1、基于虛擬儀器的聚光型硅基太陽能電池組件性能測試系統(tǒng),演 講 人: 張繼彬 指導教師: 陸 勇 2010年 11月 東南大學太陽能技術(shù)研究中心,Solar Technology Research Center, Southeast University,論文的主要內(nèi)容,Solar Technology Research Center, Southeast University,一、項目開發(fā)的背景及目的 二、系統(tǒng)設(shè)計原理介紹 三、系統(tǒng)構(gòu)成及各部分介紹 四、系統(tǒng)測試及實驗結(jié)果分析,Solar Technology Research Center, Southeast University,一、背景及

2、目的,光伏電池組件的溫度、電流、電壓，以及太陽輻照度是影響低倍聚光下硅基太陽能電池發(fā)電效率的重要因素，因此開發(fā)合適的光伏測試系統(tǒng)是光伏發(fā)電領(lǐng)域重要的研究方向。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能分析及可靠優(yōu)化方法的提出，是在大量可靠的實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，可靠的數(shù)據(jù)依賴于光伏測試系統(tǒng)準確性，實現(xiàn)多項性能參數(shù)采集的同步性及實時性是提高所采集數(shù)據(jù)可信性的關(guān)鍵。 本系統(tǒng)在此應(yīng)用背景下提出，開發(fā)并實現(xiàn)了多參數(shù)實時同步采集的光伏組件性能參數(shù)測試系統(tǒng)。,Solar Technology Research Center, Southeast University,二、系統(tǒng)設(shè)計原理,系統(tǒng)的設(shè)計原理是基于虛擬儀器的思想，在模塊

3、化的硬件支持下，通過高效靈活的計算機軟件的控制，實現(xiàn)被測參數(shù)的實時曲線顯示、數(shù)據(jù)的保存以及歷史數(shù)據(jù)的查看等功能。 采用虛擬儀器思想具有非常明顯的優(yōu)勢： 簡化了硬件設(shè)計，縮短開發(fā)周期； 數(shù)據(jù)的存儲及查看非常方便； 具有圖表化顯示功能，可讀性強； 硬件參數(shù)的設(shè)置方便簡單； ,Solar Technology Research Center, Southeast University,三、系統(tǒng)構(gòu)成,本系統(tǒng)有四部分構(gòu)成： 1、數(shù)據(jù)采集部分 2、溫度測量部分 3、太陽輻照度測量部分 4、控制電路部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,Solar Technology Research Center, Southeast U

4、niversity,系統(tǒng)主要功能,系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能： 在低倍聚光條件下，測量硅基太陽能電池板的表層溫 度、 工作電流Iw、工作電壓Uw、短路電流Isc、短路電 壓Uov 以及太陽輻照度的實時變化； 通過采集電池組件表層多點溫度，可以驗證電池板的散 熱性能及輔助分析電池組件的傳熱性能； 通過測量工作電流和工作電壓，可以尋找電池板功率輸 出與溫度、太陽輻照度的關(guān)系。,Solar Technology Research Center, Southeast University,1、數(shù)據(jù)采集部分,實時曲線,RS232,數(shù)據(jù)采集部分的組成,Agilent34970A,實時曲線顯示界面,插盒,插盒,So

5、lar Technology Research Center, Southeast University,1、數(shù)據(jù)采集部分,系統(tǒng)使用Agilent34970A儀器作為核心硬件模塊，通過RS232通信方式與上位機進行通信，在配套軟件控制下，可以實現(xiàn)實時動態(tài)曲線的顯示和數(shù)據(jù)的保存功能，另外還可實現(xiàn)對儀器的通道、被測參數(shù)類型、采集頻率的設(shè)置； 選擇具有22個通道的插盒，可實現(xiàn)對熱電偶信號、直交流電壓電流信號、電阻等參數(shù)的測量； Agilent34970A為系統(tǒng)參數(shù)采集的核心部件，其數(shù)據(jù)采集精度高、使用靈活、攜帶方便、二次開發(fā)簡單，主要的優(yōu)勢是采集通道多，可實現(xiàn)多項數(shù)據(jù)的同時采集。,Solar Tec

6、hnology Research Center, Southeast University,2、溫度測量部分,電池組件表面被測溫度點分布樣圖（Z1Z6、F1F6）,冷卻管道,測量溫度的K型熱電偶，一端接在安捷倫儀器，另一端固定在電池板的被測溫度點處。,Solar Technology Research Center, Southeast University,2、溫度測量部分,光伏電池板的發(fā)電效率隨電池板溫度的變化而改變，溫度參數(shù)在聚光光伏系統(tǒng)的性能參數(shù)中占有非常重要的位置，因此溫度采集成為一關(guān)鍵要素。 這里采用的是K型熱電偶頭測量溫度，K型熱電偶線性度好，精度高、靈敏度高，抗氧化性能強，且價

7、格便宜，通過與Agilent34970A儀器的配合使用，使K型熱電偶的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。 在使用過程中，可根據(jù)實驗需求將熱電偶頭分布在電池板的不同部位，安裝比較靈活，使用起來也很方便。,Solar Technology Research Center, Southeast University,3、太陽輻照度測量部分,這里有兩種方式進行太陽輻照度的測量： 一是采用帶RS232接口的TES系列光功率計； 二是采用實驗現(xiàn)場的Campbell Scientific氣象站。 氣象站的功能強大，可實現(xiàn)太陽總輻照度、直射光輻照度、環(huán)境溫度等參數(shù)的測量，而且測量精度高，具有數(shù)據(jù)存儲的功能。為了操作簡便，

8、可使用TES測量輻照度，而用氣象站的數(shù)據(jù)作為標定值。 影響光伏電池最大輸出功率的主要因素是太陽輻照度，電池板最大輸出功率基本與一天中太陽輻照度變化趨勢相一致，因此輻照度必須與工作電流Iw、工作電壓Uw等參數(shù)實現(xiàn)同步測量才具有可信性。,Solar Technology Research Center, Southeast University,4、控制電路部分,這里通過多個電阻的切換改變電阻值，來模擬電池板的負載變化，進而得到一組工作電流和工作電壓數(shù)據(jù)，最后繪制出電池板的I-V曲線。,多電阻切換法原理框圖,Solar Technology Research Center, Southeast U

9、niversity,4、控制電路部分,I-V曲線不僅提供了硅基太陽能電池的電性能參數(shù)，也是最大功率點跟蹤的主要依據(jù)，因此工作電流和工作電壓的測量至關(guān)重要。 本文使用的是多電阻切換法來實現(xiàn)I-V曲線的測量，考慮到專用成套設(shè)備的成本較高，電容負載法和反向偏壓負載法需要高精度高速度的AD轉(zhuǎn)換器，開發(fā)難度也較大，這里選擇了多電阻切換的方法來進行I-V曲線的測試。,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試,系統(tǒng)測試的低倍聚光實驗平臺,Solar Technology Research Center, Southeast U

10、niversity,四、系統(tǒng)測試,被測電池板構(gòu)造,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,低倍聚光狀況下，不通冷卻水時，電池板正面溫升很快，電池板背面與太陽輻射面之間的熱阻較大，而且與空氣有良好的接觸，溫升較小。,圖表1 無冷卻水時電池表層溫度變化趨勢,K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖,圖表一分析,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,不通冷卻水時Isc變化圖,不通冷卻水時Uov變化圖,Solar Techno

11、logy Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,水流量為16t/h時，通水后散熱效果明顯，電池組件表層溫度下降，溫度低于60，冷卻效果明顯。,圖表2 冷卻水流量16t/h下電池表層溫度變化趨勢,K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖,圖表二分析,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,冷卻水為16t/h時Isc變化曲線,冷卻水為16t/h時Uov變化曲線,Solar Technology Research Center, Southeast Univ

12、ersity,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,水流量變大后，電池組件正面溫度變得更低，背面溫度也有所降低，但溫度處在波動狀態(tài)，電池表面溫度不超過55。,圖表3 冷卻水流量162t/h下電池表層溫度變化趨勢,K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖,圖表三分析,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析,流量162t/h時Isc變化曲線,流量162t/h時Uov變化曲線,Solar Technology Research Center, Southeast University,四、系統(tǒng)測試,本系統(tǒng)是在不斷試驗的基礎(chǔ)上得出的，并為多次測試實驗提供了可靠的數(shù)據(jù)，其中包括： 低倍聚光下硅基太陽能電池板的傳熱分析； 聚光光伏系統(tǒng)冷卻效果的驗證； 低倍聚光下光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時的性能測試； 不同型號硅基太陽能電池最大功率