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太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，用于在線校準太陽模擬器電子負載箱的電流、電壓、功率的測量準確度，包括光伏組件(1)、Y型三通連接器(2)、快速數(shù)據(jù)采集器(3)、霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)和計算機(5)。該在線校準裝置檢測所得信號是快速數(shù)據(jù)采集器(3)采集的信號，一個信號是經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器I-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個信號是光伏組件(1)輸出的電壓信號，這兩個信號經(jīng)快速數(shù)據(jù)采集器(3)進行AD轉(zhuǎn)換后輸出給計算機(5)，由計算機(5)顯示數(shù)據(jù)曲線。利用本發(fā)明，解決了瞬態(tài)條件下校準太陽模擬器電子負載箱的技術(shù)難點，并同時校準電流、電壓、功率測量準確度，實現(xiàn)IV曲線的校準。
【專利說明】太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽模擬器電子負載箱校準【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，用于在線校準太陽模擬器電子負載箱的電流、電壓、功率的測量準確度。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽模擬器是模擬自然太陽光譜和輻照度的一種光源設(shè)備，通常由光源和電源、光學部件和濾光片、控制操作系統(tǒng)、電子負載箱等組成。與真實太陽相比，太陽模擬器具有穩(wěn)定性強、不受天氣變化影響等優(yōu)點。電子負載箱作為太陽模擬最為核心的部件被普遍應(yīng)用于光伏組件及太陽電池光電性能(如短路電流、開路電壓、最大功率、轉(zhuǎn)換效率、填充因子等)的測試，其性能的優(yōu)劣決定了光伏組件及太陽電池光電性能測量的準確性，并直接影響到組件貿(mào)易結(jié)算過程中的經(jīng)濟利益及最終光伏電站的實際應(yīng)用及評估。國內(nèi)外市場現(xiàn)有太陽模擬器電子負載箱性能良莠不齊，在很大程度上存在對光伏組件功率測量結(jié)果的誤判。為了保證其測量的準確性，必須對太陽模擬器電子負載箱進行校準。
[0003]現(xiàn)對太陽模擬器電子負載箱的校準大多需要將電子負載箱拆離模擬器，然后寄至計量認證機構(gòu)進行校準，且周期較長，在很大程度上降低了太陽模擬器的利用效率，影響了光伏企業(yè)的產(chǎn)能。并且，離線校準通常采用穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源作為信號輸入，分別測試電子負載箱電流、電壓的測量準確度，與實際應(yīng)用過程中多為瞬態(tài)采集的取樣模式存在不同，可能會引入測量誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，以解決瞬態(tài)條件下校準太陽模擬器電子負載箱的技術(shù)難點，并同時校準電流、電壓、功率測量準確度，實現(xiàn)IV曲線的校準。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，該裝置包括光伏組件1、Y型三通連接器2、快速數(shù)據(jù)采集器3、霍爾閉環(huán)電流傳感器4和計算機5，其中:
[0008]光伏組件1，由多個太陽電池片以陣列形式構(gòu)成，正面面向太陽模擬器光源，為該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電壓和電流信號源；
[0009]Y型三通連接器2，采用非屏蔽電纜構(gòu)成，一端為雙通道接口，另一端為單通道接口，將光伏組件I分別與快速數(shù)據(jù)采集器3和待校準的太陽模擬器電子負載箱6匹配對接；
[0010]快速數(shù)據(jù)采集器3，包含多個數(shù)據(jù)采集端口，每個數(shù)據(jù)采集端口對應(yīng)一個通道，檢測時選用其中的任意兩個通道，一個通道采集經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個通道采集光伏組件I輸出電壓信號，對采集的這兩種信號進行AD轉(zhuǎn)換，輸出給計算機5 ；
[0011]霍爾閉環(huán)電流傳感器4，通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器3匹配連接，對該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電流測試，對所采得的來自光伏組件I的電流信號進行1-V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后得到的電壓信號通過同軸電纜輸出給快速數(shù)據(jù)采集器3的某一個通道；
[0012]計算機5，采用USB端口分別連接于快速數(shù)據(jù)采集器3和霍爾閉環(huán)電流傳感器4，對接收自快速數(shù)據(jù)采集器3的信號以數(shù)據(jù)曲線進行顯示，為霍爾閉環(huán)電流傳感器4提供工作電源。
[0013]上述方案中，所述Y型三通連接器2中，雙通道接口包括第一通道接口 a和第二通道接口 b，第一通道接口 a與待校準的太陽模擬器電子負載箱6匹配對接，第二通道接口 b通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器3的某一通道匹配連接；單通道接口為第三通道接口 C，與光伏組件I的引線接口匹配對接。
[0014]上述方案中，所述快速數(shù)據(jù)采集器3在采集信號前經(jīng)過標定。
[0015]上述方案中，所述霍爾閉環(huán)電流傳感器4的靈敏度KH經(jīng)過標定，靈敏度KH等于輸出電壓與輸入電流比。
[0016]上述方案中，所述霍爾閉環(huán)電流傳感器4與快速數(shù)據(jù)采集器3之間采用同軸電纜連接，該同軸電纜的兩端均有一接頭。
[0017]上述方案中，所述計算機5中的一個USB端口與霍爾閉環(huán)電流傳感器4電源端口連接，為其提供工作電源。
[0018]上述方案中，所述計算機5中的一個USB端口與快速數(shù)據(jù)采集器3連接，對接收自快速數(shù)據(jù)采集器3的信號以數(shù)據(jù)曲線進行顯示。
[0019]上述方案中，該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置檢測所得信號是快速數(shù)據(jù)采集器3采集的信號，一個信號是經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個信號是光伏組件I輸出的電壓信號，這兩個信號經(jīng)快速數(shù)據(jù)采集器3進行AD轉(zhuǎn)換后輸出給計算機5，由計算機5顯示數(shù)據(jù)曲線。
[0020](三)有益效果
[0021]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，采用雙通道或多通道信號采集，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽模擬器電子負載箱電流、電壓、功率測量準確度的同時校準，解決了瞬態(tài)條件下校準太陽模擬器電子負載箱的技術(shù)難點。
[0023]2、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，可實現(xiàn)太陽模擬器電子負載箱測量準確度的在線校準，極大地減小了校準周期，不影響太陽模擬器的實際應(yīng)用，不影響光伏企業(yè)的實際應(yīng)用。
[0024]3、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，可實現(xiàn)太陽模擬器電子負載箱測量IV曲線的校準。
[0025]4、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，基于瞬態(tài)模式下進行校準，與太陽模擬器電子負載箱實際應(yīng)用條件一致。
[0026]5、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶和安裝，能很好滿足光伏企業(yè)和檢測機構(gòu)的現(xiàn)場檢測和計量需求。
[0027]6、本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，對瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)太陽模擬器，包括組件測試儀、太陽電池片分選機等，均適用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的結(jié)果和特征作進一步的詳細描述，其中:
[0029]圖1是依照本發(fā)明實施例的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置的示意圖。
[0030]圖2是利用圖1所示太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置測得電流、電壓、功率隨時間的變化關(guān)系。
[0031]圖3是利用圖1所示太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置測得校準IV曲線。

【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0033]請參閱圖1所示，圖1是依照本發(fā)明實施例的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置的示意圖，用于在線校準太陽模擬器電子負載箱6的電流、電壓、功率的測量準確度，該裝置包括光伏組件1、Y型三通連接器2、快速數(shù)據(jù)采集器3、霍爾閉環(huán)電流傳感器4和計算機5，其中:
[0034]光伏組件1，由多個太陽電池片以陣列形式構(gòu)成，正面面向太陽模擬器光源，為該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電壓和電流信號源；在實際應(yīng)用中，可根據(jù)待測的電子負載箱6的測試量程來選取該光伏組件提供的電壓值或電流值。
[0035]Y型三通連接器2，采用非屏蔽電纜構(gòu)成，一端為雙通道接口，另一端為單通道接口，將光伏組件I分別與快速數(shù)據(jù)采集器3和待校準的太陽模擬器電子負載箱6匹配對接；其中，雙通道接口包括第一通道接口 a和第二通道接口 b，第一通道接口 a與待校準的太陽模擬器電子負載箱6匹配對接，第二通道接口 b通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器3的某一通道匹配連接；單通道接口為第三通道接口 C，與光伏組件I的引線接口匹配對接。在實際應(yīng)用中，該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置中Y型三通連接器的個數(shù)可以為一個，也可以為多個，圖1所示Y型三通連接器的個數(shù)為兩個。
[0036]快速數(shù)據(jù)采集器3，該數(shù)據(jù)采集器在采集信號前經(jīng)過標定，包含多個數(shù)據(jù)采集端口，每個數(shù)據(jù)采集端口對應(yīng)一個通道，檢測時選用其中的任意兩個通道，一個通道采集經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個通道采集光伏組件I輸出電壓信號；該快速數(shù)據(jù)采集器3對采集的上述兩種信號進行AD轉(zhuǎn)換，輸出給計算機5，由計算機5顯示數(shù)據(jù)曲線。
[0037]霍爾閉環(huán)電流傳感器4，通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器3匹配連接，對該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電流測試，對所采得的來自光伏組件I的電流信號進行1-V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后得到的電壓信號通過同軸電纜輸出給快速數(shù)據(jù)采集器3的某一通道。該霍爾閉環(huán)電流傳感器的靈敏度KH經(jīng)過標定，靈敏度KH等于輸出電壓與輸入電流比。所述霍爾閉環(huán)電流傳感器4與快速數(shù)據(jù)采集器3之間采用同軸電纜連接，該同軸電纜的兩端均有一接頭。
[0038]計算機5，采用USB端口分別連接于快速數(shù)據(jù)采集器3和霍爾閉環(huán)電流傳感器4，其中一個USB端口與霍爾閉環(huán)電流傳感器4電源端口連接，為其提供工作電源；一個USB端口與快速數(shù)據(jù)采集器3連接，對接收自快速數(shù)據(jù)采集器3的信號以數(shù)據(jù)曲線進行顯示。
[0039]該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置檢測所得信號即快速數(shù)據(jù)采集器3采集的信號，一個信號是經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個信號是光伏組件I輸出的電壓信號，這兩個信號經(jīng)快速數(shù)據(jù)采集器3進行AD轉(zhuǎn)換后輸出給計算機5，由計算機5顯示數(shù)據(jù)曲線。
[0040]在檢測的準備過程中，根據(jù)太陽模擬器電子負載箱校準量程，選擇合適的光伏組件作為太陽模擬器電子負載箱及計量裝置的電流和電壓信號源，待其溫度穩(wěn)定后，將其置于測試面內(nèi)，正面正對太陽模擬器光源。記錄霍爾閉環(huán)電流傳感器輸出零點電壓值V0。將Y型三通連接器的其中一根穿過霍爾閉環(huán)電流傳感器穿孔穿芯圓孔，用于該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置電流信號的測量。
[0041]對光伏組件I進行輻照，利用太陽模擬器電子負載箱測量其IV特性，包括電壓、電流隨時間的變化曲線，同時利用快速數(shù)據(jù)采集器3取樣信號輸出，測得光伏組件I輸出電壓V和霍爾電流傳感器副邊輸出電壓Vl隨時間的變化曲線。將公式電流I= (Vl-VO)/KH和功率P = V.〗內(nèi)嵌入快速數(shù)據(jù)采集器3軟件處理程序，進行運算并輸出相應(yīng)結(jié)果。得到光伏組件I輸出電流(霍爾電流傳感器原邊輸入電流)1、輸出電壓V、輸出功率P隨采樣時間的變化曲線。取樣同一時間點處太陽模擬器電子負載箱測量電流、電壓、功率與該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置電流、電壓、功率測量值進行比較，得到此量程下的校準結(jié)果。通過取樣不同時間點(對應(yīng)不同電流、電壓、功率量程)，實現(xiàn)太陽模擬器電子負載箱測量電流、電壓、功率準確度的多量程校準。
[0042]考慮實際應(yīng)用的情況，開路電壓(Voc)(輸出電流為O時的電壓值)、短路電流(Isc)(輸出電壓為O時的電流值)、最大輸出功率(Pm)及其對應(yīng)的電壓值(Vm)、電流值(Im)是評價光伏組件性能最為關(guān)鍵的光電參量，故一般太陽模擬器電子負載箱測量準確度的校準只針對以上5個參數(shù)。優(yōu)選地，重復進行5次測試，取平均值作為最終校準結(jié)果。
[0043]測試實例
[0044]如下是采用本發(fā)明提供的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，對某光伏企業(yè)生產(chǎn)測試所用的瞬態(tài)太陽模擬器電子負載箱電壓、電流、功率測量準確度進行校準。
[0045]通過標定得到霍爾電流傳感器靈敏度KH = 0.200175V/A。用快速數(shù)據(jù)采集器測量霍爾閉環(huán)電流傳感器零點電壓VO = 2.507V。選取標稱功率Pm = 230W，短路電流Isc =
8.4A，開路電壓Voc = 37.0V的單晶硅光伏組件作為電壓、電流信號源，待其與周圍環(huán)境熱交換溫度穩(wěn)定后，將其置于測試面內(nèi)，正面面對模擬器光源。依照附圖1連接各接口引線，觸發(fā)太陽模擬器脈沖閃光，利用太陽模擬器電子負載箱及該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置同時采集光伏組件輸出IV特性。記錄太陽模擬器電子負載箱測得開路電壓Vocm、短路電流Iscm、最大輸出功率P_及其對應(yīng)的電壓值Vmm、電流值Imm。利用快速數(shù)據(jù)采集器3取樣信號輸出，測得光伏組件輸出電壓Vc和霍爾電流傳感器副邊輸出電壓Vl隨時間的變化曲線。將公式電流Ic = (Vl-VO)/KH和功率Pc = Vc.Ic內(nèi)嵌入快速數(shù)據(jù)采集器3軟件處理程序，進行運算并輸出相應(yīng)結(jié)果，得到光伏組件輸出電流Ic、輸出電壓Vc、輸出功率Pc隨采樣時間的變化曲線，如附圖2所示。以Vc為橫坐標，各相同時間點對應(yīng)的Ic、Pc為縱坐標作圖，得到所校準IV特性曲線，如附圖3所示。取Vc = O時對應(yīng)的Ic為短路電流校準值Iscc，取Ic = O時對應(yīng)的Vc為開路電壓校準值Vocc，取Pc的最大值為最大功率校準值Pmc,對應(yīng)的電壓、電流分別為Vmc、Imc。
[0046]重復以上測試過程5 次,分別計算 Vocm、Iscm、Pmm、Imm、Vmm、Vocc、Iscc、Pmc、Imc、Vmc的平均值,進而得到開路電壓修正因子(Vocc/Vocm)、短路電流修正因子(Iscc/Iscm)、最大功率修正因子(Pmc/Pmm)、最大功率對應(yīng)電流修正因子(Imc/Imm)、最大功率對應(yīng)電壓修正因子(Vmc/Vmm)的校準結(jié)果，如表1所示，表1是利用圖1所示太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置校準太陽模擬器電子負載箱測量準確度的校準結(jié)果。
[0047]表1
[0048]

【權(quán)利要求】
1.一種太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，該裝置包括光伏組件(I)、Y型三通連接器(2)、快速數(shù)據(jù)采集器(3)、霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)和計算機(5)，其中: 光伏組件(I)，由多個太陽電池片以陣列形式構(gòu)成，正面面向太陽模擬器光源，為該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電壓和電流信號源； Y型三通連接器(2)，采用非屏蔽電纜構(gòu)成，一端為雙通道接口，另一端為單通道接口，將光伏組件(I)分別與快速數(shù)據(jù)采集器(3)和待校準的太陽模擬器電子負載箱(6)匹配對接； 快速數(shù)據(jù)采集器(3)，包含多個數(shù)據(jù)采集端口，每個數(shù)據(jù)采集端口對應(yīng)一個通道，檢測時選用其中的任意兩個通道，一個通道采集經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個通道采集光伏組件(I)輸出電壓信號，對采集的這兩種信號進行AD轉(zhuǎn)換，輸出給計算機(5)； 霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)，通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器(3)匹配連接，對該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置提供電流測試，對所采得的來自光伏組件(I)的電流信號進行1-V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后得到的電壓信號通過同軸電纜輸出給快速數(shù)據(jù)采集器(3)的某一個通道； 計算機(5)，采用USB端口分別連接于快速數(shù)據(jù)采集器(3)和霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)，對接收自快速數(shù)據(jù)采集器(3)的信號以數(shù)據(jù)曲線進行顯示，為霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)提供工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述Y型三通連接器(2)中，雙通道接口包括第一通道接口 a和第二通道接口 b，第一通道接口 a與待校準的太陽模擬器電子負載箱出)匹配對接，第二通道接口 b通過同軸電纜與快速數(shù)據(jù)采集器(3)的某一通道匹配連接；單通道接口為第三通道接口 C，與光伏組件(I)的引線接口匹配對接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述快速數(shù)據(jù)采集器(3)在采集信號前經(jīng)過標定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)的靈敏度KH經(jīng)過標定，靈敏度KH等于輸出電壓與輸入電流比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)與快速數(shù)據(jù)采集器(3)之間采用同軸電纜連接，該同軸電纜的兩端均有一接頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述計算機(5)中的一個USB端口與霍爾閉環(huán)電流傳感器(4)電源端口連接，為其提供工作電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，所述計算機(5)中的一個USB端口與快速數(shù)據(jù)采集器(3)連接，對接收自快速數(shù)據(jù)采集器(3)的信號以數(shù)據(jù)曲線進行顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置，其特征在于，該太陽模擬器電子負載箱在線校準裝置檢測所得信號是快速數(shù)據(jù)采集器(3)采集的信號，一個信號是經(jīng)霍爾閉環(huán)電流傳感器1-V轉(zhuǎn)換后所得電壓信號，另一個信號是光伏組件(I)輸出的電壓信號，這兩個信號經(jīng)快速數(shù)據(jù)采集器(3)進行AD轉(zhuǎn)換后輸出給計算機(5)，由計算機(5)顯示數(shù)據(jù)曲 線。
【文檔編號】G01R35/02GK104076313SQ201410259383
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】張俊超, 熊利民, 孟海鳳, 赫英威, 謝琳琳, 張碧豐 申請人:中國計量科學研究院