一种太阳能电池组件IV-EL一体机测试仪的制作方法

本发明涉及光伏检测技术领域，具体的说是涉及一种太阳能电池组件iv-el一体机测试仪。

背景技术：

目前市场上，用于iv-el一体测试的设备主要有分体式和立式：

其中，分体式是指将用于太阳能电池组件内部缺陷检的el测试仪及用于太阳能电池组件伏安特性检测的iv测试仪这两种分体独立式的设备，结合在一起使用，即el测试仪独立一个机柜，iv测试仪独立一个机柜，采用这种分体相结合的测试设备结构进行组件内部缺陷检测及伏安特性检测时，其缺点是：(1)占地面积大；(2)工作时，需要人工进行多次搬运，多次连接等繁琐步骤；(3)在搬运的过程中，不可避免的会使组件产生人为因素的损伤或其它非人为因素的损伤，大大增加了不良率的产生；

其中，立式是具有太阳能电池组件内部缺陷检测的功能模块与用于太阳能电池组件伏安特性检测的功能模块结合在一个立式机柜内，其缺点是：(1)测试组件的宽度只能测试250w以上的组件，占地面积大(2)当使用标准组件iv测试仪生产时，测试效率低；(3)兼容性低，设备利用率低。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种占地面小、测试效率高、兼容性高、设备利用率高的太阳能电池组件iv-el一体机测试仪。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种太阳能电池组件iv-el一体机测试仪，包括测试箱体和设于测试箱体一侧的电控柜，所述测试箱体内设有太阳光模拟光源、el相机及辐照度传感器，在所述测试箱体顶部设有钢化台面玻璃，在所述电控柜内设有工控机、数据采集板、太阳光模拟光源系统、控制板及电流可调电源；

所述测试箱体与所述电控柜为一个整机结构；

所述太阳光模拟光源为氙灯光源且数量为四个，分设在所述测试箱体内底壁的四个角处，每个所述太阳光模拟光源包含一氙灯罩、一氙灯及一均光玻璃，所述氙灯罩固定在所述测试箱体内底壁上，所述氙灯设置在所述氙灯罩内，所述均光玻璃设置在所述氙灯罩的罩口处且位于氙灯上方，在所述氙灯与均光玻璃之间还设有一滤光片；

所述el相机数量为两个，位于四个太阳光模拟光源中间且并排设置在所述测试箱体内底壁上；

所述辐照度传感器数量为两个，分设在所述测试箱体左右两侧壁的上部；

所述工控机分别与所述数据采集板、两个el相机及控制板电性连接，所述工控机用于分别获取由数据采集板采集到的待测太阳能电池组件的iv特性数据及由el相机采集到的待测太阳能电池组件的内部缺陷图像信息，进而调试、运行其内部嵌设有的iv测试软件和el缺陷检测软件工作，实现人机交互；

所述数据采集板分别与所述辐照度传感器及太阳光模拟光源系统电性连接，所述数据采集板用于采集由辐照度传感器采集到的太阳光模拟光源发出的光强数据和待测太阳能电池组件在太阳光模拟光源照射下产生的测试电流、电压数据；

所述太阳光模拟光源系统与四个所述太阳光模拟光源电性连接，所述太阳光模拟光源系统用于控制四个太阳光模拟光源工作，发出需要的太阳能光模拟光照信号；

所述控制板与所述电流可调电源电性连接，所述控制板用于与工控机通信，控制电流可调电源输出与待测太阳能电池组件相匹配的测试电流值，所述电流可调电源用于与待测太阳能电池组件连接，并输出与待测太阳能电池组件相匹配的测试电流。

上述技术方案中，所述太阳光模拟光源系统包含一个氙灯控制板、四个氙灯充电板及四个氙灯驱动板，所述氙灯控制板分别与所述数据采集板及四个氙灯充电板电性连接，每个所述氙灯充电板对应与一个氙灯驱动板电性连接，每个所述氙灯驱动板对应与氙灯电性连接，每个所述氙灯充电板及氙灯驱动板还对应与一个超级电容组电性连接。

上述技术方案中，所述数据采集板包含第一单片机芯片、第二单片机芯片、电流采样电路单元模块、电压采样电路单元模块、电子负载单元模块、da模块、氙灯控制驱动接口、工控机接口、辐照度传感器接口、红外传感器接口、光伏组件测试接口及电源接口；

所述第一单片机芯片分别与所述第二单片机芯片、电流采样电路单元模块、电压采样电路单元模块、氙灯控制驱动接口、工控机接口、辐照度传感器接口、红外传感器接口及电源接口连接；

所述第二单片机芯片与所述da模块连接，所述da模块与所述电子负载单元模块，所述电子负载单元模块分别与所述电流采样电路单元模块及光伏组件测试接口的电流端口连接，所述电压采样电路单元模块与所述光伏组件测试接口的电压端口连接。

上述技术方案中，在所述钢化台面玻璃上空还悬挂有一红外温度传感器，所述红外温度传感器与所述数据采集板电连接。

上述技术方案中，在所述电控柜顶部还设有钥匙开关及急停开关，在所述电控柜前部还设有柜门，在位于所述柜门两侧的电控柜侧壁上还分别开设有一个排风口，在每个所述排风口内还设有一个排风扇，所述排风扇与设置在电控柜一外侧壁上的电源接口电连接，在设有电源接口的电控柜外侧壁上还设有显示器接口、鼠标接口、键盘接口、以太网接口、usb接口、开机键，所述显示器接口、鼠标接口、键盘接口、以太网接口、usb接口、开机键及电源接口均内接于所述工控机，所述显示器接口外接显示器，所述鼠标接口接鼠标，所述键盘接口外接键盘，所述显示器、鼠标及键盘均设置在电控柜外部。

上述技术方案中，在所述测试箱体及电控柜顶部设有四个万向轮，在所述电控柜前部还设有一个观察口。

上述技术方案中，所述辐照度传感器由四片尺寸为3mm*40mm、功率为0.1w的小光伏电池片串焊，并经滴胶封装而成。

上述技术方案中，所述数据采集板为四层pcb板结构，所述第一单片机芯片、第二单片机芯片、电流采样电路单元模块、电压采样电路单元模块、电子负载单元模块、da模块、氙灯控制驱动接口、工控机接口、辐照度传感器接口、红外传感器接口、光伏组件测试接口及电源接口均设置在最外层的pcb板上。

上述技术方案中，所述第一单片机芯片采用stm32f407芯片，所述第二单片机芯片采用stm32f103芯片。

上述技术方案中，所述el相机采用尼康d7000商用相机。

本发明提供的太阳能电池组件iv-el一体机测试仪，其工作原理如下：

iv测试原理：首先，待测试的太阳能电池组件放置在测试箱体顶部的钢化台面玻璃上，并测试的太阳能电池组件正负极接线与数据采集板上的测试接口连接；然后，接通电源，启动工控机工作并切换至iv测试软件，控制太阳光模拟光源系统工作，通过太阳光模拟光源系统驱动四个太阳光模拟光源工发出太阳光模拟光线，并对模拟出的光线经过滤光和均光处理后辐射到待测太阳能电池组件的电池片表面；在测试过程中，通过数据采集板上电压及电流采集电路模块，实时检测采集待测太阳能电池组件在随着光照强度及光照时长变化过程中输出的测试电流、电压，通过辐照度传感器实时将检测到的光照强度变化值输送给数据采集板，通过红外温度传感器实时将检测到待测太阳能电池组件表面的温度变化值输送给数据采集板，最后通过数据采集板将采集到的测试电流、电压、光照强度及温度等数据发送到工控机中，通过工控机中的iv测试软件，对接收到的数据进行分析、处理后，输出一条pv-iv数据曲线图，测试人员通过对输出的pv-iv曲线图便可得知，待测太阳能电池组件的iv特性。

el测试原理：待测太阳能电池组件的iv特性测试完成后或按上述步骤将待测试太阳能电池组件在钢化台面玻璃上放置好后，将待测试太阳能电池组件的正负极接线与电流可调电源连接，然后启动工控机工作并切换至el测试软件工作，通过控制板调节电流可调电源输出电流，使其达到特定的电流值(即短路电流)，并输出给待测太阳能电池组件，在短路电流下，通过电致发光原理，待测太阳能电池组件会发射出905nm—1350nm波段的红外光线，通过el相机拍摄待测太阳能电池组件获取经el相机内设的滤光片，滤掉的小于950nm和大于1350nm波段红外光线的电池片表面红外成像画面，并传输到工控机中，通过工控机中的el测试软件，对接收到的待测组件中电池片的图像信息进行分析、处理，得出待测太阳能电池组件的电池片内部缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、占地面积更小，减少工厂占地面积；

2、将两个测试功能融为一体，提高生产效率，降低生产成本；

3、增强了兼容性，可实现组件功率5w-300w之间的测试，提高设备的使用率；

4、降低生产过程中不良品的产生。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为图1的局部爆炸图

图3为图2中电控柜的局部放大图；

图4为图1的纵向剖面图；

图5为本发明的系统工作原理图；

图6为图5中的数据采集板的原理图；

附图标记说明：1、测试箱体；2、电控柜；3、太阳光模拟光源；3.1、氙灯罩；3.2、氙灯；3.3、均光玻璃；3.4、滤光片；4、el相机；5、辐照度传感器；6、钢化台面玻璃；7、工控机；8、数据采集板；8.1、第一单片机芯片；8.2、第二单片机芯片；8.3、电流采样电路单元模块；8.4、电压采样电路单元模块；8.5、电子负载单元模块；8.6、da模块；8.7、氙灯控制驱动接口；8.8、工控机接口；8.9、辐照度传感器接口；8.10、红外传感器接口；8.11、光伏组件测试接口；9、太阳光模拟光源系统；9.1、氙灯控制板；9.2、氙灯充电板；9.3、氙灯驱动板；9.4、超级电容组；10、控制板；11、电流可调电源；12、红外温度传感器；13、钥匙开关；14、急停开关；15、柜门；16、排风口；17、排风扇；18、电源接口；19、显示器接口；20、鼠标接口；21、键盘接口；22、以太网接口；23、usb接口；24、开机键；25万向轮；26、支架。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。

如图1所示，本发明提供的一种太阳能电池组件iv-el一体机测试仪，包括测试箱体1和设于测试箱体1一侧的电控柜2，如图4所示，测试箱体1内部设有太阳光模拟光源3、el相机4及辐照度传感器5，在测试箱体1顶部设有钢化台面玻璃6，如图2和图3所示，在电控柜2内设有工控机7、数据采集板8、太阳光模拟光源系统9、控制板10及电流可调电源11；

测试箱体1与电控柜2为一个整机结构；

太阳光模拟光源3为氙灯光源且数量为四个，分设在测试箱体1内底壁的四个角处，如图4所示，每个太阳光模拟光源3包含一氙灯罩3.1、一氙灯3.2及一均光玻璃3.4，氙灯罩3.1固定在测试箱体1内底壁上，氙灯3.2设置在氙灯罩3.1内，均光玻璃3.4设置在氙灯罩3.1的罩口部位且位于氙灯3.2上方，在氙灯3.2与均光玻璃3.4之间还设有一滤光片3.3；

如图4所示，el相机4数量为两个，位于四个太阳光模拟光源3中间且并排设置在测试箱体1内底壁的中部；

如图4所示，辐照度传感器5数量为两个，分设在测试箱体1左右两侧壁的上部；

如图1至图2和图4所示，在钢化台面玻璃6上空还悬挂有一红外温度传感器12，红外温度传感器12与数据采集板8电连接，用于实时监测设置在钢化台面玻璃6的待测太阳能电池组件在随着光照时长和光照强度变化下，表面温度变化，并将实时监测的温度变化转换为相应的电信号输送给数据采集板8。在实际应用中，该红外温度传感器12通过支架26固定在测试箱体1上空，该支架26可以与测试箱体1连接，也可以不与测试箱体1连接，具体可以根据实际需求确定，但在本实施例中，如图1和图2所示，支架26不与测试箱体1连接，它直接支撑在地面上。

如图5所示，工控机7分别与数据采集板8、两个el相机4及控制板10电性连接；数据采集板8与两个辐照度传感器5、红外温度传感器12及太阳光模拟光源系统9连接；太阳光模拟光源系统9与四个太阳光模拟光源3电性连接；控制板10与电流可调电源11电性连接；

其中，工控机7用于分别获取由数据采集板8采集到的待测太阳能电池组件的iv特性数据及由el相机4采集到的待测太阳能电池组件的内部缺陷图像信息，然后进而调试、运行其内部嵌设有的iv测试软件和el缺陷检测软件工作，实现人机交互；

数据采集板8用于采集由辐照度传感器5采集到的太阳光模拟光源3发出的光强数据和待测太阳能电池组件在太阳光模拟光源3照射下产生的测试电流、电压数据，以及红外温度传感器12采集到的待测太阳能电池组件表面在随着光照时长和光照强度变化下，温度数据给工控机7，通过工控机7经过内部的iv测试软件分析，输出测试组件的iv曲线；

太阳光模拟光源系统9用于控制四个太阳光模拟光源3工作，由它们发出满足需要要求的太阳能光模拟光照信号，经过滤光片3.3及均光玻璃3.4处理后照射到设置在钢化台面玻璃6上的待测太阳能电池组件表面；

控制板10用于与工控机7通信，控制电流可调电源11输出与待测太阳能电池组件相匹配的测试电流值，电流可调电源11用于与待测太阳能电池组件连接，并输出与待测太阳能电池组件相匹配的测试电流；

el相机4用于利用太阳能电池组件在电致发光的原理下，给太阳能光伏组件通电，使其达到特定的电流值(短路电流)，拍摄到其组件表面所形成的红外成像，然后输出给工控机7，通过工控机7内部的el缺陷检测软件分析，得组件中电池片的内部缺陷；其中，当给太阳能光伏组件通电，使其达到特定的电流值(短路电流)时，组件会发射出905nm—1350nm波段的红外光线，由于el相机为专用相机，内部增加了滤光片，它会滤掉小于950nm和大于1350nm波段，这样通过el相机4拍摄到的太阳能电池组件红外成像画面会很清晰，就能够很清晰的看出组件中电池片的内部隐藏的缺陷；

如图5所示，太阳光模拟光源系统9包含一个氙灯控制板9.1、四个氙灯充电板9.2及四个氙灯驱动板9.3，氙灯控制板9.1分别与数据采集板8及四个氙灯充电板9.2电性连接，每个氙灯充电板9.2对应与一个氙灯驱动板9.3电性连接，每个氙灯驱动板9.3对应与一个氙灯3.2电性连接，每个氙灯充电板9.2及氙灯驱动板9.3还对应与一个超级电容组9.4电性连接。

如图6所示，数据采集板8包含第一单片机芯片8.1、第二单片机芯片8.2、电流采样电路单元模块8.3、电压采样电路单元模块8.4、电子负载单元模块8.5、da模块8.6、氙灯控制驱动接口8.7、工控机接口8.8、辐照度传感器接口8.9、红外传感器接口8.10、光伏组件测试接口8.11及电源接口8.12；

第一单片机芯片8.1分别与第二单片机芯片8.2、电流采样电路单元模块8.3、电压采样电路单元模块8.4、氙灯控制驱动接口8.7、工控机接口8.8、辐照度传感器接口8.9、红外传感器接口8.10及电源接口8.12连接；

第二单片机芯片8.2与da模块8.6连接，da模块8.6与电子负载单元模块8.5，电子负载单元模块8.5分别与电流采样电路单元模块8.3及光伏组件测试接口8.11的电流端口连接，电压采样电路单元模块8.4与光伏组件测试接口8.11的电压端口连接。

其中，氙灯控制驱动接口8.7对应与太阳光模拟光源系统9中的氙灯控制板9.1连接，工控机接口8.8对应与工控机7连接，辐照度传感器接口8.9对应与辐照度传感器5连接，红外传感器接口8.10对应与红外温度传感器12连接，光伏组件测试接口8.11对应与设置在钢化台面玻璃6上的待测太阳能电池组件(图中未示出)连接，电源接口8.12对应与设置在电控柜2的开关电源(图中未示出)电连接。

如图1所示，在电控柜2顶部还设有钥匙开关13及急停开关14，在电控柜2前部还设有柜门15，如图2所示，在位于柜门15两侧的电控柜2侧壁上还分别开设有一个排风口16，在每个排风口16内还设有一个排风扇17，如图2和图3所示，排风扇17与设置在电控柜2一外侧壁上的电源接口18电连接，在设有电源接口18的电控柜2外侧壁上还设有显示器接口19、鼠标接口20、键盘接口21、以太网接口22、usb接口23、开机键24，显示器接口19、鼠标接口20、键盘接口21、以太网接口22、usb接口23、开机键24及电源接口18均内接于工控机7，显示器接口19外接显示器(图中未示出)，鼠标接口20外接鼠标(图中未示出)，键盘接口21外接键盘(图中未示出)，显示器、鼠标及键盘均设置在电控柜2外部。

如图1所示，在测试箱体1及电控柜2顶部还设有四个万向轮25，在电控柜2前部还设有一个观察口26。

在本发明中，辐照度传感器5由四片尺寸为3mm*40mm、功率为0.1w的的小光伏电池片串焊，并经滴胶封装而成，该辐照度传感器5用于实时监测测试箱体1内由太阳光模拟光源3发射来光源的光照强度，并将之转换为相应的电信号输送给数据采集板8，通过数据采集板8将采集到的光照强度信号输送给工控机7，由工控机7分析出不同光照强度对太阳能电池组件产生的输出电流、电压的影响。

在本发明中，数据采集板8为四层pcb板结构，第一单片机芯片8.1、第二单片机芯片8.2、电流采样电路单元模块8.3、电压采样电路单元模块8.4、电子负载单元模块8.5、da模块8.6、氙灯控制驱动接口8.7、工控机接口8.8、辐照度传感器接口8.9、红外传感器接口8.10、光伏组件测试接口8.11及电源接口8.12均设置在最外层的pcb板上。

在本发明中，第一单片机芯片8.1采用stm32f407芯片，第二单片机芯片8.2采用stm32f103芯片。

在本发明中，el相机4采用尼康d7000商用相机，它主要是利用晶体硅的电致发光原理，在高分辨率近红外成像原理下，获取并判定组件的内部缺陷。

本发明提供的太阳能电池组件iv-el一体机测试仪，其工作原理如下：

iv测试原理：首先，待测试的太阳能电池组件放置在测试箱体1顶部的钢化台面玻璃6上，并将待测试太阳能电池组件正负极接线与数据采集板8上的光伏组件测试接口8.11连接；然后，接通电源，启动工控机7工作并切换至iv测试软件，控制太阳光模拟光源系统9工作，通过太阳光模拟光源系统9驱动四个太阳光模拟光源3工发出太阳光模拟光线，并对模拟出的光线经过滤光和均光处理后辐射到待测太阳能电池组件的电池片表面；在测试过程中，通过数据采集板8上电压及电流采集电路模块，实时检测采集待测太阳能电池组件在随着光照强度及光照时长变化过程中输出的测试电流、电压，通过辐照度传感器5实时将检测到的光照强度变化值输送给数据采集板8，通过红外温度传感器12实时将检测到待测太阳能电池组件表面的温度变化值输送给数据采集板8，最后通过数据采集板8将采集到的测试电流、电压、光照强度及温度等数据发送到工控机7中，通过工控机7中的iv测试软件，对接收到的数据进行分析、处理后，输出一条pv-iv数据曲线图，测试人员通过对输出的pv-iv曲线图便可得知，待测太阳能电池组件的iv特性。

el测试原理：当待测太阳能电池组件的iv特性测试完成后或按上述步骤将待测试太阳能电池组件在钢化台面玻璃6上放置好后，将待测试太阳能电池组件的正负极接线与电流可调电源11连接，然后启动工控机7工作并切换至el测试软件工作，通过控制板10调节电流可调电源11输出电流给待测太阳能电池组件，并使其输出的电流达到特定的电流值(即短路电流)，在短路电流下，通过电致发光原理，待测太阳能电池组件会发射出905nm—1350nm波段的红外光线，通过el相机4拍摄待测太阳能电池组件获取经el相机内设的滤光片，滤掉的小于950nm和大于1350nm波段红外光线的电池片表面红外成像画面，并传输到工控机7中，通过工控机7中的el测试软件，对接收到的待测组件中电池片的图像信息进行分析、处理，得出待测太阳能电池组件的电池片内部缺陷。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。