光伏陣列I-V特性分析測(cè)試儀的原理是什么??求解

【專家解說(shuō)】：光伏陣列I-V特性分析測(cè)試儀已經(jīng)成功應(yīng)用于光伏電站驗(yàn)收，光伏發(fā)電站監(jiān)造，光伏發(fā)電系統(tǒng)的年檢、光伏發(fā)電站日常維護(hù)檢測(cè)。是鑒衡認(rèn)證中心應(yīng)用于光伏電站金太陽(yáng)認(rèn)證的唯一指定檢測(cè)工具，還應(yīng)用于中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心、中國(guó)電力科學(xué)研究院等與多家光伏檢測(cè)簽約實(shí)驗(yàn)室。光伏陣列I-V特性分析測(cè)試儀 產(chǎn)品詳細(xì)介紹如下: 一、 背景介紹 光伏電站投入運(yùn)行之前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)后驗(yàn)收，國(guó)家GBT 18210-2000 《晶體硅光伏(PV)方陣I-V特性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量》給出了相應(yīng)的技術(shù)要求。在投入運(yùn)行后的20年內(nèi)，電站運(yùn)營(yíng)方也要不斷對(duì)光伏電站各子陣列的I-V特性進(jìn)行測(cè)試，查找故障隱患，以便日常維護(hù)及維修。 光伏系統(tǒng)根據(jù)其對(duì)功率的需求配備或大或小的光伏陣列，這一光伏陣列是由太陽(yáng)電池組件按串聯(lián)、并聯(lián)規(guī)則組合在一起的。如果各串聯(lián)的太陽(yáng)電池組件的工作特性由于離散性而導(dǎo)致不一致，在工作點(diǎn)的電流會(huì)不同，則必然會(huì)帶來(lái)效率的損失;同理，如果太陽(yáng)電池組件并聯(lián)，則由于離散性，其相同工作電壓條件下的最佳效率點(diǎn)會(huì)不一致，也會(huì)出現(xiàn)效率的損失。這種由于太陽(yáng)電池組件特性曲線之間失配而帶來(lái)的損失，稱為“聯(lián)結(jié)損耗"。由于“聯(lián)結(jié)損耗"的存在，使得由眾多太陽(yáng)電池聯(lián)成的陣列效率總是低于單個(gè)電池的發(fā)電效率。太陽(yáng)電池的I-V特性曲線本身具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，易于受環(huán)境因素的影響，對(duì)于溫度、照度的變化敏感。所以太陽(yáng)電池安裝環(huán)境條件的多變性，必然會(huì)使得太陽(yáng)電池在不同環(huán)境條件下的實(shí)際發(fā)電量和負(fù)載工作點(diǎn)大相徑庭。廠家提供的太陽(yáng)電池組件的特征參數(shù)都是基于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，而這些特征參數(shù)并不能反映太陽(yáng)電池的實(shí)際工作情況。 由此可以看出，如果僅僅依靠廠家提供的太陽(yáng)電池組件的特征參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，往往很難達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。例如光伏電站，其所配用的光伏陣列容量可以通過(guò)計(jì)算得出，但事實(shí)證明許多理論計(jì)算配置的系統(tǒng)是不合理的，有時(shí)甚至是失敗的，其原因就是由于光伏系統(tǒng)中的光伏陣列存在組合效率損失，并在不同日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度下的特性有很大差異。 所以在光伏發(fā)電站安裝、光伏發(fā)電站監(jiān)造、光伏發(fā)電站驗(yàn)收、光伏發(fā)電站年檢時(shí)，一定要使用大功率的光伏陣列I-V特性測(cè)試儀對(duì)光伏陣列進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)、核實(shí)光伏組件工作性能及安裝合理性。 二、 工作原理 PV-8150K主機(jī)內(nèi)置有滿足大功率、高電壓、時(shí)間常數(shù)τ精確計(jì)算的充放電的專用電容器，動(dòng)態(tài)電容充電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法是根據(jù)電容的特性，將內(nèi)置電容器當(dāng)成光伏陣列的可變負(fù)載，通過(guò)對(duì)光伏陣列給電容充電整個(gè)過(guò)程進(jìn)行電流和電壓采樣，來(lái)測(cè)試并用專用軟件將數(shù)據(jù)處理成光伏陣列的伏安特性曲線。其測(cè)量工作原理如下圖所示。 電容充放電法測(cè)量光伏陣列伏安特性的工作原理圖 PV-8150K主機(jī)內(nèi)置的電容器在剛開(kāi)始充電時(shí)，阻抗很低幾乎為零，充電回路相當(dāng)于短路，此時(shí)的數(shù)據(jù)即為短路電流;當(dāng)電容充電結(jié)束時(shí)，阻抗非常大，充電回路相當(dāng)于開(kāi)路，此時(shí)的數(shù)據(jù)即為開(kāi)路電壓。在電容的充電過(guò)程中，電容的阻抗從零變化到無(wú)窮大，這就相當(dāng)于光伏陣列的負(fù)載從零變化到無(wú)窮大。由上圖可知，電容上的電壓V和充電電流I的關(guān)系也同時(shí)反映了陣列的當(dāng)前電壓和電流關(guān)系。對(duì)電容整個(gè)充電過(guò)程的電壓電流進(jìn)行采樣，這些采樣點(diǎn)的組合就構(gòu)成了當(dāng)前環(huán)境條件下的陣列IV特性曲線，知道了I-V的對(duì)應(yīng)關(guān)系，專用軟件就可以計(jì)算出最大功率并繪制成曲線。 對(duì)應(yīng)上圖，整個(gè)測(cè)量過(guò)程描述如下:首先采樣控制電路發(fā)開(kāi)關(guān)S2控制信號(hào)去使開(kāi)關(guān)S2閉合，通過(guò)功率電阻R把電容上殘余的電量消耗掉，使電容保持零初時(shí)狀態(tài)。然后，采樣控制電路發(fā)開(kāi)關(guān)S2控制信號(hào)去使開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，發(fā)開(kāi)關(guān)S1控制信號(hào)去使開(kāi)關(guān)S1閉合，同時(shí)控制電壓、電流采樣電路按合適的采樣速度對(duì)電容充電整個(gè)過(guò)程的電壓、電流進(jìn)行采樣。Sl剛閉合時(shí)流過(guò)電容C的充電電流就是光伏陣列的短路電流I，當(dāng)流過(guò)電容C的充電電流為零時(shí)，表示電容充電過(guò)程結(jié)束，此時(shí)采樣的電壓就是光伏陣列的開(kāi)路電壓V。這種方法只要選取適當(dāng)?shù)碾娙?、開(kāi)關(guān)管(容量足夠大)，理論上可以測(cè)量任意光伏陣列的特性。 群菱公司根據(jù)IEC62446推薦的試驗(yàn)建議，專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的PV-8150K是采用電容充放電檢測(cè)方式，具備測(cè)試速度快、精度高、光伏陣列的特性可以直接以曲線的形式顯示出來(lái)、測(cè)試結(jié)果直觀等特點(diǎn)。 PV-8150K產(chǎn)品根據(jù)電容充放電試驗(yàn)方法所制作的檢測(cè)系統(tǒng)需要有復(fù)雜的自動(dòng)化控制電路，復(fù)雜的工藝結(jié)構(gòu)，對(duì)采樣速度、元器件精度以及數(shù)據(jù)處理器的同步采集速度要求非常高，群菱公司克服了各種技術(shù)困難，成功研制出適用于光伏電站現(xiàn)場(chǎng)專用的大功率便攜式光伏方陣I-V特性分析測(cè)試儀器。 三、 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 群菱是中國(guó)唯一生產(chǎn)大功率太陽(yáng)電池方陣測(cè)試儀、逆變器孤島防護(hù)測(cè)量專用精密負(fù)載等產(chǎn)品的專業(yè)廠家，擁有雄厚的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力和良好的售后服務(wù)。 由于技術(shù)原因，光伏行業(yè)國(guó)內(nèi)目前I-V特性測(cè)試儀器都是針對(duì)單個(gè)PV電池組件的，最大測(cè)試功率通常不超過(guò)1kW，而且只能配用脈沖式光源，用來(lái)測(cè)量光伏電站在實(shí)踐中是不可行的。以10MW光伏電站為例，測(cè)量單位通常為50-100kW的匯流箱，或至少為工作電壓600VDC、功率為3kW-5kW的電池組串。因此，大功率的光伏陣列性能測(cè)量和鑒定一直是光伏行業(yè)的難題。 光伏產(chǎn)業(yè)就光伏組件和光伏發(fā)電系統(tǒng)的檢測(cè)目前面臨以下三個(gè)技術(shù)難題: 1、光伏組件I-V特性檢測(cè)使用脈沖式太陽(yáng)光模擬器或者恒定光模擬器。但是由于以下因素: 1) 其光譜與太陽(yáng)光光譜有高達(dá)25%的失配度的不同; 2) 脈沖式點(diǎn)光源照射在樣品上的，因入射角度和光線距離的不同，而產(chǎn)生的照度不均勻性; 3) 光脈沖形狀和持續(xù)時(shí)間的不同; 4) 組合燈光源中各個(gè)燈之間的光性能差異; 5) 測(cè)試環(huán)境溫度; 這些因素都必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果與太陽(yáng)光下實(shí)際應(yīng)用情況有較大差異，也導(dǎo)致各實(shí)驗(yàn)室之間的測(cè)試結(jié)果有較大差異。 2、對(duì)于聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于聚光器曲線和光學(xué)軸心定位的特殊要求，使得測(cè)量用入射光必須為平行光，這一要求否定了點(diǎn)光源脈沖模擬器的使用，而恒定光模擬器也因其光源尺寸很難與聚光器尺寸匹配或測(cè)試功率過(guò)大而實(shí)際不可行。 3、就光伏陣列I-V特性測(cè)量而言，由于光伏陣列功率大(≥100kW)和要求瞬間測(cè)量，因而不可能現(xiàn)場(chǎng)使用傳統(tǒng)的、例如程控電子負(fù)載等功率測(cè)量方法，包括使用程控電子負(fù)載等方法。而且由于光伏陣列電壓高，電流大，目前也尚無(wú)可用的I-V特性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 群菱公司最新開(kāi)發(fā)研制的PV-8150K正是為解決上述技術(shù)難題而研發(fā)生產(chǎn)的儀器，它利用自然太陽(yáng)光為測(cè)試光源，使所有由于使用模擬光源產(chǎn)生的問(wèn)題迎刃而解。儀器的測(cè)量原理和技術(shù)要求根據(jù)IEC 62446:2009《并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng):技術(shù)資料，委托檢測(cè)和驗(yàn)收測(cè)試的最低要求》標(biāo)準(zhǔn)、以及國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)/北京鑒衡認(rèn)證中心發(fā)布的CGC/GF003.1:2009《并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范第1部分:電氣設(shè)備》的光伏電站驗(yàn)收等標(biāo)準(zhǔn)。 PV-8150K太陽(yáng)能光伏電站子陣列I-V特性測(cè)試儀可用于功率200kW以下的光伏陣列系統(tǒng)，最大測(cè)試電壓DC1000V，最大測(cè)試電流200A，是光伏電站驗(yàn)收鑒定檢測(cè)、監(jiān)造檢測(cè)、年檢、日常維護(hù)測(cè)試中是必不可少的工具，可廣泛應(yīng)用于光伏電站安裝調(diào)試及日常維護(hù)檢測(cè)、光伏電站鑒定和驗(yàn)收，高校、科研院所和光伏實(shí)驗(yàn)室等。PV-8150K也可用于建筑物光伏發(fā)電系統(tǒng)等大功率獨(dú)立光伏系統(tǒng)的I-V特性測(cè)試。 PV-8150K研制成功將徹底解決光伏電站大功率太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)輸出特性的檢測(cè)難題，同時(shí)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)大功率光伏發(fā)電陣列鑒定檢測(cè)儀器的空白。 四、 主要功能 1. PV-8150K測(cè)試簡(jiǎn)單，全自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的設(shè)置在測(cè)試時(shí)不需要任何煩瑣的設(shè)定，可隨時(shí)顯示、保存測(cè)試數(shù)據(jù); 2. PV-8150K通過(guò)直接測(cè)量光伏電站的短路電流和開(kāi)路電壓，而不是通過(guò)測(cè)量I-V特性得出短路電流和開(kāi)路電壓?？呻S著太陽(yáng)輻照強(qiáng)度的變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示對(duì)應(yīng)的短路電流和開(kāi)路電壓; 3. PV-8150K檢測(cè)的數(shù)據(jù)由CPU處理為I-V曲線后通過(guò)液晶屏顯示，可以實(shí)時(shí)觀察I-V特性曲線形成的過(guò)程并通過(guò)波形畸變分析被測(cè)系統(tǒng)特性是否有失配或故障; 4. PV-8150K采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62446推薦的“電容充電測(cè)試原理”，能客觀檢測(cè)I-V曲線及短路電流，開(kāi)路電壓，最大功率，填充系數(shù)以及最大功率下的電流和最大功率下的電壓數(shù)據(jù)，能客觀地給出光伏系統(tǒng)真實(shí)的I-V特性曲線，特別是最大輸出功率點(diǎn)Pm以及此功率點(diǎn)下的電壓及電流值。結(jié)合長(zhǎng)期測(cè)試積累的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)分析被測(cè)光伏陣列矩陣中存在的問(wèn)題，如熱斑、接觸不好、個(gè)別組串損壞等; 5. PV-8150K還有將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的功率數(shù)據(jù)利用行業(yè)公認(rèn)數(shù)據(jù)推算到標(biāo)準(zhǔn)條件(STC)下功率的功能; 6. PV-8150K測(cè)試系統(tǒng)不需要任何外部供電，非常適合于光伏電站的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試; 7. 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行I-V特性測(cè)量測(cè)試，具體測(cè)量結(jié)果如下: 8. 開(kāi)路電壓Voc; 9. 短路電流Isc;; 10. 最大輸出功率Pma; 11. 最大輸出功率下的電壓Vpm; 12. 最大輸出功率下電流Ipm; 13. 填充因子FF; 14. 太陽(yáng)光輻照度0~4000 W/m2; 15. 環(huán)境溫度T; 16. PV-8150K系列測(cè)量軟件功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，數(shù)據(jù)分類管理。軟件功能可按使用要求升級(jí)和擴(kuò)展; 17. PV-8150K的部分型號(hào)，可以按用戶要求，配備遠(yuǎn)程脫機(jī)輻照度、溫度監(jiān)控傳感器，可以方便用于建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)的測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)條件的推算。 五、 技術(shù)參數(shù) 1. 電壓測(cè)量范圍:10~1000V; 2. 電流測(cè)量范圍:0.3~200A; 3. 日照測(cè)量范圍:0~4000 W/M2;(可選項(xiàng)) 4. 環(huán)境溫度測(cè)量范圍:-55℃~125℃; 5. 電壓測(cè)量精度:≤±1V; 6. 電流測(cè)量精度:≤±0.1A; 7. 光強(qiáng)不均勻度:≤±2%; 8. 溫度測(cè)量精度:≤±1℃; 9. 表讀數(shù)分辨率1W，熱電堆傳感器誤差≤2%，儀表誤差≤2%，美國(guó)NIST校準(zhǔn); 10. 環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)儀:-40℃~+100℃，±1℃; 11. 測(cè)試時(shí)間:≤15S;(短時(shí)測(cè)量，充電時(shí)間與波形有關(guān)) 12. 放電時(shí)間:30s; 13. 測(cè)試功率:5kW-200kW; 14. 測(cè)試誤差:電壓、電流、功率測(cè)量誤差≤1%; 15. 輻照度靈敏度:7~14μV/W/㎡;(可選項(xiàng)) 16. 工作電源:內(nèi)置電池，為儀表供電; 17. 測(cè)試記錄:測(cè)試器內(nèi)部可存儲(chǔ)記錄1000個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，分組命名或編號(hào);可記錄測(cè)試日期和時(shí)間; 18. IP 等級(jí):IEC60529-IP65; 19. 使用條件: -55℃~+75℃;相對(duì)濕度:20%R.H.-80%R.H.; 20. 絕緣電阻:≥4MΩ; 21. 耐電強(qiáng)度:介質(zhì)耐壓:3000VDC(面板可觸及金屬件與輸入端之間) 3000VDC(面板可觸及金屬件與220V充電輸入端之間) 22. 數(shù)據(jù)輸出顯示:觸摸屏; 23. 重 量:10kG。 六、 外觀圖片 圖片僅供參考，產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)中，有所改動(dòng)，請(qǐng)以實(shí)物為準(zhǔn)。 七、 標(biāo)準(zhǔn)配置 序 號(hào) 名 稱 數(shù) 量 1 主機(jī):PV-8150K 1臺(tái) 2 測(cè)試線 1套 3 USB數(shù)據(jù)傳輸線 1根 4 電源線 1根 5 軟件光盤(pán)(Soft Disk) 1張 6 說(shuō)明書(shū)(Manual) 1本 7 保修卡(Warranty card) 1份 八、 行業(yè)用戶 1. 鑒衡認(rèn)證中心---多次采購(gòu)，用于光伏發(fā)電站金太陽(yáng)認(rèn)證驗(yàn)收 2. TUV萊茵(北京)實(shí)驗(yàn)室 3. 天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司 4. 許昌開(kāi)普電氣檢測(cè)研究院 5. 浙江方圓檢測(cè)集團(tuán) 6. 中國(guó)電力科學(xué)研究院 7. 華北電力科學(xué)研究院 8. 內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院 9. 新疆電力科學(xué)研究院 10. 常州華陽(yáng)光伏檢測(cè)技術(shù)有限公司 11. 寧夏發(fā)電集團(tuán) 12. 陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司、 如需更多資料，北京群菱能源科技