專利名稱：基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體材料檢測系統(tǒng)，特別涉及一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電已成為新能源產(chǎn)業(yè)重要的方面之一。而太陽能電池是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的最重要器件，其性能直接影響著太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率。因此，對太陽能電池的質(zhì)量檢測就顯得尤為重要，需要建立一套能在較短時間內(nèi)測出太陽能電池及組件的開路電壓、短路電流及最大功率點，并能自動繪出其I-V特性曲線和計算出填充因子等表征太陽能電池性能優(yōu) 劣的參數(shù)的自動化測試系統(tǒng)。然而，目前國內(nèi)外市場上使用的太陽能電池測試系統(tǒng)存在著以下問題1)直接將太陽能電池與負(fù)載電阻相連接，通過改變負(fù)載電阻的阻值，得到太陽能電池的I-V特性。但實際電路中存在內(nèi)阻，使得太陽能電池?zé)o法達到完全短路狀態(tài)，因而該測試系統(tǒng)不能得到完整的太陽能電池I-V特性曲線。2)當(dāng)采用可變功率電阻器作為太陽能電池的負(fù)載時，每次測量太陽能電池的I-V特性曲線都需要多次手動調(diào)節(jié)電阻阻值，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)點十分有限，且人為誤差因素較高，費時費力。3)當(dāng)采用可變電子負(fù)載作為太陽能電池的負(fù)載時，測試系統(tǒng)需要包括可變電子負(fù)載的主電路、驅(qū)動電路、采樣電路、控制電路、通訊模塊及保護電路等。造成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，成本高，體積、質(zhì)量龐大，不能滿足現(xiàn)場測試條件的需要。4)測試系統(tǒng)不能實現(xiàn)多種測試環(huán)境(環(huán)境溫度、光照強度)下太陽能電池性能的轉(zhuǎn)換，因此只能在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下測試待測太陽能電池的伏安特性，不能滿足任意測試環(huán)境下現(xiàn)場測試的條件；使得測試系統(tǒng)中還應(yīng)包含模擬標(biāo)準(zhǔn)條件下的光源器件，此模擬光源不僅會造成光譜等參數(shù)與真實的標(biāo)準(zhǔn)光源失配，而且增加了成本。5)由于數(shù)據(jù)采集單元本身的限制導(dǎo)致太陽能電池伏安特性曲線中測量點分辨率低、間隔較大，造成測試精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，測試精度高，能得到待測太陽能電池完整的i-v特性曲線，滿足現(xiàn)場測試條件的要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡與采樣電阻相連接，采樣電阻的一端分別與數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出端口中的一個端口和數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入端口中的一個端口相連接， 采樣電阻的另一端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端口中的另一個端口相接；數(shù)據(jù)采集卡的另外兩個模擬輸入端口分別與日照傳感器的兩端相連接；數(shù)據(jù)采集卡與計算機測試平臺通過安裝驅(qū)動程序后，經(jīng)USB接口連接。該測試系統(tǒng)還包括溫度計，用于測試環(huán)境溫度，提供測試現(xiàn)場的溫度值。計算機測試平臺用于控制測試系統(tǒng)向待測太陽能電池及組件負(fù)載輸出模擬電壓，用于控制測試系統(tǒng)采集負(fù)載兩端電壓、電流信號，用于實時顯示并保存實測環(huán)境下待測太陽能電池及組件負(fù)載的電壓、電流數(shù)據(jù)，用于將實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)條件下并最終給出標(biāo)準(zhǔn)條件下I-V特性及曲線。本發(fā)明測試系統(tǒng)具有如下優(yōu)點 I)采用基于惠斯通電橋的補償法測試太陽能電池的負(fù)載特性，可真正實現(xiàn)負(fù)載由零向無窮大的變化過程，進而得到完整的太陽能電池I-V特性曲線。2)采用數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出電壓信號的功能來模擬可變負(fù)載。由于數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率和數(shù)據(jù)精度高，且測試過程通過LabVIEW軟件控制，可消除人為因素的干擾。3)由于本系統(tǒng)可在幾秒鐘內(nèi)完成向待測太陽能電池外電路模擬電壓信號的輸出和數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，近似可認(rèn)為太陽光照沒有發(fā)生變化，因而可以滿足現(xiàn)場測試的要求。4)利用硅用太陽能電池的工程數(shù)學(xué)模型將實測環(huán)境下的數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)條件轉(zhuǎn)化，并通過LabVIEW調(diào)用Matlab軟件實現(xiàn)此功能，因而使得現(xiàn)場測試具有意義。5)在現(xiàn)場測試條件下可省去模擬標(biāo)準(zhǔn)光源的器件，因而不存在光譜失配的問題，也節(jié)約了系統(tǒng)的成本。


圖I是本發(fā)明太陽能電池測試系統(tǒng)一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明太陽能電池測試系統(tǒng)的流程圖。圖3是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)對太陽能電池進行測試得到的電壓變化曲線圖。圖4是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)對太陽能電池進行測試得到的電流變化曲線圖。圖5是本發(fā)明測試系統(tǒng)對圖3和圖4所述太陽能電池進行測試后，將該太陽能電池參數(shù)自動轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)條件下并繪制的特性曲線與采用現(xiàn)有測試系統(tǒng)對該太陽能電池進行測試后在標(biāo)準(zhǔn)條件下繪制的特性曲線的對比圖。圖中，I.待測太陽能電池，2.采樣電阻，3.數(shù)據(jù)采集卡，4.計算機測試平臺，5.溫度計，6.日照傳感器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細(xì)說明?，F(xiàn)有太陽能電池測試系統(tǒng)中采用了負(fù)載電阻，測試時通過改變該負(fù)載電阻的阻值，得到太陽能電池的I-V特性曲線。但由于實際電路中存在內(nèi)阻，使得太陽能電池?zé)o法達到完全短路狀態(tài)，使得現(xiàn)有的測試系統(tǒng)不能得到完整的太陽能電池的I-V特性曲線。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，能夠得到完整的太陽能電池I-V特性曲線。該測試系統(tǒng)一種實施例的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括數(shù)據(jù)采集卡3和溫度計5，數(shù)據(jù)采集卡3與采樣電阻2相連接，采樣電阻2的一端分別與數(shù)據(jù)采集卡3的模擬輸出端口 AOO和數(shù)據(jù)采集卡3的模擬輸入端口 AI4相連接，采樣電阻2的另一端與數(shù)據(jù)采集卡3的輸入端口 AIO相接；數(shù)據(jù)采集卡3的另外兩個模擬輸入端口分別與日照傳感器6的兩端相連接，數(shù)據(jù)采集卡3與計算機測試平臺4通過安裝驅(qū)動程序后，經(jīng)USB接口連接。計算機測試平臺4用于控制測試系統(tǒng)向待測太陽能電池及組件負(fù)載輸出模擬電壓，控制測試系統(tǒng)采集負(fù) 載兩端電壓、電流信號，實時顯示并保存實測環(huán)境下待測太陽能電池及組件負(fù)載的電壓、電流數(shù)據(jù)，將實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)條件下并最終給出標(biāo)準(zhǔn)條件下I-V 特性及曲線。實際應(yīng)用時，由于數(shù)據(jù)采集卡3具有多個模擬輸入端口 Al和多個模擬輸出端口 A0,因此，采樣電阻2的兩端可以與該多個模擬輸入端口 Al中的任意兩個分別相連接，采樣電阻2與數(shù)據(jù)采集卡3模擬輸出端口 AO相連接的一端可以與該多個模擬輸出端口 AO中的任意一個相連接。數(shù)據(jù)采集卡3采用美國NI公司生產(chǎn)的PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡，該6221數(shù)據(jù)采集卡具有16個16位模擬輸入端口、2個模擬輸出端口，當(dāng)輸入電壓的變化范圍為土 10V，采樣頻率高達48KHz。使用6221數(shù)據(jù)采集卡的兩路模擬電壓輸入端檢測采樣電阻2兩端的電壓信號；同時，使用6221數(shù)據(jù)采集卡的另外兩路模擬電壓輸入端測量日照傳感器6兩端的開路電壓信號，還使用6221數(shù)據(jù)采集卡的GND端口以及一路模擬電壓輸出端口 AO來模擬太陽能電池的可變負(fù)載。將采樣電阻2與數(shù)據(jù)采集卡3模擬輸入端口 AIO相接的一端與待測太陽能電池I 的正極相連接；由LabVIEW程序控制數(shù)據(jù)采集卡3以一定步長連續(xù)變化地輸出電壓信號，實現(xiàn)模擬一個可變負(fù)載的功能；利用數(shù)據(jù)采集卡3模擬輸入的功能，將數(shù)據(jù)采集卡3模擬輸入、輸出端口的GND接線端口連接至太陽能電池I的負(fù)極，實現(xiàn)共地，以差分的方式測量待測太陽能電池I的電壓值，并通過采樣電阻2換算成電流值作為待測太陽能電池I的輸出電流I。本發(fā)明測試系統(tǒng)通過LavVIEW中的移位寄存器實現(xiàn)測試需要的以0. OlK步長逐漸遞增的電壓模擬輸出，初始化其循環(huán)次數(shù)N=O，通過等待時鐘控制使得電壓從起始電壓遞增到截止電壓。采集模塊同樣使用等待時鐘控制采樣點的時間間隔，實現(xiàn)輸入與輸出同步。 恰好滿足每輸出一個電壓信號系統(tǒng)每采集一次的要求，實現(xiàn)傳統(tǒng)測試電路中的可變負(fù)載功能。其流程如圖2所示，當(dāng)計算機測試平臺4接收到用戶發(fā)出的開始采集指令時，系統(tǒng)會自動初始化，清除以往測試遺留的數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)待測太陽能電池I出廠時的開路電壓設(shè)置需要數(shù)據(jù)采集卡3輸出的最大工作電壓，設(shè)置完畢后用戶可通過啟動采集按鈕開啟采集任務(wù)。數(shù)據(jù)采集卡3的一路模擬輸出端便會依照用戶設(shè)定的頻率和電壓步長向外電路輸出電壓信號，同時數(shù)據(jù)采集卡3的兩路模擬輸入端以相同頻率分別采集待測太陽能電池負(fù)載兩端的電壓和電流信號，并在計算機測試平臺4前面板實時地顯示采集到的電壓、電流信號值，同時，系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)整理保存到計算機硬盤空間中。每采集一次信號，系統(tǒng)會自動累加總采集次數(shù)，每一次新的采集開始前系統(tǒng)會自動判斷總采集次數(shù)乘以采集步長是否超過用戶設(shè)置的最大輸出電壓，如果沒有超過用戶設(shè)置的最大輸出電壓則繼續(xù)下一次采集；如果超過用戶設(shè)置的最大輸出電壓則停止本次采集任務(wù)。直到停止采集任務(wù)后，系統(tǒng)會自動讀取上一步保存在計算機硬盤空間中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)日照傳感器6采集得到的日照強度數(shù)據(jù)和用戶輸入的溫度計5讀到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合硅用太陽能電池工程數(shù)學(xué)模型將實測數(shù)據(jù)在Matlab軟件中轉(zhuǎn)化到標(biāo)準(zhǔn)條件下。由于本系統(tǒng)無法自動采集溫度，需要借助外部溫度計實現(xiàn)溫度測量，而采集所得溫度是后續(xù)結(jié)合硅用太陽能電池工程數(shù)序模型實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的充分條件之一，計算機因為不能自得知溫度值，故需要用戶根據(jù)溫度計5讀取的數(shù)據(jù)輸入到計算機測試平臺4的面板上，為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化做準(zhǔn)備。最終在計算機LabVIEW測試平臺前面板中顯示現(xiàn)場測試的待測太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)條件下的開路電壓、短路電流、最大功率點處的電壓、電流、填充因子這些參數(shù)并繪制、顯示標(biāo)準(zhǔn)條件下的I-V特性曲線。本測試系統(tǒng)采用補償法測試太陽能電池的伏安特性，克服了直接測量法不能得到完整的太陽能電池I-V特性曲線的缺點?；诨菟雇姌虻难a償測試法原理，通過數(shù)據(jù)采集卡3加入一個可變模擬輸出電壓可以實現(xiàn)待測太陽能電池負(fù)載由零向無窮大變化的過程，進而得到完整該待測太陽能電池I的伏安特性曲線。通過LabVIEW軟件控制數(shù)據(jù)采集卡3輸出連續(xù)變化的電壓信號，該電壓信號的變化范圍則需要根據(jù)待測太陽能電池I的特性，即待測太陽能電池I的開路電壓和短路電流來決定
起始電壓=一電池短路電流X采樣電阻；
截止電壓=電池的開路電壓。本發(fā)明測試系統(tǒng)的硬件簡單、體積和質(zhì)量小，不僅可將現(xiàn)場實測的太陽能電池的1-V特性數(shù)據(jù)通過硅用太陽能電池的工程數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化到標(biāo)準(zhǔn)條件下，滿足現(xiàn)場測試的要求，而且不需要模擬標(biāo)準(zhǔn)光源的器件，因此沒有光譜失配等問題，大大降低了系統(tǒng)的成本。本測試系統(tǒng)利用硅用太陽能電池工程數(shù)學(xué)模型的I-V特性曲線方程來實現(xiàn)上述向標(biāo)準(zhǔn)條件轉(zhuǎn)化(忽略太陽能電池內(nèi)阻)，該I-V特性曲線方程為
權(quán)利要求
1.一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集卡(3)，數(shù)據(jù)采集卡(3)與采樣電阻(2)相連接，采樣電阻(2)的一端分別與數(shù)據(jù)采集卡(3)模擬輸出端口中的一個端口和數(shù)據(jù)采集卡(3 )模擬輸入端口中的一個端口相連接，采樣電阻(2)的另一端與數(shù)據(jù)采集卡(3)輸入端口中的另一個端口相接；數(shù)據(jù)采集卡(3)的另外兩個模擬輸入端口分別與日照傳感器(6)的兩端相連接；數(shù)據(jù)采集卡(3)與計算機測試平臺(4)通過安裝驅(qū)動程序后，經(jīng)USB接口連接。
2.按照權(quán)利要求I所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，該測試系統(tǒng)還包括溫度計(5)，用于測試環(huán)境溫度，提供測試現(xiàn)場的溫度值。
3.按照權(quán)利要求I所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的計算機測試平臺(4)用于控制測試系統(tǒng)向待測太陽能電池及組件負(fù)載輸出模擬電壓，用于控制測試系統(tǒng)采集負(fù)載兩端電壓、電流信號，用于實時顯示并保存實測環(huán)境下待測太陽能電池及組件負(fù)載的電壓、電流數(shù)據(jù)，用于將實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)條件下并最終給出標(biāo)準(zhǔn)條件下I-V特性及曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于LabVIEW的太陽能電池及組件測試系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡與采樣電阻相連接，采樣電阻的一端分別與數(shù)據(jù)采集卡模擬輸出端口中的一個端口和數(shù)據(jù)采集卡模擬輸入端口中的一個端口相連接，采樣電阻的另一端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端口中的另一個端口相接；數(shù)據(jù)采集卡的另外兩個模擬輸入端口分別與日照傳感器的兩端相連接；數(shù)據(jù)采集卡與計算機測試平臺通過安裝驅(qū)動程序后，經(jīng)USB接口連接。本測試系統(tǒng)能將實測環(huán)境下的數(shù)據(jù)向標(biāo)準(zhǔn)條件轉(zhuǎn)化，得到完整的太陽能電池I-V特性曲線，滿足現(xiàn)場測試的要求。
文檔編號G01R31/26GK102621469SQ20121009496
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者任浩然, 楊志剛, 田嘉彤 申請人:任浩然, 楊志剛, 青海天普太陽能科技有限公司