专利名称：基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体材料检测系统，特别涉及一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统。
背景技术：
太阳能发电已成为新能源产业重要的方面之一。而太阳能电池是实现光电转换的最重要器件，其性能直接影响着太阳能发电系统的效率。因此，对太阳能电池的质量检测就显得尤为重要，需要建立一套能在较短时间内测出太阳能电池及组件的开路电压、短路电流及最大功率点，并能自动绘出其I-V特性曲线和计算出填充因子等表征太阳能电池性能优 劣的参数的自动化测试系统。然而，目前国内外市场上使用的太阳能电池测试系统存在着以下问题1)直接将太阳能电池与负载电阻相连接，通过改变负载电阻的阻值，得到太阳能电池的I-V特性。但实际电路中存在内阻，使得太阳能电池无法达到完全短路状态，因而该测试系统不能得到完整的太阳能电池I-V特性曲线。2)当采用可变功率电阻器作为太阳能电池的负载时，每次测量太阳能电池的I-V特性曲线都需要多次手动调节电阻阻值，导致测量数据点十分有限，且人为误差因素较高，费时费力。3)当采用可变电子负载作为太阳能电池的负载时，测试系统需要包括可变电子负载的主电路、驱动电路、采样电路、控制电路、通讯�？榧氨；さ缏返取Ｔ斐上低秤布峁故指丛樱杀靖撸寤�、质量庞大，不能满足现场测试条件的需要。4)测试系统不能实现多种测试环境(环境温度、光照强度)下太阳能电池性能的转换，因此只能在标准测试条件下测试待测太阳能电池的伏安特性，不能满足任意测试环境下现场测试的条件；使得测试系统中还应包含模拟标准条件下的光源器件，此模拟光源不仅会造成光谱等参数与真实的标准光源失配，而且增加了成本。5)由于数据采集单元本身的限制导致太阳能电池伏安特性曲线中测量点分辨率低、间隔较大，造成测试精度不高。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，结构简单，测试精度高，能得到待测太阳能电池完整的i-v特性曲线，满足现场测试条件的要求。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，包括数据采集卡，数据采集卡与采样电阻相连接，采样电阻的一端分别与数据采集卡模拟输出端口中的一个端口和数据采集卡模拟输入端口中的一个端口相连接， 采样电阻的另一端与数据采集卡输入端口中的另一个端口相接；数据采集卡的另外两个模拟输入端口分别与日照传感器的两端相连接；数据采集卡与计算机测试平台通过安装驱动程序后，经USB接口连接。该测试系统还包括温度计，用于测试环境温度，提供测试现场的温度值。计算机测试平台用于控制测试系统向待测太阳能电池及组件负载输出模拟电压，用于控制测试系统采集负载两端电压、电流信号，用于实时显示并保存实测环境下待测太阳能电池及组件负载的电压、电流数据，用于将实测数据转换至标准条件下并最终给出标准条件下I-V特性及曲线。本发明测试系统具有如下优点 I)采用基于惠斯通电桥的补偿法测试太阳能电池的负载特性，可真正实现负载由零向无穷大的变化过程，进而得到完整的太阳能电池I-V特性曲线。2)采用数据采集卡模拟输出电压信号的功能来模拟可变负载。由于数据采集卡的采样频率和数据精度高，且测试过程通过LabVIEW软件控制，可消除人为因素的干扰。3)由于本系统可在几秒钟内完成向待测太阳能电池外电路模拟电压信号的输出和数据采集的任务，近似可认为太阳光照没有发生变化，因而可以满足现场测试的要求。4)利用硅用太阳能电池的工程数学模型将实测环境下的数据向标准条件转化，并通过LabVIEW调用Matlab软件实现此功能，因而使得现场测试具有意义。5)在现场测试条件下可省去模拟标准光源的器件，因而不存在光谱失配的问题，也节约了系统的成本。
图I是本发明太阳能电池测试系统一种实施例的结构示意图。图2是本发明太阳能电池测试系统的流程图。图3是采用本发明测试系统对太阳能电池进行测试得到的电压变化曲线图。图4是采用本发明测试系统对太阳能电池进行测试得到的电流变化曲线图。图5是本发明测试系统对图3和图4所述太阳能电池进行测试后，将该太阳能电池参数自动转换到标准条件下并绘制的特性曲线与采用现有测试系统对该太阳能电池进行测试后在标准条件下绘制的特性曲线的对比图。图中，I.待测太阳能电池，2.采样电阻，3.数据采集卡，4.计算机测试平台，5.温度计，6.日照传感器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。现有太阳能电池测试系统中采用了负载电阻，测试时通过改变该负载电阻的阻值，得到太阳能电池的I-V特性曲线。但由于实际电路中存在内阻，使得太阳能电池无法达到完全短路状态，使得现有的测试系统不能得到完整的太阳能电池的I-V特性曲线。为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，能够得到完整的太阳能电池I-V特性曲线。该测试系统一种实施例的结构如图I所示，包括数据采集卡3和温度计5，数据采集卡3与采样电阻2相连接，采样电阻2的一端分别与数据采集卡3的模拟输出端口 AOO和数据采集卡3的模拟输入端口 AI4相连接，采样电阻2的另一端与数据采集卡3的输入端口 AIO相接；数据采集卡3的另外两个模拟输入端口分别与日照传感器6的两端相连接，数据采集卡3与计算机测试平台4通过安装驱动程序后，经USB接口连接。计算机测试平台4用于控制测试系统向待测太阳能电池及组件负载输出模拟电压，控制测试系统采集负 载两端电压、电流信号，实时显示并保存实测环境下待测太阳能电池及组件负载的电压、电流数据，将实测数据转换至标准条件下并最终给出标准条件下I-V 特性及曲线。实际应用时，由于数据采集卡3具有多个模拟输入端口 Al和多个模拟输出端口 A0,因此，采样电阻2的两端可以与该多个模拟输入端口 Al中的任意两个分别相连接，采样电阻2与数据采集卡3模拟输出端口 AO相连接的一端可以与该多个模拟输出端口 AO中的任意一个相连接。数据采集卡3采用美国NI公司生产的PCI-6221数据采集卡，该6221数据采集卡具有16个16位模拟输入端口、2个模拟输出端口，当输入电压的变化范围为土 10V，采样频率高达48KHz。使用6221数据采集卡的两路模拟电压输入端检测采样电阻2两端的电压信号；同时，使用6221数据采集卡的另外两路模拟电压输入端测量日照传感器6两端的开路电压信号，还使用6221数据采集卡的GND端口以及一路模拟电压输出端口 AO来模拟太阳能电池的可变负载。将采样电阻2与数据采集卡3模拟输入端口 AIO相接的一端与待测太阳能电池I 的正极相连接；由LabVIEW程序控制数据采集卡3以一定步长连续变化地输出电压信号，实现模拟一个可变负载的功能；利用数据采集卡3模拟输入的功能，将数据采集卡3模拟输入、输出端口的GND接线端口连接至太阳能电池I的负极，实现共地，以差分的方式测量待测太阳能电池I的电压值，并通过采样电阻2换算成电流值作为待测太阳能电池I的输出电流I。本发明测试系统通过LavVIEW中的移位寄存器实现测试需要的以0. OlK步长逐渐递增的电压模拟输出，初始化其循环次数N=O，通过等待时钟控制使得电压从起始电压递增到截止电压。采集�？橥褂玫却敝涌刂撇裳愕氖奔浼涓簦迪质淙胗胧涑鐾�。 恰好满足每输出一个电压信号系统每采集一次的要求，实现传统测试电路中的可变负载功能。其流程如图2所示，当计算机测试平台4接收到用户发出的开始采集指令时，系统会自动初始化，清除以往测试遗留的数据。用户可根据待测太阳能电池I出厂时的开路电压设置需要数据采集卡3输出的最大工作电压，设置完毕后用户可通过启动采集按钮开启采集任务。数据采集卡3的一路模拟输出端便会依照用户设定的频率和电压步长向外电路输出电压信号，同时数据采集卡3的两路模拟输入端以相同频率分别采集待测太阳能电池负载两端的电压和电流信号，并在计算机测试平台4前面板实时地显示采集到的电压、电流信号值，同时，系统将采集到的数据整理保存到计算机硬盘空间中。每采集一次信号，系统会自动累加总采集次数，每一次新的采集开始前系统会自动判断总采集次数乘以采集步长是否超过用户设置的最大输出电压，如果没有超过用户设置的最大输出电压则继续下一次采集；如果超过用户设置的最大输出电压则停止本次采集任务。直到停止采集任务后，系统会自动读取上一步保存在计算机硬盘空间中的数据，并根据日照传感器6采集得到的日照强度数据和用户输入的温度计5读到的温度数据，结合硅用太阳能电池工程数学模型将实测数据在Matlab软件中转化到标准条件下。由于本系统无法自动采集温度，需要借助外部温度计实现温度测量，而采集所得温度是后续结合硅用太阳能电池工程数序模型实现标准化的充分条件之一，计算机因为不能自得知温度值，故需要用户根据温度计5读取的数据输入到计算机测试平台4的面板上，为后续标准化做准备。最终在计算机LabVIEW测试平台前面板中显示现场测试的待测太阳能电池在标准条件下的开路电压、短路电流、最大功率点处的电压、电流、填充因子这些参数并绘制、显示标准条件下的I-V特性曲线。本测试系统采用补偿法测试太阳能电池的伏安特性，克服了直接测量法不能得到完整的太阳能电池I-V特性曲线的缺点。基于惠斯通电桥的补偿测试法原理，通过数据采集卡3加入一个可变模拟输出电压可以实现待测太阳能电池负载由零向无穷大变化的过程，进而得到完整该待测太阳能电池I的伏安特性曲线。通过LabVIEW软件控制数据采集卡3输出连续变化的电压信号，该电压信号的变化范围则需要根据待测太阳能电池I的特性，即待测太阳能电池I的开路电压和短路电流来决定
起始电压=一电池短路电流X采样电阻；
截止电压=电池的开路电压。本发明测试系统的硬件简单、体积和质量�。唤隹山殖∈挡獾奶裟艿绯氐�1-V特性数据通过硅用太阳能电池的工程数学模型转化到标准条件下，满足现场测试的要求，而且不需要模拟标准光源的器件，因此没有光谱失配等问题，大大降低了系统的成本。本测试系统利用硅用太阳能电池工程数学模型的I-V特性曲线方程来实现上述向标准条件转化(忽略太阳能电池内阻)，该I-V特性曲线方程为
权利要求
1.一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，其特征在于，包括数据采集卡(3)，数据采集卡(3)与采样电阻(2)相连接，采样电阻(2)的一端分别与数据采集卡(3)模拟输出端口中的一个端口和数据采集卡(3 )模拟输入端口中的一个端口相连接，采样电阻(2)的另一端与数据采集卡(3)输入端口中的另一个端口相接；数据采集卡(3)的另外两个模拟输入端口分别与日照传感器(6)的两端相连接；数据采集卡(3)与计算机测试平台(4)通过安装驱动程序后，经USB接口连接。
2.按照权利要求I所述的测试系统，其特征在于，该测试系统还包括温度计(5)，用于测试环境温度，提供测试现场的温度值。
3.按照权利要求I所述的测试系统，其特征在于，所述的计算机测试平台(4)用于控制测试系统向待测太阳能电池及组件负载输出模拟电压，用于控制测试系统采集负载两端电压、电流信号，用于实时显示并保存实测环境下待测太阳能电池及组件负载的电压、电流数据，用于将实测数据转换至标准条件下并最终给出标准条件下I-V特性及曲线。
全文摘要
本发明公开了一种基于LabVIEW的太阳能电池及组件测试系统，包括数据采集卡，数据采集卡与采样电阻相连接，采样电阻的一端分别与数据采集卡模拟输出端口中的一个端口和数据采集卡模拟输入端口中的一个端口相连接，采样电阻的另一端与数据采集卡输入端口中的另一个端口相接；数据采集卡的另外两个模拟输入端口分别与日照传感器的两端相连接；数据采集卡与计算机测试平台通过安装驱动程序后，经USB接口连接。本测试系统能将实测环境下的数据向标准条件转化，得到完整的太阳能电池I-V特性曲线，满足现场测试的要求。
文档编号G01R31/26GK102621469SQ20121009496
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者任浩然, 杨志刚, 田嘉彤 申请人:任浩然, 杨志刚, 青海天普太阳能科技有限公司
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