温度输出端与所述数据处理模块电性连接；

所述数据处理模块接收所述电压采集模块对应电压输出端输出的电压以及所述温度采集模块对应温度输出端输出的温度，输出双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面的辐照量；且所述数据处理模块上设置有信号通信模块，通过所述信号通信模块将所述辐照量发送给所述远程终端。

可选的，所述双面太阳能电池组件模拟装置从上而下具体包括正面玻璃、装材料层、第一双面太阳能电池片、封装材料层、黑色遮光材料层、封装材料层、第二双面太阳能电池片、封装材料层以及背面玻璃；且所述正面玻璃、封装材料层、第一双面太阳能电池片、封装材料层、黑色遮光材料层、封装材料层、第二双面太阳能电池片、封装材料层以及背面玻璃通过组件边框封装成一整体。

可选的，还包括第一温度传感器与第二温度传感器，其中第一温度传感器设置在所述第一双面太阳能电池片的背面，所述第二温度传感器设置在所述第二双面太阳能电池片的背面；所述两路温度采集端分别与所述第一温度传感器及第二温度传感器相连。

可选的，所述第一温度传感器与第二温度传感器均为t型热电偶。

一种双面太阳辐照模拟测试方法，利用上述的双面太阳辐照模拟测试系统对待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面进行太阳辐照模拟测试，包括以下步骤：

对所述双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面分别进行60kwh/m²光衰，以保证电池电学性能稳定；

对所述双面太阳能电池组件模拟装置的第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片分别进行短路电流标定、电流温度系数标定，得到标定的短路电流与标定的电流温度系数；

采集所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片的背面温度值以及所述第一电阻与第二电阻两端的电压值；

所述数据处理模块根据所述标定的短路电流、标定的电流温度系数、所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片的背面温度值以及所述第一电阻与第二电阻两端的电压值计算得到所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片对应的辐照量，作为所述待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面的辐照量。

可选的，计算所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片对应的辐照量具体包括：

根据采集到的电压值计算双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面的短路电流，其计算公式为：iso＝v/r，其中，isc为测试的短路电流，v为测试电压，r为电阻；

根据标定的电流温度系数，将测试的短路电流修正至25℃，修正公式为：其中，为修正后的短路电流，t为测试温度，α为标定的电流温度系数；

将修正后的短路电流与对应的标定的短路电流进行比对，分别得到双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面的辐照度，其计算公式为：其中，g为测试的辐照度，为修正后的短路电流，为标定的短路电流，g⁰为标准辐照度；

将测试的辐照度进行时间积分，得到对应的辐照量，其计算公式为：其中，g为测试的辐照度，h为测试的辐照量，t为时间。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，存在以下的优点和积极效果：

1)本发明提供的双面太阳辐照模拟测试系统，通过采用与待测试的双面太阳能电池组件的双面太阳能电池片完全相同的两片双面太阳能电池片，利用相同的组装工艺组装成双面太阳能电池组件模拟装置，并且所述双面太阳能电池组件模拟装置的安装条件与使用条件与待测试的双面太阳能电池组件完全相同，从而使得对所述双面太阳能电池组件模拟装置的辐照量测试能精确地反映出待测试的双面太阳能电池组件的辐照量；

2)本发明提供的双面太阳辐照模拟测试系统，利用两片双面太阳能电池片封装成双面太阳能电池组件模拟装置，其中一片双面太阳能电池片的正面作为双面太阳能电池组件模拟装置的正面，另一片双面太阳能电池片的背面作为双面太阳能电池组件模拟装置的背面，且两片双面太阳能电池片之间利用黑色遮光材料层进行遮光，使得一片双面太阳能电池片仅正面工作，另一片双面太阳能电池片仅背面工作，从而可实现对双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面分别进行电压和温度的采集；而现有的双面太阳能电池组件由于其双面太阳能电池片的正面与背面是同时接受光照进行工作的，因此无法将正面和背面的电压及温度区分开，从而就无法分别实现利用测试电压和温度来对正面和背面进行辐照量的计算。

3)由于太阳能电池组件通常安装在光照充足地偏远地区，而本发明提供的双面太阳辐照模拟测试系统，其集数据采集、数据处理以及数据远程发送于一体，可方便地实现对双面太阳能电池组件测试，并且整个测试过程自动化。

附图说明

图1为本发明实施例的双面太阳辐照模拟测试系统的组成示意图；

图2为双面太阳能电池组件模拟装置的正面示意图；

图3为双面太阳能电池组件模拟装置的侧面示意图；

图4实际电站中的双面太阳能电池组件；

图5为本发明实施例的双面太阳能电池组件模拟装置的结构示意图；

图6为截取的数据处理模块的界面图。

图中：10-双面太阳能电池组件模拟装置,21-第一电阻，22-第二电阻，30-电压采集模块，40-温度采集模块，50-数据处理模块

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的双面太阳辐照模拟测试系统及测试方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1-图3，如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种双面太阳辐照模拟测试系统，用于对待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面进行太阳辐照模拟测试，该测试系统包括双面太阳能电池组件模拟装置10、第一电阻21、第二电阻22、电压采集模块30、温度采集模块40、数据处理模块50以及远程终端(未示出)；该双面太阳能电池组件模拟装置10的工作状况与待测试的双面太阳能电池组件(例如电站中的双面太阳能电池组件)的工作状况完全一致；其中：

双面太阳能电池组件模拟装置10通过将第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片封装而成，第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片均与待测试的双面太阳能电池组件中的双面太阳能电池片完全相同；且第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片之间通过黑色遮光材料层进行隔离，以使得第一双面太阳能电池片仅正面接受光照，第二双面太阳能电池片仅背面接受光照；其中第一双面太阳能电池片的正面作为双面太阳能电池组件模拟装置10的正面，第二双面太阳能电池片的背面作为双面太阳能电池组件模拟装置10的背面；且双面太阳能电池组件模拟装置的正面通过正面接线盒引出，其背面通过背面接线盒引出；如图2及图3所示，正面接线盒和背面接线盒的两端均分别引出正极及负极，第一电阻21电性连接在正面接线盒两端的正极和负极之间，第二电阻22电性连接在背面接线盒两端的正极和负极之间；

电压采集模块30具有多路电压采集端以及对应的多路电压输出端，其中的两路电压采集端分别与第一电阻21及第二电阻22电性相连，用于分别采集第一电阻21及第二电阻22的两端的电压；且电压采集模块对30应的电压输出端与数据处理模块50电性连接；

温度采集模块40具有多路温度采集端以及多路温度输出端，其中的两路温度采集端分别与第一双面太阳能电池片的背面以及第二双面太阳能电池片的背面相连，分别采集第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片的背面温度；且温度采集模块40对应的温度输出端与数据处理模块50电性连接；

数据处理模块50接收电压采集模块30对应电压输出端输出的电压以及温度采集模块40对应温度输出端输出的温度，输出双面太阳能电池组件模拟装置10的正面和背面的辐照量；且数据处理模块50上设置有信号通信模块，通过信号通信模块将辐照量进行远程发射，远程终端接受远程发射的信号。

由于现有的电站中的双面太阳能电池组件的双面太阳能电池片的正面与背面是同时接受光照进行工作的，因此无法将正面和背面的电压及温度区分开，从而就无法分别实现利用测试电压和温度来对正面和背面进行辐照量的计算，而只能分别在组件正面和组件背面按照实际安装倾角分别安装辐照仪，两个辐照仪分别测试正面和背面，由于太阳辐照仪的测试光谱范围是280nm～4000nm，太阳能电池组件的光谱响应范围是300nm～1100nm，两者存在差异，因而采用太阳辐照仪并不能精确地测量光伏组件的辐照度；另外由于双面电池组件为提高背面发电量，通常使用平单轴、斜单轴等非固定式安装方式，对太阳辐照仪的安装带来了困难，且非固定式安装方式的运动对辐照度和辐照量的精确测量带来了误差。而本发明创造性地进行思路开拓，通过采用与待测试的双面太阳能电池组件的双面太阳能电池片完全相同的两片双面太阳能电池片，利用相同的组装工艺组装成双面太阳能电池组件模拟装置，并且所述双面太阳能电池组件模拟装置的安装条件与使用条件与待测试的双面太阳能电池组件完全相同，从而使得对所述双面太阳能电池组件模拟装置的辐照量测试能精确地反映出待测试的双面太阳能电池组件的辐照量。具体地，利用两片双面太阳能电池片封装成双面太阳能电池组件模拟装置，其中一片双面太阳能电池片的正面作为双面太阳能电池组件模拟装置的正面，另一片双面太阳能电池片的背面作为双面太阳能电池组件模拟装置的背面，且两片双面太阳能电池片之间利用黑色遮光材料层进行遮光，使得一片双面太阳能电池片仅正面工作，另一片双面太阳能电池片仅背面工作，从而可实现对双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面分别进行电压和温度的采集，进一步地可通过精确的计算算出正面和背面的辐照量。

其中，如图4所示，在本实施例中，双面太阳能电池组件模拟装置10从上而下具体包括正面玻璃、装材料层、第一双面太阳能电池片、封装材料层、黑色遮光材料层、封装材料层、第二双面太阳能电池片、封装材料层以及背面玻璃；且正面玻璃、封装材料层、第一双面太阳能电池片、封装材料层、黑色遮光材料层、封装材料层、第二双面太阳能电池片、封装材料层以及背面玻璃通过组件边框封装成一整体。比照图5(其为现有的电站中实际使用的太阳能电池组件的结构)，可知，本发明采用的元件与电站中实际使用的太阳能电池组件的元件完全相同，因此，本发明模拟测试的结果可精确地反映出电站中实际使用的太阳能电池组件的结果。

作为优选实施方式，该测试系统还包括第一温度传感器与第二温度传感器，其中第一温度传感器设置在第一双面太阳能电池片的背面，第二温度传感器设置在第二双面太阳能电池片的背面；两路温度采集端分别与第一温度传感器及第二温度传感器相连，用于采集第一双面太阳能电池片以及第二双面太阳能电池片的温度。作为可选实施方式，第一温度传感器与第二温度传感器均为t型热电偶，当然应该意识到，本发明并不以此为限，其它可以检测温度的元件都在本发明的保护范围之内。

此外，本发明还提供一种双面太阳辐照模拟测试方法，利用上述的双面太阳辐照模拟测试系统对待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面进行太阳辐照模拟测试，包括以下步骤：

对所述双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面分别进行60kwh/m²光衰，以保证电池电学性能稳定；

对所述双面太阳能电池组件模拟装置10的第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片分别进行短路电流标定、电流温度系数标定，得到标定的短路电流与标定的电流温度系数；

采集所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片的背面温度值以及所述第一电阻21与第二电阻22两端的电压值；

所述数据处理模块根据所述标定的短路电流、标定的电流温度系数、所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片的背面温度值以及所述第一电阻与第二电阻两端的电压值计算得到所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片对应的辐照量，作为所述待测试的双面太阳能电池组件的正面及背面的辐照量。具体的，计算所述第一双面太阳能电池片与第二双面太阳能电池片对应的辐照量具体包括：

根据采集到的电压值计算双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面的短路电流，其计算公式为：iso＝v/r，其中，isc为测试的短路电流，单位为安培(a)，v为测试电压，单位为伏特(v)，r为电阻，单位为欧姆(ω)；

根据标定的电流温度系数，将测试的短路电流修正至25℃，修正公式为：其中，为修正后的短路电流，单位为安培(a)，t为测试温度，单位为摄氏度(℃)，α为标定的电流温度系数，单位为百分比/摄氏度(％/℃)；

将修正后的短路电流与对应的标定的短路电流进行比对，分别得到双面太阳能电池组件模拟装置的正面和背面的辐照度，其计算公式为：其中，g为测试的辐照度，单位为w/m²，为修正后的短路电流，单位为a，为标定的短路电流，单位为a，g⁰为标准辐照度，具体地为1000w/m²；

将测试的辐照度进行时间积分，得到对应的辐照量，其计算公式为：其中，g为测试的辐照度，h为测试的辐照量，单位为w/m²·h，t为时间，单位为h。

由于太阳能电池组件通常安装在光照充足地偏远地区，而本发明提供的双面太阳辐照模拟测试方法，其集数据采集、数据处理以及数据远程发送于一体，可方便地实现对双面太阳能电池组件测试，并且整个测试过程自动化。且通过标准公式计算地方式，相对于辐照仪而言，极大地提高了测试地精度。

下面给出几个应用例对本申请精确测试出的辐照量的应用进行具体说明：

1、计算电站综合效率(pr)

《并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范》中指出：光伏电站综合效率/pr(performanceratio)是指光伏等效利用小时数与峰值日照时数的比值，数学表达式：

其中：

e：评估周期内光伏电站并网计量点的交流发电量；

p0：光伏方阵额定功率；

hi：评估周期内辐照度对时间的积分；

g：标准测试条件辐照度，1000w/m²。

hi的准确测量成为重要的因素，尤其是对于非固定的平单轴、斜单轴等安装方式，使用传统的太阳辐照仪已较难准确量测总辐照度，使用本发明的测试系统可准确量测总辐照度，从而可进一步得到电站综合效率。

2、发电量预测

光伏电站在做前期可行性研究的过程中，需要对拟建光伏电站的发电量做理论上的预测，以此来计算投资收益率，进而决定项目是否值得建设。根据《光伏发电站设计规范gb50797-2012》第6.6条，发电量计算中规定：

ep＝ha×paz×k

其中：

ha：为太阳能年总辐照量(kw·h/m²)；

ep：为上网发电量(kw·h)；

paz：系统安装容量(kw)；

k：为综合效率系数。

因此ha的准确测量成为重要的因素，准确的ha的值可为发电量准确的预测提供前提。

3、光伏发电防作弊

根据光辐照强度值确定光伏发电系统的发电功率值和发电量估算值，将发电量估算值与计量表计的实际电量进行比较，输出比较结果。能够对光伏发电进行监测，防止光伏发电量计量作弊，进而骗取发电补贴。因此光辐照强度值的确定成为重要的因素。

由上述应用例可知，光伏辐照量的测试在光伏领域中具有非常重要的意义，光伏电池发展至今几十年的时间，基于技术上的限制，一直都是通过辐照仪来进行辐照量的粗略测试，而本发明通过充分地研究和实验，采用了创造性的构思，提供了一种双面太阳辐照模拟测试系统及测试方法，其可相对精确地对对双面太阳能电池组件进行辐照量的测试，解决了光伏领域一直无法解决的技术问题，为光伏技术的进一步发展带来了技术上的突破。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。