使用測(cè)試儀器測(cè)量太陽(yáng)能電池的功率輸出

　　序言

　　太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)增加了對(duì)太陽(yáng)能電池（及太陽(yáng)能模組）測(cè)試和測(cè)量解決方案的需求，而且隨著太陽(yáng)能電池尺寸的增大和效率的提高，電池測(cè)試需要運(yùn)用更大的電流和更高的功率水平，這就要求采用更加靈活的測(cè)試設(shè)備

　　典型測(cè)量

　　測(cè)試較小的單個(gè)電池時(shí)，這些最大電流和功率是可接受的，但是隨著電池技術(shù)向更高的效率、更大的電流密度和更大的電池尺寸推進(jìn)，電池的功率輸出將很快會(huì)超出這些四象限電源的最大額定值太陽(yáng)能模組的輸出通常會(huì)超過(guò)50W,而且可能會(huì)爬升至300W或更高，這意味著許多針對(duì)模組的測(cè)試都無(wú)法使用四象限電源來(lái)完成

　　在這些情況下，工程師應(yīng)當(dāng)借助于現(xiàn)成的電子負(fù)載、直流電源、DMM和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括溫度測(cè)量、掃描、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，以便在寬泛的操作范圍內(nèi)靈活地進(jìn)行獨(dú)特的測(cè)試，并且達(dá)到預(yù)期的測(cè)試精度例如，可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)掃描環(huán)境和待測(cè)器件的溫度，已校準(zhǔn)的參考電池的電壓，以及在測(cè)試中需要捕獲的各種其他測(cè)試參數(shù)

　　太陽(yáng)能電池測(cè)量通常包括以下關(guān)鍵參數(shù)。

　　開(kāi)路電壓（Voc）――電流為零時(shí)的電池電壓。

　　短路電流（Isc）――負(fù)載電阻為零時(shí)的電池電流。

　　電池的最大功率輸出（Pmax）――電池產(chǎn)生最大功率時(shí)的電壓和電流點(diǎn)。I-V 曲線上的 Pmax 點(diǎn)通常指最大功率點(diǎn)（MPP）。

　　Pmax 電壓（Vmax）――Pmax 時(shí)的電池電壓。

　　Pmax 電流（Imax）――Pmax 時(shí)的電池電流。

　　現(xiàn)在，太陽(yáng)能電池測(cè)試解決方案主要有兩種形式：完整的交鑰匙系統(tǒng)和通用的測(cè)試儀器如果需要在太陽(yáng)能電池最大輸出功率時(shí)進(jìn)行測(cè)試，許多研究實(shí)驗(yàn)室都具備低功耗四象限電源。

　　器件的轉(zhuǎn)換效率（η）――在太陽(yáng)能電池連接至電路時(shí)，轉(zhuǎn)換（從光能轉(zhuǎn)換為電能）和收集的功率百分比。η 的計(jì)算方法為：最大功率點(diǎn) Pmax 除以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（STC）下的輸入光輻照度（E,單位：W/m2）和太陽(yáng)能電池表面積（Ac,單位：平方米）。

　　·        占空因數(shù)（FF）――最大功率點(diǎn) Pmax 除以開(kāi)路電壓（Voc）和短路電流（Isc）

　　·        電池二極管性能

　　·        電池串聯(lián)電阻

　　·        電池并聯(lián)電阻

　　圖 1:太陽(yáng)能電池的電流電壓曲線圖

　　圖中文字中英對(duì)照：

　　常用解決方案

　　目前，太陽(yáng)能電池測(cè)試解決方案分為兩大類：成套系統(tǒng)和通用測(cè)試儀器。成套系統(tǒng)適用于驗(yàn)證和制造測(cè)試階段。這些系統(tǒng)可以確保測(cè)試的可重復(fù)性，因?yàn)樗鼈兘?jīng)過(guò)編程，可對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行一系列電池測(cè)試。

　　研究人員通常會(huì)使用半導(dǎo)體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室中的通用測(cè)試儀器。他們使用半導(dǎo)體器件參數(shù)分析儀測(cè)量二極管器件特性，使用 LCR 測(cè)量計(jì)（電感電容電阻測(cè)量計(jì)）測(cè)量材料/器件的電感、電容和電阻。

　　在測(cè)試整個(gè)太陽(yáng)能電池輸出功率時(shí)，許多研究實(shí)驗(yàn)室會(huì)使用低功率 4 象限電源（有時(shí)簡(jiǎn)稱 SMU），該電源可以：

　　精確地供應(yīng)正和負(fù)電壓（供應(yīng)也稱施加）；

　　精確地供應(yīng)正和負(fù)電流（供應(yīng)負(fù)電流是將電流吸入電源的過(guò)程）；

　　精確測(cè)量被測(cè)件的電壓和電流（測(cè)量也稱感知）。

　　4 象限電源的用途十分廣泛，但其能夠?yàn)楸粶y(cè)件提供的最大電流和功率較小。大部分精密型 4 象限電源只能供應(yīng) 3 A 或 20 W 的連續(xù)電力。這種最大電流和功率適合小型獨(dú)立電池測(cè)試，但隨著電池技術(shù)的發(fā)展，電池的效率、電流密度和尺寸均出現(xiàn)了較大幅度的增長(zhǎng)，電池功率輸出可能很快超過(guò) .

　　為此，工程師必須使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)電子負(fù)載、直流電源、數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成靈活的測(cè)試系統(tǒng)，才能在廣泛的工作范圍內(nèi)對(duì)這些太陽(yáng)能電池模塊進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)保證測(cè)量精度。例如，您可以使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)掃描環(huán)境溫度、被測(cè)件溫度、校準(zhǔn)參考電池的電壓以及其他需要在測(cè)試中捕獲的測(cè)試參數(shù)。