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专利名称：一种室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池测试领域。
背景技术：
在化石资源日益紧张的今天，太阳能光伏应用作为一种清洁无污染的能源输出方式，具有很不错的应用前景，但因太阳电池制作成本较高的限制，影响了光伏应用的推广。因为光伏应用的成本主要集中在光伏电池上，采用聚光光伏技术，可以在较小的太阳电池上产生比同面积普通太阳电池更大的能量输出。聚光光伏将太阳光汇聚后通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能，从而使部分成本从光伏电池本身转移到聚焦系统和太阳光跟踪系统上，这是降低光伏应用的系统成本的有效途径。·与传统单晶硅或多晶硅电池相比，聚光光伏通常采用具有更高效率的III-V族半导体材料作为三结电池材料，这样电池可以吸收更宽光谱的阳光，达到更高的发电效率。2011年这种类型的三结电池效率的纪录已经达到41. 4%，且该效率已被美国可再生能源实验室证实。随着聚光光伏技术的不断发展，研究者发明了各种不同形式的聚光太阳电池与组件。如申请号为200910061751. 3的中国专利公开了一种一种太阳电池参数测试装置，包括模拟光源、参数测试仪和测试平台，模拟光源位于测试台上方，测试台下方设有散热装置。其未设置聚光装置，适用于模拟光源出口发散角较小的情况，对于模拟光源出口发散角较大的情况，测试效果不好。为了测试和研发不同的电池，就需要一套可以模拟太阳光并可以调节光源强度、具有宽光谱大视场角，多种聚焦倍数的聚光光伏太阳电池测试装置。

发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种稳定模拟太阳光、可调节光源强度、具有宽光谱大视场角、多种聚焦倍数的室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置，包括光学平台、模拟光源、电池夹具和测试系统，位于光学平台上的模拟光源发出光线，测试系统测量待测太阳电池的光伏特性曲线，其特征是，还包括聚光系统，所述聚光系统包括依次排列在光路中的聚焦镜、场镜和准直镜，通过聚光系统将光线聚焦在待测太阳电池上。进一步地，所述聚焦镜放置在模拟光源出口，场镜放置在聚焦镜的焦点处，准直镜的焦点与聚焦镜的焦点重合。所述聚焦镜的焦点的测量使用波长为526. Inm的绿光。进一步地，所述测试系统包括测量光强光功率计和测量光伏特性曲线的数字源表，二者测量得到的数据传输到数据处理系统。进一步地，所述电池夹具为温控电池夹具。更进一步地，所述温控电池夹具包括位于前部的真空泵和位于后部的水冷热交换器。聚光太阳电池在测试时被吸附在温控电池夹具上，吸附力由真空泵提供。更进一步地，所述水冷热交换器所用冷水由水冷机提供，所述水冷热交换器的盘管为双螺旋结构，能得到更稳定与均匀的温度分布。更进一步地，所述水冷热交换器的冷却水进出口和电池夹具表面设有温度探头，将温度测量数据传输到数据处理系统。进一步地，所述模拟光源为AMI. 5D滤镜的稳态模拟器。与现有技术相比，有益效果是
(I)本发明具有大视场角。现有技术适用于模拟光源出口发散角较小的情况，而本发明通过聚光系统的设计，可以在模拟光源出射光发散较大的情况下使用。(2)本发明具有更宽的光谱(30(Tl800nm)，更小的色散，特别适合III-V族多结太阳电池的测试。(3)本发明具有更均匀的温控系统，结合数据处理系统，可以计算电池温度，得到的伏安特性曲线更精确。


图I是本发明聚焦系统的光路示意 图2是本发明的装置示意 图3是本发明的光路示意图；
图4是本发明的电池夹具的结构示意 图5是本发明工作流程示意 图6是本发明实施例模拟光斑分析 图7是本发明实施例光斑能量分析 其中1，光学平台；2，模拟光源；3，聚焦镜；4，场镜；5，准直镜；6，数字源表；7，电池夹具；8，光功率计；9，数据处理系统；10，待测太阳电池；11，真空泵；12，电池吸附处；13，温度探头；14，电极；15，水冷机；16，水冷热交换器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明提供一种室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置，主要功能是实现在不同聚光倍数下III-V族聚光太阳电池的测试，包括光学平台I、模拟光源2、电池夹具7和测试系统，位于光学平台I上的模拟光源2发出光线，测试系统测量待测太阳电池10的光伏特性曲线，还包括聚光系统，所述聚光系统包括依次排列在光路中的聚焦镜3、场镜4和准直镜5，通过聚光系统将光线聚焦在待测太阳电池10上。使用AMI. 5D滤镜的稳态模拟器作为模拟光源2，通过不同的聚焦镜3，场镜4与准直镜5，实现不同的聚光倍数，将光聚集起来，照在待测样品电池10上。所述聚焦镜3放置在模拟光源2出口，场镜4放置在聚焦镜3的焦点处，准直镜5的焦点与聚焦镜3的焦点重合。所述聚焦镜3的焦点的测量使用波长为526. Inm的绿光。待测太阳电池10被吸附在温控电池夹具7上，并将电极与数字源表6相连，进行伏安特性扫描。电极通过磁铁吸在侧板上，可以自由移动与转动。探针选用大电流弹性探针，用来压紧待测太阳电池10的电极。最后将扫描结果进行处理，得到标准状况下的伏安特性曲线。聚光系统包括三部分，第一部分为聚焦镜3,聚焦镜3要考虑三方面内容,一是在30(Tl800nm波段的高透光率，二是较低的热膨胀系数，三是最大程度的消除像差。综上所述，本实施例使用复合透镜作为聚焦镜3，为了消除象差，选择了萤石(CaF2)作为正透镜，光学石英玻璃(UV Fused Silica)作为负透镜。考虑到透镜组在较高的温度下工作，两个透镜并不胶合。公式(I)为像差分析公式，用来优化正负透镜的参数。选择的材料也可以是萤石(CaF2)作为正透镜，光学石英玻璃(UV Fused Silica)折射率和阿贝数相近的材料。
权利要求
1.ー种室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置，包括光学平台(I)、模拟光源(2)、电池夹具(7)和测试系统，位于光学平台(I)上的模拟光源(2)发出光线，測试系统測量待测太阳电池(10)的光伏特性曲线，待测太阳电池(10)被吸附在电池夹具(7)上，其特征是，还包括聚光系统，所述聚光系统包括依次排列在光路中的聚焦镜(3)、场镜(4)和准直镜(5)，通过聚光系统将光线聚焦在待测太阳电池(10)上。
2.根据权利要求I所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述聚焦镜(3)放置在模拟光源(2)出口，场镜(4)放置在聚焦镜(3)的焦点处，准直镜(5)的焦点与聚焦镜(3)的焦点重合。
3.根据权利要求2所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述聚焦镜(3)的焦点的測量使用波长为526. Inm的绿光。
4.根据权利要求I所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述测试系统包括測量光强光功率计(8)和測量光伏特性曲线的数字源表(6)，二者測量得到的数据传输到数据处理系统(9 )。
5.根据权利要求I所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述电池夹具(7)为温控电池夹具。
6.根据权利要求5所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述温控电池夹具包括位于前部的真空泵(11)和位于后部的水冷热交換器(16 )。
7.根据权利要求6所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述水冷热交換器(16)所用冷水由水冷机(15)提供，水冷热交換器(16)的盘管为双螺旋结构。
8.根据权利要求6所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述水冷热交換器(16)的冷却水进出口和电池夹具(7)表面设有温度探头(13)，将温度測量数据传输到数据处理系统(9)。
9.根据权利要求I所述的太阳电池测试装置，其特征是，所述模拟光源(2)为AMI.5D滤镜的稳态模拟器。
全文摘要
本发明提供一种室内宽光谱大视场角聚光光伏太阳电池测试装置，主要功能是实现在不同聚光倍数下III-V族聚光太阳电池的测试，包括光学平台、模拟光源、电池夹具和测试系统，位于光学平台上的模拟光源发出光线，测试系统测量待测太阳电池的光伏特性曲线，其特征是，还包括聚光系统，所述聚光系统包括依次排列在光路中的聚焦镜、场镜和准直镜，通过聚光系统将光线聚焦在待测太阳电池上。本发明具有稳定模拟太阳光、可调节光源强度、宽光谱大视场角、多种聚焦倍数的优点。
文档编号G01R31/26GK102736010SQ201210132959
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者姚楚渠, 梁齐兵, 沈辉, 潘永恒, 王学孟, 舒碧芬, 葛文君, 齐希欣 申请人:中山大学