本發(fā)明屬于光伏測試領(lǐng)域，特別涉及一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的日益枯竭，新能源受到全世界的關(guān)注。太陽能是一種取之不盡，用之不竭的清潔可再生能源，其中光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的重要方向?qū)?huì)在未來能源行業(yè)發(fā)揮重要的作用。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展已經(jīng)勢不可擋，這也為光伏系統(tǒng)和組件的發(fā)電量和衰減特性評(píng)估提出了更高的要求。本發(fā)明中，對(duì)每一個(gè)發(fā)電的基本單元稱之為太陽電池，對(duì)應(yīng)英文中的“Solar cell”，將若干單體太陽電池串、并聯(lián)連接和嚴(yán)密封裝組成的發(fā)電單元稱之為光伏組件或太陽能電池板，對(duì)應(yīng)英文中的“Photovoltaic module”，簡寫為PV module，將多個(gè)光伏組件以串聯(lián)方式連接形成的發(fā)電系統(tǒng)最小單元稱為光伏組件串，對(duì)應(yīng)英文中的“Photovoltaic string”，由若干個(gè)光伏組件在機(jī)械和電氣上按一定方式組裝在一起并且具有固定的支撐結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元稱之為光伏列陣，對(duì)應(yīng)英文中的“Photovoltaic array”，本發(fā)明的文件中對(duì)名稱的差異不再做單獨(dú)解釋和說明。

光伏組件的發(fā)電特性與衰減狀況評(píng)估測試中，光伏組件的室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)測試必不可少，但其并不能完全反映光伏組件在實(shí)際工作中的發(fā)電與衰減狀況，需要與戶外測試相結(jié)合。戶外測試方法有多種，現(xiàn)國內(nèi)外使用的方法主要是光伏組件在離網(wǎng)情況下進(jìn)行曝曬實(shí)驗(yàn)或是在并網(wǎng)狀況下功率的輸出統(tǒng)計(jì)。戶外曝曬實(shí)驗(yàn)只是間斷性的對(duì)光伏組件進(jìn)行I-V曲線的掃描，數(shù)據(jù)雖然較為精確，但是卻缺乏了真實(shí)的并網(wǎng)條件，且不是持續(xù)功率輸出，和組件在正常工作狀況下隨工作時(shí)間的功率衰減狀況也大不相同；測量光伏組件在并網(wǎng)條件下的交直流輸出，一般使用集中型逆變器、組串型逆變器或微型逆變器，實(shí)驗(yàn)原理如圖1，主要測量一端口的直流數(shù)據(jù)與二端口的交流數(shù)據(jù)，而直流數(shù)據(jù)受逆變器MPPT的追蹤精度影響，交流數(shù)據(jù)受電網(wǎng)波動(dòng)與逆變器自身動(dòng)態(tài)效率影響，所測數(shù)據(jù)誤差較大且難以修正。而中國專利201010046547.7《具有光伏陣列IV測試功能的光伏并網(wǎng)逆變器及測試方法》中，在光伏陣列與逆變器之間并聯(lián)一個(gè)濾波電容，在陣列測試時(shí)須將光伏陣列與電容斷開，待電容放電結(jié)束后逆變器與電網(wǎng)斷開，光伏陣列重新對(duì)電容充電，測試充電過程中的電壓電流變化曲線，從而得到光伏陣列的I-V特性，整個(gè)測試過程中經(jīng)過多次開關(guān)閉合，且逆變器與電網(wǎng)斷開后重新連接工作恢復(fù)時(shí)間過長，逆變器有時(shí)甚至無法正常啟動(dòng)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，另外測試系統(tǒng)控制電路復(fù)雜，測量精度不夠，一般只適用于光伏陣列故障檢測；中國專利201110068401.7《基于實(shí)證示范建立光伏電站測試診斷和預(yù)測數(shù)據(jù)庫的方法》中使用了多種光伏組件與逆變器進(jìn)行測試，并對(duì)光伏組件的交直流數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這種方法所得的數(shù)據(jù)過于依賴諸如MPPT效率、逆變器逆變效率等因素的影響，特別是動(dòng)態(tài)變化難以測量，不能客觀反映光伏組件的實(shí)際發(fā)電能力，一般僅適用于測試光伏逆變器的效能。

縱觀國內(nèi)外已有研究成果，光伏組件測試方法還存在很多問題：第一，對(duì)光伏發(fā)電的特性認(rèn)識(shí)不全面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建不合理，正確且精準(zhǔn)地估計(jì)光伏組件的發(fā)電狀況與衰減特性的機(jī)制還不夠完善；第二，各種光伏組件電學(xué)參數(shù)不盡相同，甚至有較大差異，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試設(shè)備的局限性，各種組件的測試方法不同，數(shù)據(jù)兼容性差；第三，電池的制造技術(shù)不斷更新，原材料和組件結(jié)構(gòu)也在不斷改變，但是相應(yīng)的可靠性與衰減特性研究卻相對(duì)落后，一個(gè)時(shí)效性強(qiáng)、可正確預(yù)測光伏組件衰減狀況的系統(tǒng)亟需建立。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，在多個(gè)具有特征性氣候條件地區(qū)進(jìn)行安裝，通過對(duì)戶外工作條件下多種光伏組件或組件串的交直流電學(xué)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的測試與比對(duì)，可以準(zhǔn)確得出其在不同氣候環(huán)境下的發(fā)電特性與衰減狀況。測試體系建立后，可以系統(tǒng)評(píng)測光伏組件或組件串的發(fā)電特性、可靠性與衰減狀況，研究其功率輸出和環(huán)境條件的關(guān)聯(lián)性，以及完善光伏組件發(fā)電量預(yù)測理論模式和預(yù)測方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括：光伏模塊、光伏模塊選擇器、濾波器、轉(zhuǎn)換器、所述數(shù)據(jù)采集裝置、多組串式逆變器、電流-電壓特性曲線測試儀、以及處理系統(tǒng)；所述光伏模塊選擇器連接于所述光伏模塊，用于斷開任意一路光伏模塊與多組串式逆變器的連接，并將光伏模塊連接到電流-電壓特性曲線測試儀上進(jìn)行測試；所述濾波器連接于所述光伏模塊選擇器及轉(zhuǎn)化器之間，用于隔離直流側(cè)與交流側(cè)噪聲，降低系統(tǒng)的噪聲干擾；所述轉(zhuǎn)換器連接于所述光伏模塊選擇器，用于使光伏模塊在最大輸出功率位置工作；所述多組串式逆變器連接于所述轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)多路不同光伏模塊進(jìn)行統(tǒng)一逆變并網(wǎng)，在一個(gè)光伏模塊通過組件選擇器轉(zhuǎn)換至電流-電壓特性曲線測試儀進(jìn)行測試至測試結(jié)束后恢復(fù)到與逆變器連接的過程中，所述多組串式逆變器始終保持直流-交流變換的工作狀態(tài)；所述電流-電壓特性曲線測試儀連接于所述光伏模塊選擇器，用于在離網(wǎng)狀態(tài)下測試光伏模塊的直流輸出I-V特性曲線；所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集光伏模塊的環(huán)境參數(shù)、溫度及太陽輻照強(qiáng)度；所述處理系統(tǒng)連接于所述電流-電壓特性曲線測試儀以及數(shù)據(jù)采集裝置，用于記錄每一個(gè)光伏模塊的交流發(fā)電量和直流輸出特性參數(shù)，得到其在實(shí)際環(huán)境條件下的發(fā)電量信息，通過環(huán)境參數(shù)、溫度和太陽輻照強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)光伏模塊發(fā)電參數(shù)的校正處理，得到光伏模塊的直流和交流輸出特性，以此獲得光伏模塊的發(fā)電特性以及衰減率。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光伏模塊的數(shù)量為多個(gè)，所述光伏模塊為光伏組件、光伏組件串及光伏陣列，所述光伏組件的種類包括單晶硅組件、多晶硅組件、非晶硅薄膜組件、HIT組件、砷化鎵組件、碲化鎘組件、銅銦鎵硒組件中的一種或兩組以上組合。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，多個(gè)光伏模塊通過所述轉(zhuǎn)換器進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，并把光伏模塊的直流電壓調(diào)節(jié)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電壓值，并入多組串式逆變器的直流母線，匯入同一逆變單元進(jìn)行逆變并網(wǎng)。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)換器所使用的最大功率點(diǎn)算法與多組串式逆變器配合實(shí)現(xiàn)光伏模塊在直流測試前后多組串式逆變器對(duì)應(yīng)通道的不間斷正常工作。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)換器的主電路包括升壓電路、降壓電路或升/降壓斬波電路中的一種。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)換器與多組串式逆變器集成為一體或分開設(shè)置。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述多組串式逆變器選用為兩個(gè)或者兩個(gè)以上通道的多組串式逆變器，在一個(gè)光伏模塊通過光伏模塊選擇器轉(zhuǎn)換至電流-電壓特性曲線測試儀進(jìn)行測試至測試結(jié)束后恢復(fù)到與逆變器連接的過程中，多組串式逆變器始終保持直流-交流變換的工作狀態(tài)。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光伏模塊與所述多組串式逆變器斷開后所測的離散電流-電壓(I-V)數(shù)據(jù)或功率數(shù)據(jù)通過并網(wǎng)狀態(tài)下多組串式逆變器的功率曲線趨勢，采用非線性插值法進(jìn)行修正。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括輻照度測試儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、熱電偶以及熱電偶選擇器。

優(yōu)選地，所述輻照強(qiáng)度測試儀為兩個(gè)全局輻照度測試儀，一個(gè)安裝在水平面上，另一個(gè)安裝在光伏模塊平面上。

進(jìn)一步地，所述輻照度測試儀為熱電堆輻照計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)太陽電池或分光光譜儀。

優(yōu)選地，所述熱電偶用于測試光伏模塊溫度，且每一通道至少有一個(gè)熱電偶；所述熱電偶選擇器用于為光伏模塊進(jìn)行直流測試時(shí)，選擇對(duì)應(yīng)通道熱電偶進(jìn)行同步測試。

進(jìn)一步地，連接測量光伏模塊溫度的熱電偶和熱電偶選擇器的各熱電偶導(dǎo)線的長度和線徑完全相同，避免由于傳輸誤差所引起的溫度測量誤差，從而導(dǎo)致利用溫度系數(shù)校準(zhǔn)時(shí)所引起的光伏模塊輸出特性誤差。

優(yōu)選地，所述環(huán)境參數(shù)傳感器包括環(huán)境溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、光譜傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、雨量傳感器中的一種或兩種以上組合；所述數(shù)據(jù)采集儀采集環(huán)境參數(shù)傳感器的數(shù)據(jù)以及輻照度測試儀的數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，連接光伏模塊和光伏模塊選擇器之間以及光伏模塊選擇器和多組串式逆變器之間的直流傳輸導(dǎo)線的長度和線徑完全相同，避免由于導(dǎo)線損失差異所引起的系統(tǒng)測量誤差。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，光伏模塊和光伏模塊選擇器之間以及光伏模塊選擇器和電流-電壓特性曲線測試儀之間的連接均采用四線制，即光伏模塊的正極和負(fù)極分別采用并行的雙導(dǎo)線同時(shí)接入電流-電壓特性曲線測試儀進(jìn)行測量，避免由于直流傳輸所引起的測量誤差。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光伏模塊所處的環(huán)境參數(shù)以及所接受的太陽光輻照量在同一個(gè)時(shí)鐘條件下同步測量，通過溫度系數(shù)和輻照量參數(shù)對(duì)光伏模塊的直流輸出和交流發(fā)電特性進(jìn)行校正處理，得到光伏模塊在恒定條件或者標(biāo)準(zhǔn)條件下的交流和直流發(fā)電特性參數(shù)，由此得到光伏模塊的輸出特性。

作為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光伏模塊通過光伏模塊選擇器同時(shí)與轉(zhuǎn)換器、多組串式逆變器以及電流-電壓特性曲線測試儀相連接，通常狀態(tài)下，所述光伏模塊通過轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)直流功率和電壓輸出，并入多組串式逆變器的直流母線，進(jìn)行逆變并網(wǎng)，通過光伏模塊選擇器把光伏模塊從多組串式逆變器斷開，轉(zhuǎn)換到電流-電壓特性曲線測試儀進(jìn)行直流輸出參數(shù)測量，同時(shí)測量光伏模塊所處的環(huán)境參數(shù)以及所接收的太陽光輻照量，進(jìn)行校正處理得到光伏模塊的發(fā)電特性和衰變信息。

本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)按如下方式運(yùn)行：

各種光伏組件或光伏組件串正常狀況下通過轉(zhuǎn)換器接入多組串式逆變器并網(wǎng)工作，各光伏組件或光伏組件串均工作在最大功率點(diǎn)，在每一循環(huán)測試中，一路光伏組件或光伏組件串輪流與對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換器斷開，通過光伏模塊選擇器與電流-電壓特性曲線測試儀連接測試并記錄直流電學(xué)參數(shù)，直至所有光伏組件或光伏組件串測試完成，隔單位時(shí)間進(jìn)入下一循環(huán)，在整個(gè)測試階段各環(huán)境參數(shù)與光伏組件溫度被同步測試。

結(jié)合電流-電壓特性曲線測試儀數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)，通過分類對(duì)比與控制變量分析各環(huán)境因素對(duì)光伏組件發(fā)電量的影響；通過多組串式逆變器記錄的功率曲線趨勢補(bǔ)正電流-電壓特性曲線測試儀直流數(shù)據(jù),通過積分獲得光伏組件實(shí)際發(fā)電功率并評(píng)估其發(fā)電能力；結(jié)合長期戶外測試可以分析得出光伏組件衰減特性與失效性數(shù)據(jù)信息。

如上所述，本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1)在具有各種典型氣候條件的地區(qū)建立系統(tǒng)，所測數(shù)據(jù)具有代表性，有助于光伏組件在各種氣候條件下的失效機(jī)理研究；

2)光伏組件測試過程主要采用的戶外數(shù)據(jù)采集方案是在并網(wǎng)狀態(tài)下，不同種類的光伏組件或光伏組件串依次與電網(wǎng)斷開，通過同一臺(tái)電流-電壓特性曲線測試儀掃描，然后再重新接入多組串式逆變器并網(wǎng)工作，可以在不影響光伏組件或組件串日常逆變發(fā)電狀況下準(zhǔn)確測試其在直流側(cè)的發(fā)電信息與衰減狀況；

3)使用電流-電壓特性曲線測試儀記錄光伏組件在斷網(wǎng)狀況下的數(shù)據(jù)，不受電網(wǎng)波動(dòng)與逆變器效率等因素對(duì)光伏組件的影響；

4)在轉(zhuǎn)換器與光伏模塊選擇器之間通過濾波器去除因轉(zhuǎn)換器與多組串式逆變器帶來的噪聲干擾，使得掃描測試結(jié)果更為準(zhǔn)確；

5)對(duì)不同種類與電學(xué)參數(shù)的光伏組件或光伏組件串采用相同的數(shù)據(jù)采集設(shè)備與方法，對(duì)比數(shù)據(jù)具有兼容性，可以排除其他影響因素；

6)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，由于在直流側(cè)采用電流-電壓特性曲線測試儀，系統(tǒng)硬件與軟件造成的誤差可以有效降低；

7)光伏組件或光伏組件串的電學(xué)性能參數(shù)與環(huán)境氣象參數(shù)同時(shí)鐘同步采集，功率參數(shù)的輻照度校正與溫度校正更精確。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的一種光伏組件測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2顯示為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖3顯示為本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的工作方法流程圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

1 光伏模塊

2 光伏模塊選擇器

3 濾波器

4 轉(zhuǎn)換器

5 多組串式逆變器

6 電流-電壓特性曲線測試儀

7 輻照強(qiáng)度測試儀

8 環(huán)境參數(shù)傳感器

9 數(shù)據(jù)采集儀

10 熱電偶

11 熱電偶選擇器

12 處理系統(tǒng)

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖2～圖3。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括：光伏模塊1、光伏模塊選擇器2、濾波器3、轉(zhuǎn)換器4、所述數(shù)據(jù)采集裝置、多組串式逆變器5、電流-電壓特性曲線測試儀6、以及處理系統(tǒng)12。

所述光伏模塊1的數(shù)量為多個(gè)，所述光伏模塊1為光伏組件、光伏組件串及光伏陣列，所述光伏組件的種類包括單晶硅組件、多晶硅組件、非晶硅薄膜組件、HIT組件、砷化鎵組件、碲化鎘組件、銅銦鎵硒組件中的一種或兩組以上組合。

所述光伏模塊選擇器2連接于所述光伏模塊1，用于斷開任意一路光伏模塊1與多組串式逆變器5的連接，并將光伏模塊1連接到電流-電壓特性曲線測試儀6上進(jìn)行測試。

作為示例，所述濾波器3連接于所述光伏模塊選擇器2及轉(zhuǎn)化器之間，用于隔離直流側(cè)與交流側(cè)噪聲，降低系統(tǒng)的噪聲干擾，使測試結(jié)果穩(wěn)定準(zhǔn)確。

作為示例，多個(gè)光伏模塊1通過所述轉(zhuǎn)換器4進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，并把光伏模塊1的直流電壓調(diào)節(jié)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電壓值，并入多組串式逆變器5的直流母線，匯入同一逆變單元進(jìn)行逆變并網(wǎng)。

所述轉(zhuǎn)換器4連接于所述光伏模塊選擇器2，用于使光伏模塊1在最大輸出功率位置工作；

作為示例，所述轉(zhuǎn)換器4所使用的最大功率點(diǎn)算法與多組串式逆變器5配合實(shí)現(xiàn)光伏模塊1在直流測試前后多組串式逆變器5對(duì)應(yīng)通道的不間斷正常工作。所述轉(zhuǎn)換器4的主電路包括升壓電路、降壓電路或升/降壓斬波電路中的一種。

所述多組串式逆變器5連接于所述轉(zhuǎn)換器4，用于對(duì)多路不同光伏模塊1進(jìn)行統(tǒng)一逆變并網(wǎng)，在一個(gè)光伏模塊1通過組件選擇器轉(zhuǎn)換至電流-電壓特性曲線測試儀6進(jìn)行測試至測試結(jié)束后恢復(fù)到與逆變器連接的過程中，所述多組串式逆變器5始終保持直流-交流變換的工作狀態(tài)。

作為示例，所述多組串式逆變器5選用為兩個(gè)或者兩個(gè)以上通道的多組串式逆變器5，在一個(gè)光伏模塊1通過光伏模塊選擇器2轉(zhuǎn)換至電流-電壓特性曲線測試儀6進(jìn)行測試至測試結(jié)束后恢復(fù)到與逆變器連接的過程中，多組串式逆變器5始終保持直流-交流變換的工作狀態(tài)，避免了使用集中式逆變器時(shí)，由于直流斷路和重新連接時(shí)對(duì)逆變器造成的沖擊以及由于直流斷路所造成的較長工作恢復(fù)時(shí)間，影響組件或者組件串的發(fā)電工作狀態(tài)，所述轉(zhuǎn)換器4與多組串式逆變器5集成為一體或分開設(shè)置。

作為示例，所述光伏模塊選擇器2、轉(zhuǎn)換器4和多組串式逆變器5的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行增設(shè)，其中，光伏模塊選擇器2采用級(jí)聯(lián)方式與電流-電壓特性曲線測試儀6相連接，實(shí)現(xiàn)所有通道循環(huán)測試。

所述電流-電壓特性曲線測試儀6連接于所述光伏模塊選擇器2，用于在離網(wǎng)狀態(tài)下測試光伏模塊1的直流輸出I-V特性曲線，由于不同種類光伏組件的電學(xué)參數(shù)如V_oc、I_sc等可能有較大差異，在光伏組件串的組合中也不可能完全消除，電流-電壓特性曲線測試儀6需根據(jù)光伏組件串的V_oc、I_sc、P_mpp等參數(shù)進(jìn)行分檔，并在測試中自動(dòng)切換。

所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集光伏模塊1的環(huán)境參數(shù)、溫度及太陽輻照強(qiáng)度。

作為示例，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括輻照度測試儀7、環(huán)境參數(shù)傳感器8、數(shù)據(jù)采集儀9、熱電偶10以及熱電偶選擇器11。其中，所述輻照強(qiáng)度測試儀7為兩個(gè)全局輻照度測試儀，一個(gè)安裝在水平面上，另一個(gè)安裝在光伏模塊1平面上。進(jìn)一步地，所述輻照度測試儀7為熱電堆輻照計(jì)。所述熱電偶10安裝于光伏模塊1，用于測試光伏模塊1溫度，且每一通道至少有一個(gè)熱電偶10；所述熱電偶選擇器11用于為光伏模塊1進(jìn)行直流測試時(shí)，選擇對(duì)應(yīng)通道熱電偶10進(jìn)行同步測試。所述環(huán)境參數(shù)傳感器8包括環(huán)境溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、光譜傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、雨量傳感器中的一種或兩種以上組合；所述數(shù)據(jù)采集儀9采集環(huán)境參數(shù)傳感器8的數(shù)據(jù)以及輻照度測試儀7的數(shù)據(jù)。

在本實(shí)施例中，連接測量光伏模塊1溫度的熱電偶10和熱電偶選擇器11的各熱電偶導(dǎo)線的長度和線徑完全相同，避免由于傳輸誤差所引起的溫度測量誤差，從而導(dǎo)致利用溫度系數(shù)校準(zhǔn)時(shí)所引起的光伏模塊1輸出特性誤差。

所述處理系統(tǒng)12連接于所述電流-電壓特性曲線測試儀6以及數(shù)據(jù)采集裝置，用于記錄每一個(gè)光伏模塊1的交流發(fā)電量和直流輸出特性參數(shù)，得到其在實(shí)際環(huán)境條件下的發(fā)電量信息，通過環(huán)境參數(shù)、溫度和太陽輻照強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)光伏模塊發(fā)電參數(shù)的校正處理，得到光伏模塊1的直流和交流輸出特性，以此獲得光伏模塊1的發(fā)電特性以及衰減率。

作為示例，所述光伏模塊1與所述多組串式逆變器5斷開后所測的離散電流-電壓(I-V)數(shù)據(jù)或功率數(shù)據(jù)通過并網(wǎng)狀態(tài)下多組串式逆變器5的功率曲線趨勢，采用非線性插值法進(jìn)行修正。

作為示例，所述光伏模塊1所處的環(huán)境參數(shù)以及所接受的太陽光輻照量在同一個(gè)時(shí)鐘條件下同步測量，通過溫度系數(shù)和輻照量參數(shù)對(duì)光伏模塊1的直流輸出和交流發(fā)電特性進(jìn)行校正處理，得到光伏模塊1在恒定條件或者標(biāo)準(zhǔn)條件下的交流和直流發(fā)電特性參數(shù)，由此得到光伏模塊1的衰變信息。

作為示例，所述光伏模塊1通過光伏模塊選擇器2同時(shí)與轉(zhuǎn)換器4、多組串式逆變器5以及電流-電壓特性曲線測試儀6相連接，通常狀態(tài)下，所述光伏模塊1通過轉(zhuǎn)換器4調(diào)節(jié)直流功率和電壓輸出，并入多組串式逆變器5的直流母線，進(jìn)行逆變并網(wǎng)，通過光伏模塊選擇器2把光伏模塊1從多組串式逆變器5斷開，轉(zhuǎn)換到電流-電壓特性曲線測試儀6進(jìn)行直流輸出參數(shù)測量，同時(shí)測量光伏模塊1所處的環(huán)境參數(shù)以及所接收的太陽光輻照量，進(jìn)行校正處理得到光伏模塊1的發(fā)電特性和衰變信息。

作為示例，連接光伏模塊1和光伏模塊選擇器2之間以及光伏模塊選擇器2和多組串式逆變器5之間的直流傳輸導(dǎo)線的長度和線徑完全相同，避免由于導(dǎo)線損失差異所引起的系統(tǒng)測量誤差。

作為示例，光伏模塊1和光伏模塊選擇器2之間以及光伏模塊選擇器2和電流-電壓特性曲線測試儀6之間的連接均采用四線制，即光伏模塊1的正極和負(fù)極分別采用并行的雙導(dǎo)線同時(shí)接入電流-電壓特性曲線測試儀6進(jìn)行測量，避免由于直流傳輸所引起的測量誤差。

另外，所述處理系統(tǒng)12可以選用為計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)中一部分實(shí)現(xiàn)。

在本實(shí)施例中，所述光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)按如下方式運(yùn)行：

各種光伏組件或組件串正常狀況下通過轉(zhuǎn)換器4接入多組串式逆變器5并網(wǎng)工作，各光伏組件或組件串均工作在最大功率點(diǎn)，在每一循環(huán)測試中，一路光伏組件或光伏組件串輪流與對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換器4斷開，通過光伏模塊選擇器2與電流-電壓特性曲線測試儀6連接測試并記錄直流電學(xué)參數(shù)，直至所有光伏組件或組件串測試完成，隔單位時(shí)間進(jìn)入下一循環(huán)，在整個(gè)測試階段各環(huán)境參數(shù)與光伏組件溫度被同步測試，其中光伏組件溫度通過熱電偶選擇器11由電流-電壓特性曲線測試儀6依次對(duì)應(yīng)測試。

結(jié)合電流-電壓特性曲線測試儀6數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)，通過分類對(duì)比與控制變量分析各環(huán)境因素對(duì)光伏組件或組件串發(fā)電量的影響；通過多組串式逆變器5記錄的功率曲線趨勢補(bǔ)正電流-電壓特性曲線測試儀6直流數(shù)據(jù),通過積分獲得光伏組件實(shí)際發(fā)電功率并評(píng)估其發(fā)電能力；結(jié)合長期戶外測試可以分析得出光伏組件可靠性與失效性數(shù)據(jù)信息。

如圖3所示，本實(shí)施例的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用方法為：以單一光伏組件串為例，若一日內(nèi)日照時(shí)長為T，每次循環(huán)測試周期時(shí)間為t，則一日內(nèi)對(duì)該光伏組件串所采點(diǎn)數(shù)為T/(n*t)，n為所測光伏模塊總數(shù)，選取每一測試點(diǎn)±t區(qū)間內(nèi)的多組串式逆變器5連續(xù)功率數(shù)據(jù)，比對(duì)該組數(shù)據(jù)與直流測試點(diǎn)功率值，利用非線性差值法對(duì)整個(gè)直流功率測試曲線進(jìn)行補(bǔ)正，獲取光伏組件或組件串真實(shí)發(fā)電能力曲線。

光伏組件發(fā)電能力校正為標(biāo)準(zhǔn)測試條件的計(jì)算公式為：

$P_{STC}=P\frac{1000}{G}\[1+\mathrm{\γ}(25-T)\]$

其中，P_stc轉(zhuǎn)化為地面光伏組件標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC條件)下功率值，P為實(shí)際功率值，G為組件平面輻照度，T為組件溫度，γ為組件最大功率溫度系數(shù)。光伏組件的性能與衰減用PR值(性能比)來表征，計(jì)算公式由標(biāo)準(zhǔn)IEC-61724確定。

實(shí)施例2

如圖2～圖3所示，本實(shí)施例提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，其中，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，輻照度修正由標(biāo)準(zhǔn)太陽電池替代，由于標(biāo)準(zhǔn)太陽電池反應(yīng)靈敏，輻照度的修正更為準(zhǔn)確，在本實(shí)施例中標(biāo)準(zhǔn)電池安裝面為光伏組件平面，光伏組件發(fā)電能力用功率標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：

$P_{STC}=P\×\frac{I_{sc\left(stc\right)}}{I_{sc}}\×\frac{1}{1+{\mathrm{\α}}_{ref}(25-T)}\×\[1+\mathrm{\γ}(25-T)\]$

其中，P_stc轉(zhuǎn)化為地面光伏組件標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC條件)下功率值，P為實(shí)際功率值，I_sc為標(biāo)準(zhǔn)電池實(shí)測短路電流，I_sc(stc)為標(biāo)準(zhǔn)電池在STC條件下的短路電流，α_ref為標(biāo)準(zhǔn)電池短路電流溫度系數(shù)，T為組件溫度，γ為組件最大功率溫度系數(shù)。

實(shí)施例3

如圖2～圖3所示，本實(shí)施例提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，其中，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，輻照度修正由分光光譜儀替代，分光光譜儀的輻照度的修正雖然計(jì)算繁瑣，但精度更高，光伏組件發(fā)電能力用功率標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：

$P_{STC}=P\×\frac{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}{E}_{STC}\left(\mathrm{\λ}\right)SR\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}{\underset{a}{\overset{b}{\∫}}E\left(\mathrm{\λ}\right)SR\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}\×\[1+\mathrm{\γ}(25-T)\]$

其中，P_stc轉(zhuǎn)化為STC條件下功率值，P為實(shí)際功率值，E_STC為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的光譜分布，E為實(shí)測光譜分布，SR為所測光伏組件光譜響應(yīng)，T為組件溫度，γ為組件最大功率溫度系數(shù)。

實(shí)施例4

如圖2～圖3所示，本實(shí)施例提供一種光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，其中，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，測試對(duì)象為光伏列陣，光伏列陣比起光伏組件與光伏組件串規(guī)模較大，可能存在光伏組件的并聯(lián)方式，由于并聯(lián)需要設(shè)置防反二極管，增加I-V測試的不準(zhǔn)確性，但如有必要，光伏列陣仍可使用該系統(tǒng)測試。

如上所述，本發(fā)明的光伏組件戶外發(fā)電特性與衰減狀況測試系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1)在具有各種典型氣候條件的地區(qū)建立系統(tǒng)，所測數(shù)據(jù)具有代表性，有助于光伏組件在各種氣候條件下的失效機(jī)理研究；

2)光伏組件測試過程主要采用的戶外數(shù)據(jù)采集方案是在并網(wǎng)狀態(tài)下，不同種類的光伏組件或光伏組件串依次與電網(wǎng)斷開，通過同一臺(tái)電流-電壓特性曲線測試儀掃描，然后再重新接入多組串式逆變器并網(wǎng)工作，可以在不影響光伏組件或組件串日常逆變發(fā)電狀況下準(zhǔn)確測試其在直流側(cè)的發(fā)電信息與衰減狀況；

3)使用電流-電壓特性曲線測試儀記錄光伏組件在斷網(wǎng)狀況下的數(shù)據(jù)，不受電網(wǎng)波動(dòng)與逆變器效率等因素對(duì)光伏組件的影響；

4)在轉(zhuǎn)換器與光伏模塊選擇器之間通過濾波器去除因轉(zhuǎn)換器與多組串式逆變器帶來的噪聲干擾，使得掃描測試結(jié)果更為準(zhǔn)確；

5)對(duì)不同種類與電學(xué)參數(shù)的光伏組件或光伏組件串采用相同的數(shù)據(jù)采集設(shè)備與方法，對(duì)比數(shù)據(jù)具有兼容性，可以排除其他影響因素；

6)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，由于在直流側(cè)采用電流-電壓特性曲線測試儀，系統(tǒng)硬件與軟件造成的誤差可以有效降低；

7)光伏組件或光伏組件串的電學(xué)性能參數(shù)與環(huán)境氣象參數(shù)同時(shí)鐘同步采集，功率參數(shù)的輻照度校正與溫度校正更精確。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。