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:
∕-
应用于太阳电池的I-V曲线测试仪在线校准方法
张楠
(广东省计量科学研究院,广东广州)
510405
摘要:为解决I-V曲线测试仪在量传溯源方面的技术问题,通过对太阳电池开路电压(V)、短路电流(I)
ocsc
测量方法和技术的研究,实现了对I-V曲线测试仪V,I参数的在线测量,从而完成了对I-V曲线测试仪的系统
ocsc
在线校准。研究结果表明,太阳电池开路电压、短路电流在线校准的相对示值误差分别为,,满足
%%
了光伏产业相关设备的量传溯源需求,为该产业健康发展提供了技术支撑。
关键词:I-V曲线测试仪;在线校准方法;太阳电池;开路电压;短路电流
中图分类号:;文献标识码:文章编号:
TB97TM933 A 1674-5795(2021)03-0051-04
OnlineCalibrationMethodofI-VCurveTesterforSolarCells
ZHANGNan
(GuangdongProvincialInstituteofMetrology,Guangzhou510405,China)
AbstractI-V
:Inordertosolvethetechnicalproblemofcurvetesterintermsofquantitytransmissionandtraceability,theauthorhasreal-
VII-V
izedtheonlinemeasurementoftheopencircuitvoltage(oc)andshortcircuitcurrent(sc)parametersofcurvetesterthroughtheresearch
VII-V
anddevelopmentofsolarcell′socandscmeasurementmethodandtechnology,thuscompletingthesystemonlinecalibrationofthecurve
VI
%%-
bilityofrelatedequipmentinphotovoltaicindustry,andprovidesthetechnicalsupportforthehealthydevelopmentoftheindustry.
KeywordsI-V
:curvetester;onlinecalibrationmethod;solarcellopen-circuitvoltage;short-circuitcurrent
值进行比对实现对I-V曲线测试仪的系统在线校准
0 引言,。
1 基本原理
以开路电压V和短路电流I为代表的光电
(oc)(sc)
图是太阳电池的I-V特性曲线及等效电路图通
参数是评估太阳电池质量可靠性的重要指标[1-2]也1,
,过分析可知当电路处于开路时电流I为零此时的
是太阳电池贸易结算的依据V和I测量的准确性,,
。ocsc电压即为此时的负载电阻可视为无穷大当电
影响着太阳电池的技术创新及发展[3]测量光电参数UV
。oc,;
的I-V曲线测试仪是由数据采集数据传输数据转路处于短路时电压U为零此时的电流I即为I
、、,,sc,
换模型计算软件控制等多环节构成的复杂系此时的负载电阻可视为零[7-8]VI是太阳电池重
、、。oc,sc
统[4]实现对I-V曲线测试仪的校准是准确测量光电要的光电参数影响太阳电池光电转换效率VI
,,。oc,sc
参数的保证通过I-V曲线测试仪扫描采集得到[1-2]因此对I-V曲
。,
I-V曲线测试仪体积较大拆卸和搬运不方便整线测试仪的系统校准可通过间接校准VI两个参数
,,oc,sc
体送到计量实验室校准十分困难[5]且通用测量设备实现
,。
无法对该类仪器的脉冲输出信号进行系统性准确测量对VI两个参数校准的关键在于对其进行实时
,oc,sc
对I-V曲线测试仪进行校准的常规方法是对仪器各个功在线采集即外接标准测试设备与被校I-V曲线测试仪
,
能模块分别进行校准这一做法费时费力且系统中同时对VI进行比较测量测量过程中相互之间不
。,oc,sc,
的算法模块软件控制模块无法实现单独校准导致产生信号干扰外接标准测试设备所测得的数据为标
、,。
无法对系统误差进行准确评估本文通过对太阳电池准值被校I-V曲线测试仪采集的数据为示值示值与
。,,
V和I测量方法的研究和测量技术的开发实现了对标准值之差即为被校I-V曲线测试仪所测VI的绝
ocsc,oc,sc
V和I两个参数的在线测量将VI的标准值与示对示值误差
ocsc,oc,sc。
计量、测试与校准年第卷第期
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通太阳电池组件与组件测试仪将高速数据采集卡
;②
的通道正负端连接在图中的U两端确保通道
11,1
测量V参数将霍尔传感器的电流钳钳住太阳电池
oc;③
组件的导线并将高速数据采集卡通道的正负端分
,2
别连接在霍尔传感器的输出端正负极确保通道测
,2
量I参数确保组件测试仪的I-V曲线测试单元
sc;④、
高速数据采集卡均处于采集状态开启组件测试仪
;⑤
的太阳模拟光源模块待其脉冲光源触发曝光的瞬间
,,
使组件测试仪的I-V曲线测试单元高速数据采集卡同
、
时采集到太阳电池输出的VI对比两者数据的
图太阳电池I-V特性曲线及等效电路图oc,sc;⑥
1 差异计算示值误差实现对I-V曲线测试仪的校准
,,。
结果与讨论
2 实验与方法3
开路电压V的相对示值误差
由于I-V曲线测试仪中的VI信号持续时间均oc
oc,sc太阳组件测试仪的模拟脉冲光源每触发曝光一次
为量级普通的电学类电压电流测试设备无法捕,
ms,、记录一组标准值U示值U标准值从高速数据采集
捉这类信号无线电类的通用设备示波器可以实时捕S、I,
,卡采集的数据中选取示值直接从I-V曲线测试仪上读
捉这类信号但其电压测量的最大允许误差一般大于,
,取记录组数据后取平均分别得到标准值示值
准确性无法满足校准要求本实验采用的标准,10,、
%,。的平均值结果见表再根据公式计算V的相对
设备为多通道电压高速数据采集卡以下简称高速数据,1,(1)oc
(示值误差
采集卡和霍尔电流传感器该套设备具有采集速率。
),表开路电压V的相对示值误差
高多通道同时采集信号可以给出拟合曲线电压1 oc
,,,、
电流测量最大允许误差可达等特点较好地解测量次数标准值U示值U
%,S/VI/V
决了I-V曲线测试仪的校准问题其中V直接在线
。,
;sc。2
所示高速数据采集卡通道正负接线端直接连接U
,
oc。sc,
,,
-,
2,
。、
霍尔传感器均经过计量校准数据可溯源至国家基准平均值
,。
被校准I-V曲线测试仪所测开路电压的相对示值误
差计算公式为
U-U
η=IS×%
rel1U100(1)
S
经过计算得到开路电压的相对示值误差为
%,
图I-V曲线测试仪校准连线框图参照电流表电压表功率表及电阻
2 JJG124-2005《、、
表检定规程计量性能要求中关于准确度等级的规定
》,
整个实验在现场完成测量中借助了现场的太阳本文对I-V曲线测试仪关键测量参数开路电压V的校
,oc
组件测试仪和晶硅太阳电池组件测量步骤为将准符合准确度等级级对应最大允许误差的
。:①±%
太阳电池组件安装在太阳组件测试仪玻璃感光区接要求[8]
,。
计测技术计量、测试与校准
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短路电流I的相对示值误差由于在线校准的环境条件复杂多变在实际校
sc3),
短路电流的测量与中开路电压的测量原理相准过程中采集到的数据可能会出现突变以图为例
,3,
似太阳组件测试仪的模拟脉冲光源每触发曝光一次在实际的数据分析中需要剔除尖峰脉冲信号只在直
,,,
记录一组标准值I示值I记录组数据后分别线段A至B间选取数据[11]
S、I,10,。
计算得到短路电流I标准值示值的平均值结果见
sc、,
表再根据公式计算I的相对示值误差
2,(2)sc。
表短路电流I的相对示值误差
2 sc
测量次数标准值I示值I
S/AI/A
图高速数据采集卡实际采集到的电压脉冲信号
3
-V曲线测试仪触发曝光时间不同
4),
一般介于至之间因此在实际测量时可
,,
根据需要调节高速数据采集卡的采样频率从而保证
,
平均值测量结果的准确可靠
。
需要对I-V曲线进行分析由于数据是通过高
5),
被校准I-V曲线测试仪所测短路电流I的相对示速数据采集卡的不同通道利用不同原理采集得到的
sc、,
值误差计算公式为受通道间差异霍尔电流传感器响应时间等因素的影
I-I、
η=IS×%响电压和电流曲线不是直接对应关系需要准确找
rel2I100(2),,
S出时间对应关系后才能得出I-V曲线
经过计算得到短路电流I的相对示值误差为。
sc太阳电池的最大功率也可以根据中得到的I-
参照电流表电压表功率6)4)
%,JJG124-2005《、、V曲线换算得出
表及电阻表检定规程计量性能要求中关于准确度等级。
》
的规定本文对I-V曲线测试仪关键测量参数短路电流结论
,4
I的校准符合准确度等级级对应最大允许误差
的要求[8]
±%。(oc),
在线校准问题分析I的测量方法可以实现对I-V曲线测试仪测量参
(sc),
大型I-V曲线测试仪需在设备安装现场进行校准数VI的在线测量解决该类仪器因体积大而送检
,oc,sc,
由于现场环境较为复杂为保证校准结果的准确性困难测不了通用测量设备无法对该类仪器的脉冲
,,()、
需特别关注外部因素对校准数据的影响包括输出信号进行系统性准确测量测不准等问题经验
。:()。
本方法采用霍尔电流传感技术测量电流因此证VI在线校准的相对示值误差可分别控制在
1),,oc,sc
现场的电磁场环境会对测量结果产生较大影响校准的水平满足了电流
,%,%,JJG124-2005《
时应避免周边存在大功率电磁场干扰源外置线圈如表电压表功率表及电阻表检定规程中关于电压
、(、、》、
互感器等通电设备[9]电流计量性能准确度等级为级时对应最大允
)。,
本方法主要通过高速数据采集卡采集数据且许误差的要求[8]I-V曲线测试仪系统的现场在线校准
2),。
需要记录瞬时数据在校准前应做好设备的接地从方法为光伏产业该类设备的量传溯源提供了技术
,,,
而有效避免部分干扰信号的影响[10]支撑
。。
计量、测试与校准年第卷第期
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