專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于ー種光伏測(cè)試領(lǐng)域，用于太陽(yáng)電池伏安特性模擬的設(shè)備。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是一種太陽(yáng)電池伏安特性模擬設(shè)備，首先有必要明確太陽(yáng)電池伏安特性曲線的具體含義。圖I是ー個(gè)典型的太陽(yáng)能電池伏安特性曲線，該圖中各參數(shù)的含義是
Isc :太陽(yáng)能電池短路時(shí)的輸出電流 Voc :太陽(yáng)能電池開(kāi)路時(shí)的輸出電壓 Pmax :太陽(yáng)能電池最大輸出功率
伏安特性曲線在光照條件一祥的情況下，太陽(yáng)能電池的輸出是隨著負(fù)載的情況而變化的，接駁不同負(fù)載，就會(huì)有不同的輸出電壓和輸出電流，當(dāng)接駁確定的電阻負(fù)載，太陽(yáng)能電池就輸出ー個(gè)確定的電壓和確定的電流，這個(gè)確定的電壓電流在V-I坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)ー個(gè)確定的點(diǎn)，改變電阻負(fù)載的阻值，太陽(yáng)能電池就會(huì)輸出另外ー組確定的電壓和電流，對(duì)應(yīng)V-I坐標(biāo)上另外ー個(gè)點(diǎn)，這樣一系列的點(diǎn)描繪出來(lái)的曲線就是太陽(yáng)能電池的輸出伏安特性曲線。當(dāng)接駁一定的電流負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)能電池提供的電壓就是伏安特性曲線上相應(yīng)電流值對(duì)應(yīng)的那一點(diǎn)的電壓值。同樣，如果光伏電池外接的是ー個(gè)恒電壓性質(zhì)的負(fù)載，太陽(yáng)能電池輸出的電流也是一定的，工作點(diǎn)也符合上述曲線，這是太陽(yáng)能電池的固有特性。IsC、V0C和Pmax是伏安特性上的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。伏安特性曲線在Isc點(diǎn)附近近似一個(gè)斜率較小的直線段(接近水平)，在Voc點(diǎn)附近近似ー個(gè)斜率很大的線段(接近垂直)，Pmax點(diǎn)附近是一段斜率連續(xù)變化的弧形線段。使用太陽(yáng)電池做電源的用電裝置或逆變裝置，其前端為了適應(yīng)太陽(yáng)電池的伏安特性一般都設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的電路(本文簡(jiǎn)稱(chēng)匹配電路)，有的是為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，以獲取最有效的能量轉(zhuǎn)換；有的是為了調(diào)節(jié)向后端輸送的功率，以匹配后端的能量需求，有時(shí)要將多余的能量泄放掉以求安全，這樣的調(diào)節(jié)電路往往工作在一定頻率的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。上述匹配電路能否正常工作，也需要驗(yàn)證。如果借助實(shí)際的太陽(yáng)電池進(jìn)行驗(yàn)證，則由于天氣和日光的原因，限制了使用場(chǎng)合和時(shí)間，于是提出了太陽(yáng)能電池模擬器需求。有ー類(lèi)針對(duì)太陽(yáng)電池進(jìn)行測(cè)試的設(shè)備，用于檢測(cè)太陽(yáng)電池的伏安特性(本文簡(jiǎn)稱(chēng)伏安特性測(cè)試設(shè)備)，要達(dá)到對(duì)太陽(yáng)電池的正確檢測(cè)，首先這類(lèi)伏安特性測(cè)試設(shè)備的功能和性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)正常。那么，在伏安特性測(cè)試設(shè)備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)時(shí)，往往需要將伏安特性測(cè)試設(shè)備與太陽(yáng)電池模擬器相連以進(jìn)行功能驗(yàn)證或指標(biāo)檢測(cè)。另外，為了降低伏安特性測(cè)試設(shè)備的耗散功率，具備大功率太陽(yáng)電池測(cè)試能力的伏安特性測(cè)試設(shè)備，有時(shí)會(huì)以脈沖方式工作，要驗(yàn)證這類(lèi)伏安特性測(cè)試設(shè)備的功能，需要太陽(yáng)能電池模擬器能夠適應(yīng)脈沖エ作模式?，F(xiàn)有的太陽(yáng)能電池模擬器分兩大類(lèi)，第一類(lèi)是太陽(yáng)光模擬+太陽(yáng)能電池，第二類(lèi)是電源類(lèi)，這兩類(lèi)模擬器都存在明顯的缺點(diǎn)
第一類(lèi)，系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，尤其是需要模擬大功率電池組件的場(chǎng)合，投資更大，維護(hù)更困難。
第二類(lèi)，電源類(lèi)太陽(yáng)電池模擬器分兩種，第一種是借助一般程控電源的恒壓、恒流、恒功率輸出特性，通過(guò)計(jì)算機(jī)接ロ和程控軟件完成對(duì)電源輸出工作點(diǎn)的控制，使其輸出電壓和電流值落在需要模擬的太陽(yáng)能伏安特性曲線上，這種模擬器的缺點(diǎn)是，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，計(jì)算機(jī)檢測(cè)到工作點(diǎn)偏離曲線后需要一個(gè)時(shí)間周期才能將工作點(diǎn)調(diào)整到曲線上來(lái)，這個(gè)時(shí)間周期有時(shí)會(huì)與上述匹配電路的工作特性發(fā)生沖突，不能很好地實(shí)現(xiàn)伏安特性的模擬，尤其不能滿(mǎn)足那種工作在開(kāi)關(guān)模式或者脈沖模式的設(shè)備。第二種，是專(zhuān)用程控電源，同樣都是程控，但它是借助快速的可編程數(shù)字器件在輸出端實(shí)時(shí)地調(diào)整電源的輸出工作點(diǎn)，使其工作在需要模擬的特性曲線上，免除了 CPU處理時(shí)間、上下位計(jì)算機(jī)通訊時(shí)間和程控軟件計(jì)算時(shí)間，這種專(zhuān)用電源把調(diào)整時(shí)間周期大幅度縮減了，但是可編程數(shù)字器件、AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換也需要響應(yīng)時(shí)間，所以，它只是拓展了 適用范圍，并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性改變，再有的缺點(diǎn)就是系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，功率不易做大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目就是為了克服傳統(tǒng)模擬器系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，功率不易做大、維護(hù)困難的缺點(diǎn)，利用恒壓電源的輸出特性，串聯(lián)ー個(gè)可變電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)ー種低成本的快速響應(yīng)的多段近似太陽(yáng)能電池伏安特性模擬器。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出了以下技術(shù)解決方案
一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置，由程控電源単元、放電回路控制單元和參考電壓設(shè)置單元組成；
程控電源単元能夠設(shè)置輸出電壓并送給放電回路控制單元；
參考電壓設(shè)置単元能夠調(diào)整最大輸出電流值給放電回路控制單元；
放電回路控制單元接受程控電源的輸出電壓或接受參考電壓設(shè)置単元的電流輸出不同的伏安特性曲線給伏安特性測(cè)試設(shè)備；
其中放電回路控制單元至少分成兩段進(jìn)行模擬，其中至少有一段是依據(jù)輸出電流的大小來(lái)改變電源內(nèi)阻的大小。圖2是ー個(gè)典型電壓電源的伏安特性曲線，內(nèi)阻為R，具有如下特性
電壓電源的伏安特性是直線
當(dāng)上述電源短路(も=0)吋，輸出電流最大，Isc=E/R 當(dāng)上述電路開(kāi)路時(shí)( =°°)時(shí)，輸出電壓最大，Voc=E 內(nèi)阻R:
R= A V/ A I= Voc / Isc= I/ (Isc / Voc),
其中分母(Isc / Voc)是圖2直線的斜率，不同阻值的電阻R對(duì)應(yīng)不同的斜率，ー個(gè)恒壓源，串聯(lián)不同阻值的電阻，可以形成不同斜率的伏安特性曲線。我們按照輸出電流的大小將太陽(yáng)能電池伏安特性曲線分解成若干個(gè)線段，如圖3所示，I1^ I2兩條橫線將伏安特性曲線截成三段
KI1，最大斜率段，近似直線；
I1彡I彡I2，中間弧線區(qū)，可變斜率段；
I彡I2，近似恒流區(qū)，最小斜率段，近似直線?？梢越柚鷪D4的基本電路模型近似模擬上述三個(gè)線段，E是ー個(gè)恒壓電源，R是ー個(gè)受電流控制的可變電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)負(fù)載電流小于I1吋，電阻網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為ー個(gè)阻值較小的固定電阻，對(duì)應(yīng)特性曲線第I段，R= A V/ A I，斜率最大，此區(qū)間，負(fù)載電流不參與控制；當(dāng)負(fù)載電流大于I1，小于I2時(shí)，裝置表現(xiàn)為受電流控制的可變電阻，電流越大，電阻越大，斜率越小，電阻從Rl向R2變化；當(dāng)負(fù)載電流大于I2吋，電流對(duì)電阻值的控制受到抑制，這是因?yàn)殡娫磧?nèi)阻電阻值的增大會(huì)抑制輸出電流的増大，兩方面因素平衡時(shí)，裝置表現(xiàn)為近似恒流特性，如圖5所示。其中可變電阻網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)具體見(jiàn)圖6所示。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是可以利用專(zhuān)利中裝置實(shí)現(xiàn)低成本多段可調(diào)的快速響應(yīng)太陽(yáng)電池方陣伏安特性模擬器。


圖I為典型太陽(yáng)能電池伏安特性曲線；
圖2為典型電源的伏安特性曲線；
圖3是伏安特性曲線分段示意 圖4是基本電路模型；
圖5是多段近似伏安特性曲線示意 圖6是本發(fā)明放電控制電路原理 圖7是本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施事例作進(jìn)ー步詳細(xì)描述
本發(fā)明提供一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置。圖I是典型太陽(yáng)能電池伏安特性曲線。圖2是典型電源的伏安特性曲線。圖3是伏安特性曲線分段示意圖。圖4是基本電路模型。圖5是多段近似伏安特性曲線示意圖。圖6是放電控制電路原理圖。圖7是本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)例中是以最大電壓100V、對(duì)應(yīng)圖5中I1為10A，I2接近18A進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計(jì)，電路原理不變，可以通過(guò)電路參數(shù)調(diào)整，達(dá)到其他電流電壓范圍。如圖6中所示，Xl和X2用于連接伏安特性測(cè)試儀的輸入端，相當(dāng)于在電路中接入一個(gè)可變負(fù)載，負(fù)載從接近無(wú)窮大到0之間可以連續(xù)變化。電路中R1、R2、R3、R6采用大功率可變電阻，用于調(diào)整模擬器的放電曲線。Vl采用耐壓值超過(guò)200V的大功率MOS管，V2采用15V左右的鉗位ニ極管，NI為運(yùn)放。R3是電流取樣電阻，當(dāng)負(fù)載電流小于10A，取樣電壓未達(dá)到設(shè)定電流之前，NI輸出高電平，由于R5的存在，Vl飽和導(dǎo)通，本電路對(duì)外表現(xiàn)的特性就是ー個(gè)恒壓源串聯(lián)ー個(gè)固定電阻R1，特性曲線對(duì)應(yīng)圖五的第I段。當(dāng)負(fù)載電流大于電流設(shè)定值IOA之后，NI輸出電壓逐漸變低，Vl開(kāi)始退出飽和，導(dǎo)通電阻變大，且負(fù)載電流越大，Vl導(dǎo)通電阻越大，此時(shí)裝置對(duì)外表現(xiàn)的是一個(gè)恒壓源串聯(lián)ー個(gè)可變電阻，特性對(duì)應(yīng)圖5的第2段。假設(shè)某時(shí)刻，負(fù)載電流有變大趨勢(shì)，使Vl導(dǎo)通電阻増大，反過(guò)來(lái)會(huì)造成裝置輸出電壓的降低，抑制負(fù)載電流的繼續(xù)增大(負(fù)載不變),增大趨勢(shì)和抑制作用平衡時(shí)(負(fù)載電流大于12)，裝置表現(xiàn)為近似恒流特性。ー個(gè)理想的恒流源的負(fù)載特性曲線是ー個(gè)水平的直線。輸出電流等于恒流值加上流過(guò)R6的電流，對(duì)外表現(xiàn)的特性為斜率等于1/R6的直線對(duì)應(yīng)圖5的第三段。當(dāng)改變圖中的Rl阻值時(shí)，可改變第一段的斜率，當(dāng)改變電流設(shè)定值Is時(shí)，可以改變第二段的起始位置，當(dāng)改變NI所組成的放大電路的增益時(shí)，可以改變第二段的曲率和恒流值I2 ;當(dāng)改變R6的阻值時(shí)，可以改變第三段的斜率。通過(guò)上述參數(shù)的不同組合，可以模擬各種形狀的伏安特性曲線；當(dāng)用程控方法實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)組合時(shí)，可依制作程控模擬器，滿(mǎn)足不同的Isc、Voc和Pmax。模擬器的結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示，主要包含程控電源単元、放電回路控制單元和參考電壓設(shè)置単元。其中程控電源単元能夠設(shè) 置輸出電壓，并提供足夠的電流輸出能力；放電回路控制単元能夠?qū)崿F(xiàn)分段曲線模擬功能；參考電壓設(shè)置單元能夠調(diào)整最大輸出電流值。
權(quán)利要求
1.一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置，其特征在于由程控電源單元、放電回路控制單元和參考電壓設(shè)置單元組成； 程控電源單元能夠設(shè)置輸出電壓并送給放電回路控制單元； 參考電壓設(shè)置單元能夠調(diào)整最大輸出電流值給放電回路控制單元； 放電回路控制單元接受程控電源的輸出電壓或接受參考電壓設(shè)置單元的電流輸出不同的伏安特性曲線給伏安特性測(cè)試設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置，其特征在于放電回路控制單元至少分成兩段進(jìn)行模擬，其中至少有一段是依據(jù)輸出電流的大小來(lái)改變電源內(nèi)阻的大小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多段近似太陽(yáng)電池伏安特性模擬裝置，滿(mǎn)足不同情況下對(duì)伏安特性模擬器的需要。其裝置主要包含程控電源單元、放電回路控制單元和參考電壓設(shè)置單元。其中程控電源單元能夠設(shè)置輸出電壓，并提供足夠的電流輸出能力；放電回路控制單元能夠?qū)崿F(xiàn)分段曲線模擬功能；參考電壓設(shè)置單元能夠調(diào)整最大輸出電流值。通過(guò)控制電源的內(nèi)阻，來(lái)模擬太陽(yáng)能電池或組件的伏安特性；至少可以分成兩段進(jìn)行模擬，其中至少有一段是依據(jù)輸出電流的大小來(lái)改變電源內(nèi)阻的大小；通過(guò)不同的參數(shù)組合，可以模擬多種不同的伏安特性曲線。本發(fā)明是一個(gè)低成本多段可調(diào)的快速響應(yīng)太陽(yáng)電池方陣伏安特性模擬器。
文檔編號(hào)G01R1/28GK102768294SQ20121028408
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月11日
發(fā)明者朱文星, 朱炬, 許彥斌 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所