太陽電池、組件和戶外光伏系統(tǒng)的測試研究

1、<p>　　分類號 密級 </p><p>　　UDC 編號 </p><p><b>　　中

2、國科學院研究生院</b></p><p><b>　　碩士學位論文</b></p><p>　　太陽電池、組件和戶外光伏系統(tǒng)的測試研究</p><p><b>　?。ㄋ挝南椋?lt;/b></p><p>　　指 導 教 師 沈輝 教授（博士）中山大學 </p>

3、;<p>　　申請學位級別 碩士學位學科專業(yè)名稱 熱能工程 </p><p>　　論文提交日期 2006.6 論文答辯日期 2006.6.7 </p><p>　　培 養(yǎng) 單 位 中國科學院廣州能源研究所 </p><p>　　學位授予單位 中國科學院研究生院 <

4、;/p><p>　　答辯委員會主席 莫 黨 （教授） </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著全球光伏市場的快速發(fā)展，光伏產(chǎn)品的應用越來越廣泛，太陽電池、組件和戶外系統(tǒng)的測試也隨之越來越重要。文章以此為核心，首先介紹了太陽電池的標定、常規(guī)組件和戶外系統(tǒng)的測試原理、方法和設備，其

5、中針對市場上新出現(xiàn)的高效率單晶硅太陽電池組件進行測試研究，發(fā)現(xiàn)采用一般的市售短脈沖單次閃光測試儀將產(chǎn)生較大測量誤差，通過對NREL和Sandia實驗室標定的標準參考組件進行對比測量和模擬研究，提出了解決方法；其次針對國內(nèi)外對戶外光伏系統(tǒng)測量研究較少的現(xiàn)狀，研制出一種戶外光伏陣列測試系統(tǒng)，實現(xiàn)I-V曲線和關(guān)鍵參數(shù)(Voc Isc Vmp Imp Pmax 等)的采集，從測試原理、設計到運行和測試的精確性都進行了詳細研究和描述；最后利用該測

6、試系統(tǒng)對小型戶外光伏系統(tǒng)進行評價，自行設計小型Siemens和SunPower光伏系統(tǒng)各一套，對其進行全天候測試，通過比較FF發(fā)現(xiàn)強光下SunPower系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于Siemens系統(tǒng)，通過比較弱光下Isc發(fā)現(xiàn)光強上升和下降階段Siemens系統(tǒng)和SunPower系統(tǒng)各自在短時間內(nèi)略顯優(yōu)勢，由于光強上升和下降階段對于全天發(fā)電量影響較小，整體來講SunPower高效電池</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽電池、組件

7、、光伏系統(tǒng)、測試</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the global PV market, More and more PV products are under application .The testing of solar cell, solar module as w

8、ell as solar systems become more and more important .This thesis will focus on this issue ,First the calibration of solar cells, the testing principle and method together with the equipments of standard modules and the

9、outdoor systems will be described here. Some of the new high efficiency solar modules were tested by common flash tester but severe testing </p><p>　　Key words：solar cell,module, PV system, test</p>

10、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　第一章 緒 論5</p><p>　　1.1：光伏市場發(fā)展狀況5</p><p>　　1.2 常規(guī)太陽電池和組件制造工藝7</p><p>　

11、　1.2.1 晶體硅太陽電池制造工藝7</p><p>　　1.2.2 晶體硅電池封裝工藝8</p><p>　　1.3太陽電池和組件生產(chǎn)設備10</p><p>　　1.4 本文研究的重點10</p><p>　　第二章 太陽電池和組件測試11</p><p>　　2.1 標準參考光譜11</p&

12、gt;<p>　　2.1.1 標準參考光譜介紹11</p><p>　　2.1.2 光譜不匹配12</p><p>　　2.1.3光譜不匹配修正14</p><p>　　2.2 太陽電池的標定15</p><p>　　2.3常規(guī)太陽電池和組件室內(nèi)測試16</p><p>　　2.2 高效太陽電池

13、和組件室內(nèi)測試18</p><p>　　2.2.1電容效應對測試的影響18</p><p>　　2.2.3 解決方法22</p><p>　　第三章 戶外光伏系統(tǒng)測試25</p><p>　　3.1 戶外光伏系統(tǒng)測試原理25</p><p>　　3.2測試系統(tǒng)研制26</p><p&

14、gt;　　3.2.1 測試系統(tǒng)設計26</p><p>　　3.2.2 硬件和軟件配備26</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)操作、調(diào)試及運行30</p><p>　　第四章 戶外測試結(jié)果分析及光伏系統(tǒng)性能評價33</p><p>　　4.1 測量準確性分析33</p><p>　　4.1.1 Voc：采集

15、數(shù)據(jù)在光強較弱時誤差較大33</p><p>　　4.1.2 Isc：采集數(shù)據(jù)準確34</p><p>　　4.1.3 Pmax,Vmp,Imp35</p><p>　　4.2 光伏系統(tǒng)性能評價35</p><p>　　4.2.1 運行情況35</p><p>　　4.2.2 強光下輸出性能比較36<

16、;/p><p>　　4.2.3弱光下輸出性能比較38</p><p>　　第五章 結(jié) 論40</p><p>　　攻讀碩士階段發(fā)表文章41</p><p><b>　　致 謝42</b></p><p><b>　　附 錄43</b></p><

17、p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1：光伏市場發(fā)展狀況</p><p>　　2004年，全球光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量突破1GW大關(guān)[1]，大約生產(chǎn)了1200MWp的光伏組件，產(chǎn)值達到58億歐元。2001-2005年，光伏產(chǎn)業(yè)年增長率超過40%，成為目前增長最快的一個產(chǎn)業(yè)。里昂證券作的一份投資報告預測光伏產(chǎn)業(yè)將從2004年的58億歐元增加到20

18、10年的250億歐元，相應年度產(chǎn)量5.3GWp</p><p>　　目前的太陽電池技術(shù)已經(jīng)十分成熟，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。大多數(shù)光伏組件生產(chǎn)廠家都能夠保證20年的使用壽命，傳統(tǒng)能源價格的攀升和電網(wǎng)存在斷電危險的可能性成為光伏產(chǎn)品受青睞的一個原因。</p><p>　　目前，90%以上的光伏產(chǎn)品采用晶體硅電池制造技術(shù)，采用這種技術(shù)的優(yōu)點是可以購買到整條生產(chǎn)線，裝機和試運行時間比較短，投資回收風險較小

19、。不過目前比較敏感的一個問題是硅材料，硅材料生產(chǎn)商沒有跟上光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的步伐，導致硅材料日趨緊張。目前除了硅材料供應商大力擴產(chǎn)之外，光伏公司加速使用更薄硅片的步伐，生產(chǎn)效率更高的電池，以是減少每峰瓦的硅材料消耗，另外新的薄膜電池生產(chǎn)工藝開始進入市場，避免使用大量硅材料。目前主要集中在a-Si,CdTe和CIGS薄膜電池三方面。</p><p>　　圖1.1 1990-2004年光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展</p>

20、<p>　　圖1.1給出了全球1999-2004年的銷售量，世界市場呈指數(shù)狀增長，吸引了大量投資，2004年德國取代日本成為需求量最大的國家。整個光伏產(chǎn)業(yè)在2004年增長58.5%。幾乎一半的增長源于德國市場的膨脹，從2003年的153MW增長到2004年的363MW，占據(jù)歐美需求量88%的份額。2001至2004年歐盟的光伏安裝量幾乎已翻3倍，2004年底裝機總量已接近1GW。80%的安裝量在德國。西班牙和澳大利亞已經(jīng)成

21、倍增加其安裝量。盧森堡公國也雄心勃勃想達到人均安裝量58.5Wp的目標，成為世界第一。如果歐盟都如此仿效，可以達到年裝機量26.4GWp，相當于2002年歐盟能源消費總量的0.93%。</p><p>　　圖1.2 2004年全球10大光伏公司</p><p>　　圖1.2給出了2004年全球光伏產(chǎn)業(yè)前10位產(chǎn)量最大的公司。相對于2003年，日本在2004年新安裝了268.8MW光伏陣列，

22、增長25.5%。其中85%是居民并網(wǎng)光伏陣列，2004年累計達到834MW，而全日本的光伏安裝量是1132MW。同時，日本光伏產(chǎn)品出口量達到318.8MW，其中224MW出口到歐洲。日本光光伏制造商的占據(jù)全球分額的50%以上，全球前10名的公司里有3家在日本。夏普2004年占據(jù)全球市場的27%。10家大型企業(yè)占據(jù)全球分額的79.7%，其余份額由是30家不同的小公司占據(jù)。</p><p>　　1.2 常規(guī)太陽電池和

23、組件制造工藝[2]</p><p>　　1.2.1 晶體硅太陽電池制造工藝</p><p>　　目前世界上大部分提供Turnkey解決方案的供應商都集中在單晶硅和多晶硅電池的制造領(lǐng)域，相對薄膜電池來說，單晶硅和多晶硅電池制造工藝已經(jīng)比較穩(wěn)定成熟。非晶硅薄膜電池制造工藝雖然也已經(jīng)比較成熟，但是由于衰減等原因，市場遠不如晶體硅電池。表1.1給出了目前常規(guī)晶體硅電池的制造工藝。</p>

24、;<p>　　表1.1 常規(guī)晶體硅電池的制造工藝流程</p><p>　　電池制造生產(chǎn)工藝中，化學腐蝕、擴散、減反膜制作、印刷等步驟是質(zhì)量控制點。化學處理過程需要進行精確的溫度和濃度控制，補液程序也必須精確設定。否則硅片表面腐蝕質(zhì)量難以保證，并且有可能造成有毒氣體或液體泄露，帶來安全隱患。擴散是制作太陽電池最核心的步驟，為了達到較好的質(zhì)量，必須對擴散之后的質(zhì)量進行檢測，一般可以采用四電阻儀等。減反

25、膜之后可以大大降低折射率，可以通過分光光度計等進行測量膜的質(zhì)量。印刷步驟需要控制半成品的印刷柵線尺寸，粘附力等。</p><p>　　1.2.2 晶體硅電池封裝工藝</p><p>　　目前晶體硅電池產(chǎn)量占全球份額中的90%以上，所以晶體硅電池的封裝也是太陽電池封裝中最主要的組成部分，目前國內(nèi)封裝廠大部分采用人工封裝，各廠家封裝工藝大致相同，見表1.2所示。封裝所需關(guān)鍵設備有激光切片機、層

26、壓機、測試儀等，目前都已經(jīng)可以實現(xiàn)國產(chǎn)化。</p><p>　　表1.2 常規(guī)晶體硅電池封裝工藝</p><p>　　1.3太陽電池和組件生產(chǎn)設備</p><p>　　太陽電池市場的迅速膨脹帶動上下游相關(guān)行業(yè)的興起。硅材料、系統(tǒng)安裝、封裝材料、電池設備制造商、封裝設備制造商等發(fā)展迅速。目前，全球能夠提供整條太陽電池生產(chǎn)線和技術(shù)的廠家主要集中在歐美和日本，例如德國的

27、Schmid、美國的GT Solar、德國的Roth&Rau等。國內(nèi)還沒有能提供全套設備和技術(shù)的廠家，單體設備以中電集團長沙48所和北京七星華創(chuàng)為代表。</p><p>　　太陽電池生產(chǎn)設備按照工序主要包括濕化學設備、噴淋設備、擴散爐、PECVD/PVD、絲網(wǎng)印刷機、燒結(jié)爐、激光切割/等離子體去邊設備、單體電池測試儀、分選設備等。其中，濕化學、PECVD/PVD、絲網(wǎng)印刷機三項占據(jù)設備較大比例。2005年

28、末，臺灣茂迪的PECVD供氣系統(tǒng)發(fā)生事故，反向刺激了PVD設備的市場增長，這方面以Applied Film的ATON1600系列產(chǎn)品為代表。</p><p>　　組件生產(chǎn)設備和技術(shù)經(jīng)過多年的積累已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)封裝設備已經(jīng)比較成熟。關(guān)鍵設備如激光劃片機、層壓機等國內(nèi)產(chǎn)品均已成熟，測試儀在精度和重復性方面與國外同類設備還有較大差距。附錄1列出了部分制造商。</p><p>　　1.4 本文

29、研究的重點</p><p><b>　　本論文重點集中在：</b></p><p>　　1：太陽電池標定方法介紹。</p><p>　　2：太陽電池組件的測試原理介紹，高效太陽電池組件的測試；</p><p>　　3：戶外光伏系統(tǒng)的測試原理、設備開發(fā)及應用；</p><p>　　4：戶外光伏系統(tǒng)評

30、價。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] http://streference.jrc.cec.eu.int/pdf/PV%20Report%202005.pdf</p><p>　　[2] 沈輝，曾祖勤等，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，化學工業(yè)出版社，2005年第一版，21-59.</p><

31、p>　　第二章 太陽電池和組件測試</p><p>　　2.1 標準參考光譜</p><p>　　2.1.1 標準參考光譜介紹</p><p>　　為了對不同類型的電池作比較，國際上對測試的條件進行了標準化。其中之一就是光譜，我們稱之為標準光譜（有時也稱為參考光譜）?，F(xiàn)在世界上有許多種標準光譜而最常用的有三個，分別為：AM 1.5G （ASTM—E892）用

32、于地面總輻射；AM 1.5 D（ASTM—E891）用于地面垂直輻射；AM0用于太空輻射。AM 指大氣質(zhì)量，是陽光穿過大氣層的相對值，式2.1給出了AM的計算方法。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中，D為大氣層厚度，d為太陽光通過大氣層的距離，Z為太陽光入射的天頂角。當太陽垂直入射時，AM＝1，稱大氣質(zhì)量為1，相應的太陽光譜稱為

33、AM1光譜；當Z＝48.2°時，AM＝1.5，稱為AM1.5光譜（圖2.1）,附錄2給出了AM1.5的光譜福照度分布數(shù)據(jù)；Z＝60°時，為AM2光譜。另外，定義日地平均距離處的光譜為AM0光譜。根據(jù)電池使用地域的不同，空間電池一般以AM0光譜為標準測試，地面電池用AM1、AM1.5、AM2光譜。值得注意的是，這些標準光譜是實際情況的平均值。實際中絕大部分用于平板型組件的電池的測量采用AM1.5G光譜，而聚光電池則采用

34、AM 1.5D，因為聚光電池只能捕捉到垂直入射的光束。</p><p>　　太陽輻射到達地面之前，必須經(jīng)過大氣層。大氣中含有固定成分的氮、氧、氫、氦等氣體，還有成分不固定的水汽、臭氧、二氧化碳等氣體和懸浮的煙、塵埃、花粉等固體顆粒。太陽輻射穿過大氣層時，會被這些分子及微粒吸收、散射和反射，從而減弱太陽輻照度。這種減弱效應還和太陽輻照穿透大氣層的距離有關(guān)，也決定于太陽輻照的方向。在實際情況中，沒有任何的光源可以與參

35、考光譜完全吻合,這就引入了一個光譜不匹配的問題。</p><p>　　圖2.1 AM1.5參考光譜</p><p>　　2.1.2 光譜不匹配 </p><p>　　理想情況下，光源光譜是和相對光譜完全對應的（也就是說，輻照度和光譜完全與標準光譜對應）。但在現(xiàn)實世界中并不存在這樣的光源。實際上用來測試太陽能電池的光源與標準光譜大致一樣，但是使用參考探頭來測量輻照度，

36、標準光譜與實際光源光譜就會產(chǎn)生一個誤差，稱為光譜不匹配度。通常情況下考慮光譜不匹配度僅僅是因為Isc，實際上Isc，Voc 和FF 都可以有相應的光譜不匹配度，但由于Voc 和FF對輻照度和光譜的變化敏感性遠遠低于Isc，所以通常情況下只考慮Isc。光譜不匹配M(式2.2) 定義為非理想光譜情況下測量Isc與標準光譜下Isc “真值”的比值。如果實際光源的輻照度發(fā)生變化，輻照度可以被調(diào)整到與參考探頭一致的輸出值。和參考探頭在標準光譜下的

37、輸出值一樣，如果輻照度不變化，電池電流Itest (Itest≡Isc<電池的測量值>) 可以線性地測量出來，——但這個輻照度修正假設Itest 與輻照度成線性關(guān)系，所以，理想情況下，每塊電池的Itest 線性系數(shù)都必須測量。 </p><p>　　M=Itest(在光源光譜，采用非標準輻照度進行修正過的)/Itest (在標準光譜下的值)</p><p>　　= Itest&

38、#215;（Odet,std/Odet,sor）/ Itest std (2.2)</p><p>　　該式里，Odet std 是參考探頭在標準光譜下的輸出值（一般來說采用輻照計則輸出值為電壓，如果采用標定PV 器件則采用電流）。Odet,sor 是參考探頭在實際光源光譜下的輸出值。M 的值通常接近于1，采用光譜不匹配誤差εm（式2.3），可以

39、表達出由于光譜不匹配而在電池測量中造成的誤差。</p><p>　　εm=∣1-M∣ （2.3）</p><p>　　M 也可以用光譜輻照度和器件光譜響應來表達（式2.4）。</p><p>　　其中Esor(λ) 是光源光譜的輻照度。Stest(λ) 是被測電池的光譜響應。Estd(λ) 是標準光譜的輻照度，Sde

40、t(λ) 是參考探頭的光譜響應，積分上下限（λ0 和λ1）應涵蓋整個標準光譜（一般來說是300—4000 nm的波長）。</p><p>　　其中只有光譜響應相對測量和輻照度的相對測量是必要的。即公式中的E 和S 。所以這些量中的常量會消去。</p><p>　　式2-4在考慮到一些特殊情況時就非常有用。如果兩個器件有相同的光譜響應，所有被積函數(shù)相消，即M=1。換句話說，對于相同器件，上式

41、與光譜無關(guān)。另外，如果兩個光譜完全一樣，積分項同樣相消M=1，換句話說，如果光源光譜與與標準光譜完全匹配，那么積分值與器件的響應無關(guān)。</p><p>　　上文討論的二重性是針對較寬的波段情況而言，如果僅是大體上的近似，對于單色光上述公式同樣適合。例如：假設光源光譜與標準光譜在某段波長λ上差異很大，如果在λ波長兩器件有相同的光譜響應，那么式（2.3）中左上角和右下角的值就相同。如果，左上角和右下角的值相似，那么M

42、 就無變化。相反的，如果在λ波長，一種器件光譜響應優(yōu)于另外一個，那么（左上，右下）中其中一項就增加很多，這會使M 大幅度變化。換句話說，光譜誤差中最壞影響處就是兩種器件響應最不一致的部分?？傮w上說，電池與探測器越相似，所能承受的光譜誤差也就越大，反之光源光譜與標準光譜越接近，越大范圍內(nèi)的電池測量就越精確。</p><p>　　假如有一批相似的電池，它們其中有一部分需要在較好光譜下測試，并且只是偶爾需要測，這些已標

43、定電池（稱參考電池），可以用于在較差光譜下測量該組中的其它電池，這比在較好光譜下測量要便宜并且方便得多。</p><p>　　這種使用參考電池的方法應用廣泛，通常獲得參考電池的方法是把典型電池送到測試實驗室進行標定。然而，這一過程非常昂貴（一般需1000美元左右）并且需要一段時間。因此，很多電池一般經(jīng)過很長時間后才會重新標定。這時新生產(chǎn)的電池可能與以前標定的電池性能差別較大，這種情況下如果繼續(xù)采用已標定參考電池測

44、試新電池的話就會造成較大的光譜不匹配誤差，此外，如果參考電池存放條件不好，就可能會退化，這會增加更多的誤差。</p><p>　　2.1.3光譜不匹配修正</p><p>　　世界的最佳光源中，即使是標準實驗室都不與標準光譜完全匹配，光譜不匹配誤差常常達到好多個百分點。理論上可以通過調(diào)整M并通過它劃分Itest來減小光譜不匹配誤差。這種光譜不匹配修正與標準光譜完全匹配程序被許多標準實驗室所

45、采用。</p><p>　　然而，光譜不匹配修正程序需要測量光源光譜輻照度和參考電池，被測電池的光譜響應。這些測試都相當昂貴、困難，并且存在相當大的不確定性。</p><p>　　光譜輻射度是用光譜輻射計來測試的。對于連續(xù)譜情況，如日光或連續(xù)譜的太陽模擬器，相應的設備需要10,000到100,000美元之間，對于閃光模擬器情況更加復雜，因為在幾微秒的時間里光譜變化非常之大，兩次閃光光譜并不

46、會重復。這就需要快速二極管陣列光譜儀，而不是的機械式掃描型光譜儀。根據(jù)（Zaaiman Ossenbring etal 1994）,商用機器都做不到這一點，所以只有定制。</p><p>　　除此以外，光譜測量還需定期測量因為燈的光譜隨使用時間而改變，Emery(Emery,myers et,al,1988)強調(diào)，Spectrolab X25 模擬器上用的燈光譜在100hrs 后不匹配度為1.5%。圖2.2給出了

47、Spectrolab X25出廠時光譜情況。X25的實際光譜將超不出紅線所標示的范圍。</p><p>　　圖2.2 Spectrolab X25 模擬器光譜精確度</p><p>　　精確的光譜響應測量需要一個大功率電源，一個單色儀，一個接近封閉的方管。這些設備需要至少10,000美元。除此以外，電池的光譜響應對偏壓情況特別敏感，必須小心操作以保證偏壓情況正確。設備花費經(jīng)常不斷的重新標

48、定，使得光譜不匹配修正非常昂貴。</p><p>　　2.2 太陽電池的標定</p><p>　　太陽電池效率的定義為：太陽電池在最佳工作狀態(tài)下輸出的電功率與投射到太陽電池上總的光功率之比。電功率可以用電子儀器方便測出，但光功率的測量與光譜有關(guān)，測量較為復雜。電池性能主要表現(xiàn)在光照下的電流特性和電壓特性。前者表征電池的收集效率，后者表征電池的二極管特性。收集效率與光譜特性緊密相關(guān)，而二極管

49、特性和填充因子則與光譜無關(guān)。所以，電池的短路電流測量最為重要。</p><p>　　通常采用標準電池法來測量太陽電池的性能。即選用一片太陽電池，并在某一特定的標準狀態(tài)下測試其短路電流，然后以它為參考去校準測試光源的光強。確定參考電池的短路電流特性的過程稱為標定，利用標定后的光源測試其它電池特性的過程稱為復現(xiàn)。電池效率定義為：</p><p><b>　?。?.5）</b&g

50、t;</p><p>　　我們把稱為太陽電池的積分響應。知道電池的積分響應就可以方便地算出電池的光電轉(zhuǎn)換效率。電池的標定主要就是確定在特定光照下電池的值。根據(jù)電池用途不同，分為空間電池標定和地面電池標定。</p><p>　　空間電池通常使用AM0光譜。標定的方法有：衛(wèi)星標定、火箭標定、氣球標定、飛機標定、高山標定和實驗室光譜標定。一般的，衛(wèi)星標定被用作實地驗證其它標定方法的一種手段?；鸺?/p>

51、標定飛行高度最高，比氣球高5倍以上，標定成本很高。高山標定簡單易行。實驗室標定儀器的精密程度要求較高。其中以氣球標定和高山標定法較為常用。由于99.5 ％的大氣集中在36km以下空間，36km處的光源狀態(tài)非常接近理想的AM0狀態(tài)。氣球標定就是利用高空氣球，在約36km處進行標定。該方法標定的電池被公認為一級標準電池。</p><p>　　地面用太陽電池的標定選用的大氣質(zhì)量在1～2之間。最早時采用總輻射法進行標定。

52、即把太陽電池水平放置，直接輻射計對準太陽，總輻射計水平放置，然后同時測量太陽電池的輸出和直接輻射量及總輻射量，并以此算出散射輻射量。此法受天氣影響較大，結(jié)果難以互相比較?，F(xiàn)在往往使用直接輻射法標定。其標定的量為太陽的直接輻射量和直接輻射下的電池短路電流。標定結(jié)果受天氣和地域的影響較小。</p><p>　　太陽電池的標定可以參考國標GB 6497-86 地面用太陽電池標定。</p><p>

53、;　　2.3常規(guī)太陽電池和組件室內(nèi)測試</p><p>　　用標定好的電池樣品對測試儀器的光源進行校對，使其接近標定用的光源狀態(tài)。校對后的光源稱為太陽模擬器。校對采用的標準電池分為一級標準、二級標準和工作標準。一級標準經(jīng)過多次標定，并和其它標定方法對比，結(jié)果能很好吻合。二級標準進行過光譜修正，精度緊跟一級標準。標準光強用的標準電池稱為工作標準。一般工作標準分為很多類，比如不同劑量輻照過的電池、多晶硅電池、背場硅電

54、池及化合物電池等。這些工作標準都按不同的復現(xiàn)因子進行了修正。使用時，按被測電池的不同種類進行光強校對。</p><p>　　太陽電池和組件的測試通常采用太陽模擬器進行測試，。太陽模擬器就是通常所說的太陽電池和組件測試儀。按照工作原理大致分為2類：恒光源測試儀和閃光測試儀。采用閃光測試儀用于太陽電池和組件測試已有30年歷史之久。其優(yōu)于恒光源測試儀之處在于可以在大面積內(nèi)提供均勻的非常高的光強，對電池造成的升溫非常低，

55、這對于測試沒有散熱裝置的聚光電池時尤為重要。以前人們?yōu)?-sun電池和聚光電池的測試設計了各種各樣的閃光測試儀。有一些在文獻1-6中可以查到，不少1-sun太陽電池閃光測試儀可以在市場上買到。但是至今為止專為聚光電池專門設計過測試儀非常少。</p><p>　　圖2.3 LAPSS II 大面積脈沖閃光測試儀</p><p>　　閃光測試儀整體上可分為單次閃光和多次閃光測試儀。大部分商業(yè)化

56、的測試儀是單次閃光測試儀（如圖2.3）。這種測試儀產(chǎn)生平頂式光脈沖，平頂部分持續(xù)幾個毫秒，這幾個毫秒之內(nèi)I-V曲線被掃描出來。實現(xiàn)這樣的功能代價昂貴，因為使用的閃光燈必須具有數(shù)十千瓦的峰值輸出功率。設計相應的電路也非常困難。單次閃光測試儀也需要為電池設計一個高速電子負載，用于幾個毫秒之內(nèi)掃描出I-V曲線。最后，高速掃描I-V曲線可以導致瞬時誤差，對于高效電池尤甚。多次閃光測試儀，顧名思義，使用多次閃光來得到I-V曲線。每一次閃光只得到一

57、對I，V數(shù)據(jù)。相對于單次閃光測試儀來說結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜。因為既不需要復雜的電路，也不需要高速電子負載。而且在消除瞬時誤差方面更有潛力。此外，所有的閃光測試儀都較昂貴。表3是 Photon International雜志2005年8月份的市場調(diào)查(部分).</p><p>　　表3 Photon International 2005年8月測試儀市場調(diào)查(部分)</p><p>　　2.2

58、 高效太陽電池和組件室內(nèi)測試</p><p>　　2.2.1電容效應對測試的影響</p><p>　　近年來，市場上出現(xiàn)了幾種高效太陽電池，如SunPower的A-300電池，三洋的HIT電池，以及BP的Saturn電池等。與常規(guī)電池相比，這些電池的Voc較大，電容也非常大。電容的存在會影響到太陽電池在測試時對光強變化和外電路電壓變化的響應時間加長，給測試結(jié)果帶來不良影響。</p&g

59、t;<p>　　為了研究該類電池的電容與常規(guī)電池的差別，用PC1D軟件[1]進行了模擬。對于給定的電池，輸入設計參數(shù)，可以計算出少子濃度與電壓之間的對應結(jié)果，再由少子對電池寬度進行積分，得到電池電容，這樣就可以獲得電容-Voc對應圖。通過改變基體電阻率進行多次模擬，就可以得出電池電容對Voc和摻雜濃度的變化圖。圖1（a）給出了300μm厚的太陽電池在開路情況下的模擬結(jié)果。</p><p>　　以30

60、0μm左右厚的SunPower A-300電池為例，采用n型硅片，開路電壓Voc為670mV,最大功率點電壓Vmp為560mV，電阻率2-10Ωcm。由圖2.4 (a)可以查出電池的電容>100μF/cm2。而對于大部分300μm左右厚的常規(guī)電池，采用p型硅片，Vmp大致為500mV，其電容為1μF/cm2，不及SunPower A-300電池的百分之一。采用PC1D軟件模擬n+-n-p+電池，然后改變前表面和背面載流子復合速率直

61、到Voc，Jsc和FF都符合SunPower公司公布的數(shù)據(jù)[2]，可以模擬該電池，圖2.4（b）給出了該電池電容組成模擬結(jié)果?？梢钥闯?，電池內(nèi)部電荷（空穴）主要由兩部分構(gòu)成：電池背部p+n結(jié)電壓所導致的載流子，即圖中平行橫線部分，不同結(jié)電壓帶來的載流子濃度不同；電壓變化時載流子濃度梯度所帶來的“瞬時”電流，即圖中斜線部分。</p><p><b>　　(a)</b></p>&

62、lt;p><b>　　(b)</b></p><p>　　圖2.4 300μm厚太陽電池電容模擬結(jié)果(a)和SunPower電池電容構(gòu)成模擬結(jié)果(b)</p><p>　　太陽電池電容存在會對電池及組件的測試產(chǎn)生較大的影響。目前，以SunPower A-300電池為代表的新型太陽電池對測試儀性能提出了較高的要求。這些電池的電容比常規(guī)電池大1~2個數(shù)量級。由于測試

63、時要求有快速變化的光強和外電壓，如果電池電容較大，則會使電池內(nèi)部會儲存大量的多余電荷[2-3]。尤其對于高偏壓，低摻雜，低表面復合率的情況，該電荷量更大。而SunPower電池結(jié)壓較普通電池高出0.1V左右，少子壽命>1ms。這些特點決定了在單閃測量條件下，電池內(nèi)部產(chǎn)生大量的多余電荷（空穴）。電容效應的影響，導致出現(xiàn)下述I-V曲線凹陷和I-V曲線分離現(xiàn)象。</p><p>　?。?） I-V曲線凹陷<

64、;/p><p>　　采用國產(chǎn)普通的單閃測試儀對SunPower已標定組件進行I-V特性測試，該測試儀能提供寬度約3ms左右的“平頂”式光脈沖，對該標定組件的測試結(jié)果如圖2.5所示。通過與標定值比對，F(xiàn)F值高出1.7%，電流值高出0.1A，I-V曲線出現(xiàn)了明顯的“凹陷”現(xiàn)象。原因分析如下：采用國產(chǎn)單閃測試儀對該標定組件進行測試時，光脈沖在3ms左右時間內(nèi)從0W/m2快速上升到1000W/m2左右再下降到0W/m2。這個

65、過程中，被測試電池組件內(nèi)部的光生電流也隨著外部光強發(fā)生相似的變化，測試儀的高速電子負載同步采集整個過程中的電流電壓值。圖2.6給出了太陽電池的等效電路圖，RL是外電阻，I是光生電流，IL是該電池的最大短路電流，Is是旁路二極管導通時的電流。由于每一塊電池板內(nèi)部的電池電性能都不可能完全相同，存在相對最優(yōu)和相對最差的一個，所以當電池板光生電流I達到性能最差的一塊電池的短路電流IL時，整塊組件的串聯(lián)電流會一直降低到這個值，此時多余的電荷將儲存

66、在電池內(nèi)電容里。之后，該電池等效電路中的旁路二極管導通，電池板串聯(lián)電流就不再受到IL限制，重新上升到實際的電流值，相當于多余的電荷放了出來。因此整個過程中電流出</p><p>　　圖2.5 普通3ms“平頂式”脈沖單閃測試儀測試SunPower 電池組件實驗結(jié)果</p><p>　　圖2.6太陽電池等效電路圖</p><p>　?。?）I-V曲線分離</p&

67、gt;<p>　　電池內(nèi)部的多余電荷可以引起較大的瞬時誤差。在光照下，有2種電流源會引起電池內(nèi)電荷重新分布，一種是由光源引起的光生電流，另外一種是外部電路引起的電流。在采用單閃測試儀測試時，如果電池偏壓由0快速上升到Voc，載流子濃度就會快速增加，多余的電子移向p區(qū)，多余的空穴流向n區(qū)，這樣就會消耗掉一部分光生電流，進而引起外部測量電流的減小，F(xiàn)F和Voc測量值偏低，相當于給電容充電；如果偏壓快速下降（叢Voc降低到0），

68、載流子濃度就會減小，這時電荷的重新分布會增加光生電流，相當于電容放電，Voc和FF測量值偏大。這兩種效應結(jié)合起來就是 “曲線分離”現(xiàn)象。在脈沖較窄而電池響應時間卻較長的情況下，該現(xiàn)象尤為嚴重。圖2.7給出了對SunPower A-300電池的模擬結(jié)果?？梢钥闯?，當電壓由0向Voc以20V/s的速率上升時，電流較穩(wěn)態(tài)值略低，當電壓由Voc向Isc以-20V/s的速率掃描時，電流較穩(wěn)態(tài)值略高。相對于穩(wěn)態(tài)情況下，曲線在最大功率點附近相對于穩(wěn)態(tài)

69、測試值有不同方向的偏離。</p><p>　　圖2.7 I-V曲線分離現(xiàn)象</p><p>　　2.2.3 解決方法 </p><p>　　King[3]在研究了測試時瞬時誤差與偏壓變化的關(guān)系后得出結(jié)論：對于低電阻率電池(1Ωcm)，在偏壓變化率超過100V/s的情況下FF的誤差變得較為明顯(>1%)，對于高電阻率電池(200Ωcm)，則為20V/s。據(jù)

70、此，假設掃描完整個I-V曲線需要電壓發(fā)生1V的變化，那么對于低電阻率電池就需要至少50ms的時間才能避免產(chǎn)生瞬時誤差。以表1中列出的單閃測試儀來看，大部分單閃測試儀都不具備如此寬的脈沖，只有Berger Lichttechnik公司的PSS 32型測試儀可以滿足該測試要求。 </p><p>　　采用恒電壓多次閃光的方法也可以很好地解決這些問題[4]。除了Voc是在開路下測得，不同閃光時保持電池偏壓在不同

71、的值，每次閃光取I-V曲線上的一個點，多次閃光之后由軟件作出I-V曲線。為了解決SunPower電池組件的測試問題，從美國引進了一臺恒電壓頻閃測試儀。該測試儀采用圖2.8中所示的指數(shù)衰減型光脈沖，從下降階段起，該脈沖衰減可以近似用exp(-t/τ)來表達。經(jīng)過實際測試證明，測試結(jié)果接近標定值。這說明該光源衰減模式較好地避免了圖1（b）中瞬時電荷的影響。圖2.8是采用PC1D模擬保持電池偏壓恒定在Vmp附近時采用該脈沖測試SunPower

72、 A-300電池的結(jié)果。圖中的效率比值曲線是由光脈沖每一點處測得的瞬時效率與電池在“穩(wěn)態(tài)光源”情況下測得的效率的比對值。當比值大于1時表明瞬態(tài)測試值高于穩(wěn)態(tài)測試值，低于1時則相反。模擬結(jié)果證明了，采用該指數(shù)衰減型光脈沖的恒電壓頻閃測試儀也可以很好降低測量誤差。</p><p>　　圖2.8 采用指數(shù)衰減型光源測試SunPower電池組件精度</p><p>　　市場上新近出現(xiàn)的大電容高效

73、太陽電池，采用傳統(tǒng)較窄脈沖的測試儀已不能滿足測試要求。I-V曲線的凹陷和瞬時誤差導致的I-V曲線分離現(xiàn)象會給測試結(jié)果帶來較大誤差。采用寬脈沖單閃測試儀或頻閃測試儀均可以解決問題。</p><p>　　不過，由于單閃測試儀需要一個峰值輸出達到幾十千瓦甚至更高的光脈沖并持續(xù)幾個~上百個毫秒的時間，給設計、制作電路帶來了一定困難。除此以外還需要為被測電池制作一個能在幾個毫秒之內(nèi)快速掃描出I-V曲線的高速電子負載。這兩個

74、特點使國內(nèi)外單閃測試儀價格居高不下。對于脈沖達到幾十~上百毫秒的測試儀，市場上還為數(shù)不多。</p><p>　　相比而言，恒電壓頻閃測試儀沒有這些特殊要求，結(jié)構(gòu)可以設計得較為簡單，而且能有效減小測試時的瞬時誤差，因此價格上有非常大的競爭潛力。以本文所用測試儀為例，價格不及Optosolar Sol 33×33的六分之一。因此可以預見，隨著太陽電池性能的不斷提高，低成本恒電壓頻閃測試儀（圖2.9）會逐漸成

75、為市場的一個亮點。</p><p>　　圖2.9 頻閃測試儀（測電池）</p><p>　　最后，作為光脈沖式組件測試儀，其本身參數(shù)水品都不高，用它們測出的組件參數(shù)的不確定度還要在穩(wěn)態(tài)光源下標定。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] http://www.pv.unsw.edu.a

76、u/links/products/pc1d.asp</p><p>　　[2] Keith R.McIntosh,Michael J.Cudzinovic,et al, The choice of silicon wafer for the production of low-cost rear-contact solar cells. www.sunpowercorp.com,</p><p

77、>　　[3] D. L. King, J. M. Gee, and B. R. Hanson. Measurement precautions for High-Resistivity Silicon Solar Cells, Proceedings 20th, IEEE Photovoltaics Conference, pp. 555-559, 1988.</p><p>　　[4] William M

78、. Keogh, Accurate Performance Measurement of Silicon Solar Cells,Ph.D.Thesis, Australian National University, 2001. http://solar.anu.edu.au/pages/pdfs/2001_July_William_K eogh.pdf.第三章 戶外光伏系統(tǒng)測試</p><p>　　3.1

79、 戶外光伏系統(tǒng)測試原理</p><p>　　太陽能室外測試可以評價電池組件的實際發(fā)電性能，也可以作為系統(tǒng)診斷工具，其重要性日益增加。然而目前世界上能提供該類測試設備的廠商非常少[1，2]，設備種類也較為有限，價格昂貴，為使用和維護等帶來諸多不便。</p><p>　　前文已經(jīng)對太陽電池組件的室內(nèi)測試進行了描述。詳細上，制約因素較多，氙燈光譜、溫度、參考電池與被測電池的光譜匹配性，高速電子負

80、載等都會帶來誤差[3-5]。因此太陽模擬器只適合于太陽電池組件的室內(nèi)測試與標定。</p><p>　　相比而言，室外環(huán)境比較惡劣，太陽光譜光譜受大氣折射、顆粒物、水汽等因素的影響而在不停變化，加上溫度的變化，暴露于自然界的光伏電站的實際輸出很難達到室內(nèi)模擬器測量的功率，給評價其優(yōu)劣帶來一定困難，因此大多采用測量系統(tǒng)的實際發(fā)電量和實際I-V曲線。前者可以看出不同組件受溫度的影響，如果配以輻照計測量實際光譜，還可以研

81、究電池組件的實際光譜響應能力；后者則可以監(jiān)測到光伏組件某一時刻的實際最大輸出功率，從而為并網(wǎng)發(fā)電的優(yōu)化提供基本參考數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3.1 室外光伏陣列測試系統(tǒng)示意圖</p><p>　　因此，室內(nèi)測試方法在室外條件下不再適用。電容器充放電過程可以作為一個精確的可變負載，根據(jù)此原理可以將其嘗試用于室外光伏陣列測試，圖3.1給出了據(jù)此作出的光伏陣列測試原理示意圖。太陽光照射到光伏

82、陣列上后，在開路情況下產(chǎn)生光生電壓U，此時如果閉合開關(guān)K2，打開K1，那么外電路就會導通，電容器C開始充電，直至電壓與U相同。這個過程中電容器兩端電壓從0上升到U,電路電流從最大輸出Isc到0，電容器在這個電路中的作用相當于一個可變負載。如果把這個過程中的數(shù)據(jù)記錄下來，那么就可以描繪出光伏陣列輸出電流-電壓的變化曲線。等到電容器充電完畢之后，打開開關(guān)K2，閉合開關(guān)K1，光伏陣列重新處于開路狀態(tài)，電容器通過電阻R放電。</p>

83、<p><b>　　3.2測試系統(tǒng)研制</b></p><p>　　3.2.1 測試系統(tǒng)設計</p><p>　　為了解決這個問題，根據(jù)上述原理設計了一個初步能夠?qū)崿F(xiàn)此功能的測試系統(tǒng)控制圖（圖3.2），包含如下幾個模塊：光伏陣列，電流、電壓傳感器陣列，數(shù)據(jù)采集卡、AC/DC電源、計算機、固態(tài)繼電器控制單元、電容器陣列等。</p><p

84、>　　圖3.2 測試系統(tǒng)控制圖</p><p>　　各部分功能分別是：戶外光伏組件是實驗對象；AC/DC電源給固態(tài)繼電器、傳感器和數(shù)據(jù)采集卡供電；固態(tài)繼電器同時控制傳感器和電容器；數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換并與計算機進行數(shù)據(jù)傳輸；電容器陣列實現(xiàn)可變負載的功能。</p><p>　　工作時，繼電器開啟電壓和電流傳感器，同步采集室外光伏組件的電流電壓模擬量，通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)

85、字量，由組態(tài)軟件通過計算機I/O接口儲存在計算機數(shù)據(jù)庫里。通過自行開發(fā)的程序可隨時讀取數(shù)據(jù)并生成電流-電壓曲線。采集到預定時間后，繼電器閉合傳感器陣列，之后控制電容器放電，達到設定的時間間隔后進入下一個數(shù)據(jù)采集循環(huán)。</p><p>　　3.2.2 硬件和軟件配備</p><p>　　電路設計完成之后，下一步就是配備硬件和軟件。本節(jié)內(nèi)容集中敘述3.2.1中所需要的幾個模塊：光伏陣列，電流、

86、電壓傳感器陣列，數(shù)據(jù)采集卡、AC/DC電源、計算機、固態(tài)繼電器控制單元、電容器陣列等的配備。</p><p>　?。?）光伏陣列：由太陽電池組件組成，一般情況下太陽電池組件分為單晶硅、多晶硅和薄膜三種。單晶硅和多晶硅電池組件的電性能比較穩(wěn)定，目前市場上大部分組件生產(chǎn)廠家都能保證20-25年后輸出功率達到購買時的80-85%以上。目前市場化的薄膜電池組件主要有CIGS、CdTe、非晶硅等三種，CIGS和CdTe電池

87、組件輸出較為穩(wěn)定，非晶硅電池組件衰減比較嚴重，一般出廠時6-7%的組件，1000小時后效率衰減10%，一年之后效率衰減過半。為了驗證設備的穩(wěn)定性，結(jié)合實際情況，選擇德國西門子、美國SunPower兩家公司生產(chǎn)的電池組件（表3.1）。西門子生產(chǎn)的電池組件是普通單晶硅電池組件，SunPower公司的組件比較有特色，所有電池的柵線均設計在電池背面，因此從正面看不到焊接涂錫帶，因為沒有柵線的遮光，所以電池效率也因此得到提高，單片電池效率達到20

88、%以上，見圖3.2。</p><p>　　表3.1 電池板功率測試結(jié)果</p><p>　　(a)光伏系統(tǒng)1－ Siemens組件 (b)光伏系統(tǒng)2－SunPower組件</p><p>　　(c) SunPower電池正面 (d) SunPower電池反面</p><p>　　圖3.2 被測系

89、統(tǒng)及SunPower電池</p><p>　　設計時，Siemens的四塊電池板并聯(lián)組成系統(tǒng)1,SunPower的單塊電池板組成系統(tǒng)2。那么系統(tǒng)A的最大輸出電流13.7A，最大輸出電壓21.5V左右；系統(tǒng)B的最大輸出電流和電壓分別為5.7A和21V左右。</p><p>　?。?）電容器選擇：電容器的選擇首先要考慮充電時間的長短。電容器的基本公式是 </p><p>

90、;　　C=I*t/V (3.1)</p><p>　　其中C代表電容，I代表充電電流，t代表充電時間，V代表充電后電壓。光伏陣列的I-V特性曲線并非線形，電流在電壓上升到Vpm之前變化較小，基本呈直線下降，Vpm之后快速下降,電壓變化趨勢則剛好相反。充電時間的長短無法計算，尤其是弱光下充電電流較小，只有根據(jù)實際情況來摸索，最初假定1秒鐘的充電時間。保守起見，假設充

91、電時電流大小為統(tǒng)最大輸出電流，那么據(jù)此計算出系統(tǒng)A和B分別需要0.64F和0.27F，根據(jù)電容器廠家能夠提供的產(chǎn)品型號，選取2套1F，70V的電容器。實際上，根據(jù)設備完成后的測量與觀察，電容器充電時達到電池板最大輸出功率處(實際Vpm,Ipm)的時間較短，但是在光強較弱的情況下則較長。另外和光伏陣列的輸出電流有關(guān)，同一光伏陣列在光強較弱情況下比在光強較強情況下充電時間長。因此，為了能夠測量全天大部分時間段較為完整的I-V數(shù)據(jù)，不斷地調(diào)整

92、充電時間，最后設定為15秒。此時從早上9點鐘左右至下午4點鐘之前都可以測量出來。</p><p>　　(3)傳感器的選擇：根據(jù)系統(tǒng)1與2的要求，選擇市售LEM LN28NP 傳感器。和LV28P 電壓傳感器。傳感器的基本數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　詳細的傳感器資料見附錄4。 </p><p>　　(4)數(shù)據(jù)采集卡：采用PCI-8310模擬量采集卡。PCI-

93、8310 模入接口卡適用于提供了PCI 總線插槽的PC系列微機，具有即插即用（PnP）的功能。其操作系統(tǒng)可選用目前流行的 Windows 系列、高穩(wěn)定性的Unix等多種操作系統(tǒng)以及專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW 等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上也非常簡單，使用時只需將接口卡插入機內(nèi)任何一個PCI總線插槽中并用螺絲固定，信號電纜從機箱外部直接接入。</p><p>　　繼電器和電源選擇一般市售普通產(chǎn)品即可。</

94、p><p>　　(5)軟件：采用市售PC Auto3.6組態(tài)軟件。該軟件可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲，并具有設定采樣時間和采樣頻率的功能，但是不能作出I-V圖，為此開發(fā)了一個數(shù)據(jù)讀取軟件，實現(xiàn)作圖功能。所開發(fā)的軟件具有查詢I-V曲線，功率-時間曲線等功能。</p><p>　　圖3.3是測試系統(tǒng)的照片。</p><p><b>　?。╝）測試系統(tǒng)整體</b&

95、gt;</p><p>　?。╞）控制部分 （c）超級電容器</p><p>　　圖3.3 本文中研制的測試系統(tǒng)照片</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)操作、調(diào)試及運行</p><p>　　系統(tǒng)設計之初考慮到擴展性，預置了2路電流和電壓傳感器，其中一路可以測量25A以內(nèi)電流，70V以內(nèi)電壓。根據(jù)最初的設計

96、，可以根據(jù)需要很隨時擴展到6-7路。從系統(tǒng)運行之后，根據(jù)實際需要，對光伏系統(tǒng)進行了更換，將SunPower光伏組件更換為200W左右的電池板，輸出電流基本保持不變，輸出電壓增加為48V左右，由于系統(tǒng)設計時已經(jīng)較好地考慮到擴展性，所以基本上不受影響。</p><p>　　該系統(tǒng)于2005年11月份試運行?？紤]到數(shù)據(jù)庫存儲能力，硬件壽命和天氣變化的影響，采樣間隔時間從最初的10分鐘調(diào)整到20分鐘，采樣時間由預期的1-

97、3秒調(diào)整至15秒，采樣頻率由50對/s調(diào)整為10對/s。采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)PCAuto 軟件儲存在Microsoft Access數(shù)據(jù)庫里。經(jīng)過數(shù)據(jù)讀取和編輯軟件處理后可以實現(xiàn)查詢編輯電流-時間曲線、電壓-時間曲線、功率-時間曲線和I-V曲線的功能。通過“日期”項下拉列表可以選擇日期，“最大值按”一欄里有三個下拉選項，分別是電流、電壓、功率，默認為功率；“圖表”選項包含兩項：電流-電壓，最大值-時間。里的任意一項點擊“查詢”按鈕。查詢時，首

98、先選定日期，以2005年12月23日為例，然后選擇“最大值按”一欄，例如選擇功率，之后選擇“圖表”欄里的“電流-電壓”項，點擊“查詢”按鈕，得到圖3.4(a)所示的結(jié)果。圖中的曲線即I-V曲線。如果想得到該曲線對應的精確短路電流和開路電壓，則可以分別改變“最大值按”一欄至電流和電壓，找到相同時間附近的值即可圖3.4 (b),(c)，圖3.4(d)則是采集數(shù)據(jù)時功率隨時間變化的曲線。。</p><p>　　(a)

99、I-V曲線 (b) 電壓-時間曲線</p><p>　　(c) 電流-時間曲線 (d) 功率-時間曲線</p><p><b>　　圖3.3 運行情況</b></p><p>　　整體來講，該系統(tǒng)的性能可以歸納于下表3.2。</p><p>　　表3.2

100、 系統(tǒng)性能</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] http://www.ib-mut.de</p><p>　　[2] http://www.chinayibei.com/chanpin.htm</p><p>　　[3] D. L. King, J. M. Gee, and B. R

101、. Hanson. Measurement precautions for High-Resistivity Silicon Solar Cells, Proceedings 20th, IEEE Photovoltaics Conference, pp. 555-559, 1988.</p><p>　　[4] William M. Keogh, Accurate Performance Measurement

102、 of Silicon Solar Cells,Ph.D.Thesis, Australian National University, 2001. http://solar.anu.edu.au/pages/pdfs/2001_July_W illiam_K eogh.pdf.</p><p>　　[5] Constant voltage I–V curve flashtester for solar cel

103、ls,William M. Keogh, Andrew W. Blakers,etc.Solar Energy Materials & Solar Cells 81 (2004) 183–196</p><p>　　第四章 戶外測試結(jié)果分析及光伏系統(tǒng)性能評價</p><p>　　由于光伏系統(tǒng)根據(jù)實際情況需要更換，所以重點放在對短時間內(nèi)測試結(jié)果的分析上。本節(jié)將首先對各參數(shù)采集數(shù)據(jù)的準

104、確性進行分析，然后對比分析Siemens和SunPower光伏系統(tǒng)的輸出性能。選取2005年12月23日7:00-18:00內(nèi)的采集數(shù)據(jù)，0:00-7:00和晚上18:00-次日0:00室外光強非常弱，光伏組件幾乎沒有輸出。對實際應用也沒有多大意義，因此舍棄。該日的采集數(shù)據(jù)見附錄5。</p><p>　　4.1 測量準確性分析</p><p>　　4.1.1 Voc：采集數(shù)據(jù)在光強較弱時

105、誤差較大</p><p>　　對于該測量系統(tǒng)，充電穩(wěn)定之后，電容器兩端電壓不再發(fā)生變化，充電電流為0，光伏系統(tǒng)實際上處于開路狀態(tài)，此時電容器兩端的電壓即光伏系統(tǒng)的Voc。</p><p>　　圖4.1給出了該日不同時刻充電電壓曲線，僅對于Siemens系統(tǒng)來說，在早上8:35(b)到16:14(c)之間的充電過程可以較好完成，電容器兩端電壓穩(wěn)定，此時開路電壓測量數(shù)據(jù)較為準確；在這個時間段以

106、外的（(a)和(d)），由于光強較弱，充電電流和電壓都很小，數(shù)據(jù)采集結(jié)束之前充電不能完成，曲線并未達到平穩(wěn)狀態(tài)，因此所測量的Voc值低于實際Voc。從（a）和（b）電流曲線里也可以看出，光強較弱時在采集結(jié)束前電流高于0A，充電并未完成。相比來說SunPower系統(tǒng)Voc測量準確區(qū)間在9:30-16:14之間。</p><p>　　解決這個問題的方法是增加充電時間。但是增加充電時間之后，數(shù)據(jù)存儲量增大，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫壓