太阳能电池板标准测试方法

太阳能电池板标准测试
方法
Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
太阳能电池板标准测试方法
(2011-03-14 21:30:56)
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太阳能电池板标准测试方法
（模拟太阳能光）
一、开路电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为开路电压；
二、短路电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，直接测试值为短路电流；
三、工作电压：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，正负极并联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电压；
四、工作电流：用500W的卤钨灯，0～250V的交流变压器，光强设定为~万LUX，灯与测试平台的距离大约为15-20CM，串联一个相对应的电阻，（电阻值的计算：R=U/I），测试值为工作电流。

问:太阳能电池板在阴天或日光灯下能产生电吗
答:准确的说法是产生很小的电流.基本上可以说是忽略不计.
问:在白炽灯下或阳光下能产生多大电流
答:在白炽灯下距离远近都是有差别的.同样阳光下上午,中午,下午,产生的电流也是不同的.
问:太阳能测试标准是什么在白炽灯下多大灯泡多远距离测试算标准呢
答:太阳能测试标准光照强度为:40000LUX,温度:25度.我们做过测试一般白炽灯100W, 距离,这样测试和标准测试相差不大.
问:太阳能电池板寿命是多长时间
答:一般封装方式不同使用寿命会不同,一般钢化玻璃/铝合金外框封装寿命20年以上.环氧树脂封装15年以上.
问:为什么太阳能电池在太阳底下和出厂测试参数不同
答: 99%工厂用流明计测出的是光通量的数值.但是实际上太阳能电池板是根据照度来转换电能的，照度越强功率值越大
太阳能电池和电池板测试解决方案
已有 158 次阅读2011-6-25 11:51|个人分类:|关键词:解决方案太阳能电池电池板
迅速增长的太阳能产业对太阳能电池及电池板测试有极为紧迫的需要。

如今的解决方案大体又有两种：
一是全套专用的系统，
二是利用现有标准化仪器及软件进行系统集成。

集成的方案能建造更低成本的测试系统，并可根据测试要求的变化修改测试系统。

例如，如果您的测试要求更高精度或更宽电流范围，需要更换的就只是测试系统中的个别仪器，而不是整个系统。

此外，标准化的硬件和软件也可用于其它的测试系统。

太阳能电池在研发、质量保证和生产中都需要测试。

虽然对于不同的行业和应用，如用于
太空或在地面上，测量精度、速度和参数的重要性会有不同，但有一些在任何测试环境都必须测量的重要参数：
1、开路电压 (Voc)，没有电流时的电池电压
2、短路电流(Isc)，负载电阻为零时从电池流出的电流
3、电池最大功率输出(Pmax)，电池产生最大功率时的电压和电流点。

通常把I-V曲线上的Pmax点作为最大功率点(MPP)
4、Pmax的电压(Vmax)，电池在Pmax的电压电平
5、Pmax的电流(Imax)，电池在Pmax的电流电平
6、器件的转换效率(η)，太阳能电池接到电路时转换（从吸收光至电能）和收集功率的百分比。

计算方法是用标准条件（STC）和太阳能电池表面积（Ac,单位是m2）下的最大功率点Pmax除以输入光辐照度(E,单位是W/m2)
7、填充因子(FF)，最大功率点Pmax与开路电压(Voc)及短路电流(Isc)之比
8、电池的二极管特性
9、电池的串联电阻
10、电池的旁路电阻
太阳能电池开路电压(Voc)一般在3V至范围，短路电流(Isc)通常低于8A。

太阳能电池板通常定义为封装和连接在一起的一个以上电池。

太阳能电池板有不
同的电压和电流范围，但功率产生能力一般为50W至300W。

太阳能电池和电池板有许多相同的需测参数，如Voc, Isc, Pmax和I-V曲线。

图1. 太阳能电池I-V曲线。

这里的两象限电源是指一种能够吸入和输出电流，即具有正电流和负电流能力的仪器。

这类仪器组合了电子负载和直流源的功能。

在本节中，我们把这种两象限电源简称为“直流源”。

负电流是指直流源作为电子负载吸入的阱电流，正电流是指直流源的输出电流。

为捕获电池的Pmax，Voc，Isc和I–V特性，可让直流源工作于恒压（CV）模式，由此产生的电流，无论是正电流还是负电流，就都可用该直流源测量。

当然，为得到高吞吐率和精确的I–V曲线，这样的仪器必须有高测量精度，以及实现快速和精确电压跳步变化的能力。

由于太阳能电池测试往往需要长电缆，以及直流源和太阳能电池间存在着开关，因此需要直流源有远端感应能力。

为防止测试系统中电压的振荡，远端感应必须有高稳定性。

有害的振荡会降低精度和吞吐率。

四象限直流源成本较高，但能提供负电压和负电流。

它用于太阳能电池测试有两个原因：首先是为克服电池中的任何串联电阻。

图2示出带串联电阻（Rs）的太阳能电池等效电路。

图2. 太阳能电池等效电路。

您可用稍偏负的电压建立跨Rs的零电位，以进行真实的Isc测量。

第二个原因是用负电压值全面表征电池电气特性可能需要对电池反向偏置。

对电池施加反向偏置，在图3曲线的线性区测量电压变化引起的泄漏电流变化，就可计算电池的旁路或并联电阻，即电池的Rp。

图3. 太阳能电池的反向偏置区。

在图3中，反向偏置电流代表从DC源流入至电池的电流。

图3所示的电池击穿区也可由工作于反向偏置电流的电池超出线性区确定。

两象限设备不能产生像四象限设备那样的负电压，但可通过简单的切换而作为四象限设备使用。

图4a和4B显示用包括两象限直流源和一个简单矩阵开关的测试系统表征太阳能电池。

在图4a中，用一个简单的矩阵开关把直流源输出线和远端感应线接到太阳能电池上。

每个矩阵交叉点（+）代表矩阵中连接的行和列。

矩阵中的每个机械开关都存在小阻抗，但只要直流源的远端感应输入有高阻抗（>100kΩ），其影响就可忽略不计。

图4a显示捕获太阳能电池I–V曲线的直流源和矩阵开关配置。

在此设置时，直流源有能力向太阳能电池提供包括正电流和负电流的正电压。

在图4B中，把直流源和矩阵开关配置为能提供负电流和正电流的负电压，以捕获太阳能电池的反向偏置电气特性。

图4a. 配置为捕获太阳能电池I–V曲线的太阳能电池电气特性测试装置。

图4b. 配置为捕获太阳能电池反向偏置特性的太阳能电池电气特性测试装置。

选择图4a和4b这样的简单装置，您就能用两象限直流源和开关代替四象限电源。

这是降低测试系统成本的好方法，因为四象限电源的售价通常是两象限电源的2至3倍。

考虑到大多数太阳能测试装置中已经有用于数据采集的开关，即基础设施已经存在，因此在开关上只需增加很少的成本，甚至完全不需要再投入。

但要注意在开关切换期间，直流源和太阳能电池间存在短暂的不连续
性。

由于直流源的限制，在0V处还会遇到附加的不连续性。

许多直流源能把它的输出电压降到接近0V，例如10mV，但不能真正到达0V。

直流源技术指标中的“电压范围”或“低电压范围”部分规定了最低输出电压能力。

您的测试计划和电池必须容忍开关切换和可能的瞬间直流源不连续。

如果电池不能容忍这一不连续性，就需要选择真正的四象限电源。

太阳能电池板通常由多个电池组成，这些电池在封装中连接到一起。

太阳能电池板有各种电压和电流范围，但功率产生能力一般为50W至300W。

电池板的许多要测参数与太阳能电池是一致的，如Voc, Isc, Pmax和I–V曲线。

电子负载是太阳能电池板测试的良好解决方案，因为它有宽功率范围和承受大阱电流的能力。

电子负载通常有如图5所示的三种工作模式：恒流（CC）、恒压（CV）和恒阻（CR）。

图5. 电子负载工作模式。

CV模式是跟踪C–V曲线的最好工作模式，因为此时您能逐步递增电压，同时测量被测电池板的电流输出。

为确保全部I–V曲线跟踪能力，电子负载要有低至0V捕获Isc和高至Voc的能力。

电子负载的测量精度随测试条件而异。

如果您要提高电压和电流的测量精度，可用一台或两台数字万用表，以监视电压和进行电流测量。

也可使用数字万用表和精密分流器进行电流测量。

使用精密分流器时，可控制数字万用表的直流
电压量程，从而能在低电流测量时得到更高的分辨率和精度。

数字万用表提高了低量程电流和电压的测量精度，使电子负载成为可行的太阳能电池测试解决方案。

电子负载和高精度数字万用表配套使用，即构成高度灵活和相对低价的太阳能电池和电池板测试系统。

这样的仪器组合有宽功率范围和高精度，即使是在迅速发展的领域，您的测试系统也能保证很长的寿命周期。

当要在室外或环境温度变化很大的地方测试时，这些电子负载有很好的温度系数指标。

环境温度的变化将改变电子负载内置的测量指标，从而增加了测量的不确定度。

在有宽范围温度变化的环境中，您可用温度系数指标进行补偿。

在太阳能电池和电池板测试中，通常不仅需要得到被测电池或电池板的I–V曲线，而且还需要进行温度测量和测量经校准的参考电池。

温度会直接影响电池或电池板的输出功率，所以在测试期间还应进行温度测量，以充分了解所有测试条件。

经校准的参考电池用于标定给太阳能电池或电池板施加光源的效率。

图6. 太阳能电池板测试装置例子。

图6是测试太阳能电池板的测试系统例子。

该系统用开关测量单元代替昂贵和冗余的测量设备。

可通过开关配置对多块太阳能电池或电池板做并行的测试。

利用现有标准化仪器及软件集成的测试系统，其成本要低于全套专用的系统，
而且又更多地灵活性和寿命周期。

您能根据测试要求的变化更改测试系统，从而在不同测试系统上重复利用设备。

我们在这篇文章中讨论了太阳能电池和电池板的测试参数和要求，说明如何用各种测试和测量仪器表征太阳能电池和电池板。

太阳能电池和电池板测试方案的研究与设计
由于新能源最近的红火，很多企事业单位都把眼光投到了这块新兴能源上，中间包括核能、风能、太阳能等。

除了很多厂家积极投资到这部分产品之外，作为估价检测产品的各机构也纷纷开始修订很多新的检测标准。

如何测试估价和电池板各环节的电气性能，当通过电源或电子负载激发布和电池板的各种电气性能，这时就必要可以显现其电参数以及可以记载相关电气特点趋势的测试仪器。

由于以及电池板的应用非常广泛，除了在实验室的相关测试，也必要携带便利，操纵简便的各类测试仪器。

1、500kS/s的采样率，如果搭配记载仪，可以记载电压电流波形
2、测量和电池板内阻和电压的测试
通过电池内阻测试仪（交流微电阻计3560、3561）高速、高精度、稳定的测量，能满足电池老化尝试时微小电压变化的测量
3、电池板接点的测试
电池板是由小块电池板连接形成，这时会必要电池与电池连接节点举行阻值的测试，我们可以提供3541直流微电阻计举行测试。

4、温度与和电池板电气特点相关
5、直流大电流的充放电量和功率
通过设定累计时间，把功率计整流方式设定为DC举行累计，来得到充放电电量和功率的情况。

我们的AC/DC单相功率计3334、3334-01就可以举行此测量
如，车用动力车，车上的的能转换成多少电量，就波及到一辆车能行驶多久，所以测试充放电量以及功率是非常关键的。

6、估价太阳能发电用功率调节器的能效
7、的绝缘耐压测试
8、估价和电池板发电质量
功率调节器→将直流转换为交流的装置*
*光电系统–功率调节器–测量能效环节
光电系统测量功率调节器的能效
能效=输出/输入
依据上图所示，通过功率分析仪3390（4通道）即可直接查看如下电参数：
初级 (DC)
● 电压、电流、功率、脉动率 (仅JIS)
次级 = 输出 (50/60Hz 或 DC)
● 电压、电流、功率、功率因数、畸变率、脉动率 (用于 DC 输出，仅 JIS)
● 整体估价初级和次级
● 效率、损耗
除了查看电参数，同时也必要查看调节器输出端的瞬时波形变化情况，来举行特点判断。

这个主要是查看瞬间是否有异常状况出现，依据查看高速采样记载的波形更能直观的反映出当时的情况，所以必要采样速度高于一般的10ms的采样，所以在此时就必要一台多通道且有高速采样率的存储记载仪记载电压、电流、温度在瞬间的变化状况。

8870-21更能体现便携性，由于有电池的提供，更适合现场简易排故，8860-51比较适用于实验室等现场。

8870-21便携式存储记载仪
● 手持式，操纵简单
● 同时直接测量2路模拟信号（如电压或电流）
● 高速采样
8860-51 存储记载仪
● 高速采样
● 多通道同时记载，模块功能丰厚
温度对和电池板波及非常大，会直接波及电池或电池板的输出功率。

所以必要测量温度的同时测量参考电池。

用参考电池来标定太能电池或电池板施加的光源效率。

84300-21更能体现便携性，由于有电池的提供，更适合现场简易排故，8430比较适用于实验室等现场。

8423存储数据记载仪
● 高速→最快10ms周期
● 多通道→最多可达600通道（全通道同时10ms/S）
● 高耐压，绝缘性好，抗打搅性好
● 模块丰厚→温度/电压单元8948；通用单元8949；数字/脉冲单元8996；报警单元8997
8430手持式数据记载仪
● 手持式、操纵简单
● 10通道、10ms（全部通道同时应用采样率可达10ms）
● 高清显现屏，记载数据同时，在本机监测趋势图
在直流电压耐压测试中，可以设定符合依据PV系数电器安全性检查要求的电流值。

短路的太阳电池模块的输出端子连接到直流绝缘测试器的正极。

把模块的金属裸露部分连接到测试机的负极。

● 绝缘耐压测试仪3153，可在实验室内直接测试
● 绝缘电阻计3455-20，便携式绝缘测试仪，可测得TΩ级别的产品
● 超绝缘计SM、DSM系列，可用于测试薄膜，光电转化率估价，测试等级可达10的16次方Ω
无论任何能源形势，所发送的电，都必要查看其电能质量。

中间包括电压、电流、频率偏差以及谐波等等。

当然，太阳能电池以及电池板在这方面同样必要查看电源品质，这时可以通过相关的电能质量分析仪来监测。

通过3197、3196电能质量分析仪可以查看相关的电源品质，以及从设备流回到电网的情况。

附：风力发电资料
风力发电相关介绍
1、关于风力发电，当今国内做的一般是的。

2、风力发电大概过程，风叶————齿轮机————发电机---------变频器------690V/50Hz（电网），必要做测试的就是发电机、变频器部分。

3、主要测量风力发电机和变频器部分的电流、电压和功率等。

日置所能提供的产品及优势
A．3390功率分析仪
1、外表接口方式比较多，存储模式多元化。

2、便携性好，另外可以4台连用。

可以同时满足转子和定子一起测试，必要2台3390连用。

3、马达动态特点，客户比较关注的是电流情况
4、配上相应的传感器可以同时测试转矩、转数。

5、最高输入电压可达1500V。

6、宽频带测量AC/DC，即可以满足发电机的测量需求，又同时可以满足变频器的测量。

7、谐波测量高达100次。

不同温度下太阳能电池的P-V曲线及I-V曲线
日照量对太阳能电池I-V典线及P-V曲线的影响
图19 为温度在25℃，串联电组Rs =Ω时，分别模拟出日照量在200～
1000W/m2时的太阳能电池模块的I-V 曲线，图20则为其P-V 曲线。

由此二
图中可知日照强度改变时，其开路电压不会有太大的改变，但所产生的最大电流会有相当大的变化，所以其输出功率与最大功率点会随的改变。

图19 不同日照量下对太阳能电池I-V 曲线的影响
图20 不同日照量下对太阳能电池p-V 曲线的影响
图21 不同日照量下对太阳能电池P-V-I 3D曲线
Reference URL：
图22为固定日照量在1000W/m2，串联电组Rs =Ω时，分别仿真温度在0℃～100℃时的太阳能电池模块I-V曲线，图23则为其P-V曲线。

由此二图可知，在固定日照强度下，当温度升高时太阳能电池的开路电压会有所下降，短路电流却会有所增加。

整体而言，输出功率会略微减少，而所能输出的最大功率值也会随着温度的递增而递减，对应于温度变化，最大功率值也会呈现线性变化。

温度的上升，会造成太阳能电池输出功率的减少，因此工作环境的温度将会直接影响到太阳能电池的效率。

图22 不同温度下对太阳能电池I-V 曲线的影响
图23 不同温度下对太阳能电池p-V 曲线的影响
微型太阳能逆变器测试技术方案
来源：电子元件技术日期：2011年07月21日
•中心议题：
•微型太阳能逆变器输入输出特性测试
•解决方案：
•电池输出特性I-V曲线分析
太阳能电池板的输出不同于一般直流供电设备的输出，其输出I-V特性曲线与光照、温度等环境因素密切相关，工作点的电压电流值在曲线上随负载的变化而变化。

为最大化太阳能电池板的输出功率，逆变器往往还需要具有峰值功率追踪功能，保证工作点始终处于I-V曲线上的最大功率点附近。

对逆变器
进行设计、开发与认证的关键是要在不同的环境条件下(即不同的I-V曲线上) 测试验证逆变器的输入输出特性。

测试的主要内容包括：
•开发和验证逆变器峰值功率跟踪电路(MPPT)算法的性能;
•测量和验证逆变器的效率;
•验证逆变器在极高、极低输入电压条件下产生的电网电平输出的稳定性;
•性能认证测试：确认不同环境条件下的输出性能;
•性能加速寿命测试：仅用几周时间来推算工作数年后的结果;
•针对相关标准的认证测试。

为达到这些测试目的，必须创造出一种可预期、可重复的太阳光照条件，并控制其环境温度，以得到固定的I-V输出曲线。

自然界的光照和其他环境因素难于控制，因此直接使用太阳能电池板对逆变器的性能进行测试是不可行的。

为了能够精确仿真太阳能电池板在特定环境条件下的输出(特别是对于小功率逆变器，仿真精度的要求往往更高)，很多厂家推出了专用的太阳能方阵模拟器，用于模拟各种环境下太阳能电池板的输出特性，精确地复现出不同环境条件下的I-V输出特性曲线。

I-V曲线的数据多来自于用户对太阳能电池板输出的实际测量结果。

为了简化操作，目前国际上通用的曲线设置方式是：通过I-V曲线上的四个特征值，即Voc(开路电压值)、Isc(短路电流值)、Vmp(最大功率点电压值)、Imp(最大功率点电流值)来拟合得到完整的I-V曲线。

所使用到的公式如下所示：
在上述公式的指导下，在太阳能方阵模拟器内部可以精确的建立一条I-V 曲线，用来仿真某一特定环境条件下太阳能电池板的输出，如图1所示。

无论负载如何改变，太阳能方阵模拟器的工作点将始终位于这条曲线之上。

尽管使用四个关键点就可以拟合出一条标准的I-V曲线。

但在某些测试条件下，我们会发现太阳能电池板输出的I-V曲线并不是理想的单调曲线。

由于电池板表面存在遮挡物，或是某些电池单元可能会损坏，这些都会造成输出特性曲线发生畸变，曲线上将会出现多个隆起。

对这种情况进行仿真需要使用列表法，将I-V曲线离散成若干组电压-电流点，将它们手动输入到方阵模拟器中。

为得到较好的仿真精度，描述曲线的点越多越好，通常需要几百甚至上千组电压-电流点，才能得到较为理想的仿真效果。

在实际工作环境下，由于光线照度和入射角时刻发生着变化，另外还有来自于云层遮挡的影响，太阳能电池板的输出I-V曲线也将不断发生变化。

为了测试动态条件下太阳能逆变器的工作效果，需要事先保存多条I-V曲线，通过连续地对这些曲线进行切换来实现动态光照变化的仿真。

为取得良好的仿真效果，需要太阳能方阵模拟器具有足够深度的存储空间来存储几百条I-V曲线，并能及时快速地在曲线之间进行切换，来模拟连续变化的工作环境。

此外，通过对已有曲线增加不同的电压或电流偏置，也可达到动态改变I-V曲线的目的。

如果目标是为了验证峰值功率追踪电路的性能，开发出能在不同环境条件下始终工作在I-V曲线最大功率点上的太阳能逆变器，在电路的设计和开发中就必须考虑峰值功率跟踪范围和跟踪频率。

峰值功率跟踪范围是I-V曲线最大峰值功率点附近的一段区间，这也是逆变器峰值功率跟踪电路算法的工作区间，跟踪频率则是工作区间内曲线的摆动速率，如图2所示。

为确保逆变器在模块I-V曲线变化时始终能够找到最大峰值功率点，它必须具有足够宽的跟踪范围和足够高的跟踪频率。

为验证设计的有效性，需要根据精确复现太阳能电池板的I-V曲线来验证在不同曲线下逆变器能否稳定地工作在峰值功率点附近。

高效率的逆变器，除了能够尽可能多地从太阳能电池板中获取电能外，还能够将输入的直流电能尽可能多地转换为交流电能。

在逆变器输入端加上固定的直流电压来研究其效率虽然能够提供一些有意义的信息，但这并不能使设计人员完全了解到最大峰值功率跟踪(MPPT)电路与DC-AC逆变器的配合效果。

使用太阳能方阵模拟器对逆变器效率进行测试将比使用普通直流电源对其进行测试更为精确可靠。