简易测光伏组件的I-V特性.doc

2008-3-8
简易测光伏组件的I-V特性

深圳市知育光电科技有限公司 刘晓波

摘要
用一个万用表在太阳光下简易测太阳光伏组件的I-V特性并推算出该组件瓦数的方法。

前言
为了简易而快捷的评估出太阳光伏组件最大可能的输出功率，本文采用了“确定组件的最大极限功率”法；“极限功率”是去掉串联电阻影响的组件I-V特性。。

1． 确定组件的最大极限功率所用的工具
1.1 数字万用表一块；
1.2 标准电池；

2．方法和步骤
2.1 确定组件的Isc (STC)：
用数字万用表在晴天阳光下测标准电池的短路电流，通过它的标定值算出当时的太阳辐照度，即可确定组件的Isc (STC)；
2.2 测组件的电压 V*：
把标准电池（测辐照度用）和被测组件固定在同一测试平面上，在晴天的阳光下，通过改变该平面倾角选组件的短路电流Isc*，使得
Isc（STC）— Isc*== Im ——（1） ;
其中Im 是组件供应商提供的组件最大功率点的最佳负载电流，
然后在此辐照度下测组件的开路电压 V*；

3． 比较和估算：
组件供应商提供的组件最大功率点的最佳负载电压Vm:
则 Vm < V* ——（2）
如果测出的V*< Vm ，则说明组件供应商提供的组件额定功率高出最大可能的功率值Pm*:
Pm*==V*×Im---------（3）
测出的组件V* 与组件和环境温度有关，测试时尽可能让组件保持在25°C左右；
如果测出的极限功率大于厂家给出的功率，这是正常的；但如果大的很多，说明厂家的太阳电池和组件组装的工艺有问题。但如果测出的极限功率小于厂家给出的功率，则厂家给出的功率不可信。

4．实例：确定组件的极限I—V 曲线
4.1. 测太阳电池组件的“结I-V曲线”
在连续变化的各祌太阳光辐照度下，测太阳电池（组件）的短路电流（I）和开路电压（V）后求出它的关系曲线；方法是，把被测的某个电池面对太阳光照测电池的I和V，然后改变电池与太阳光线夹角θ，每变化一次θ，测一次太阳电池的I和V，举例如下
（注）：
测I和V
Θ*
90
85
83
80
77
73
70
65
55
I(mA)
130
115
99
78
72
55
51
47
38
V (V)
26.0
25.0
24.6
24.0
23.4
22.8
22.5
22.3
22.1

Θ*
46
40
34
30
28
20
14
10
I(mA)
28
24
17
14
9
6
2
1
V (V)
21.0
20.9
20.2
20,1
19.6
18.0
15.0
11.0
Θ*：表中的数据只表明角度变化的次序（由大到小），具体数据还要根据电流I和电压V各自变化的间隔，要尽量相接近而定。
130mA和26V分别为太阳电池在“电池面对太阳光测电池的I和V”时，太阳光最大辐照度下的短路电流ISC和开路电压VOC

4.2 计算太阳电池在结电压VJ等于负载电压VR状态下，负载电流IR和负载电压VR ：
IR=ISC-IJ， VR=V=VJ
IR(mA)
0
15
31
52
58
75
79
83
92
VR (V)
26.0
25.0
24.6
24.0
23.4
22.8
22.5
22.3
22.1

IR(mA)
102
106
113
116
121
124
128
129
130
VR (V)
21.0
20.9
20.2
20,1
19.6
18.0
15.0
11.0
0

4.3．做图
图中，横轴 VR (V) ， 纵轴 IR (mA)
从图中求出最大功率点PM，VM，IM
然后求效率 N=PM/太阳光辐照度´电池面积
和曲线因子 FF= PM/VOC´ISC
（注）：测试举例用的是有色院(30´30cm)a-Si太阳电池组件

4.4. 确定负载的I-V曲线
先确定太阳电池（组件）的固定负载电阻阻值R**，然后在一定的太阳光辐照度下测电池组件的短路电流ISC并同时测R上的电压降VR和通过负载R的电流IR ；则在该太阳光辐照度下通过太阳电池组件内部的电流IJ：
IJ=ISC—IR
改变太阳电池组件与太阳光线夹角θ，让组件的短路电流等于IJ=ISC—IR并测该太阳光辐照度下太阳电池组件的开路电压，即结电压VJ，则太阳电池组件内部的串联电阻RS：
RS=（VJ—VR）/ IR
或 VR= VJ—RS ×IR
假设 RS = 10 Ω
则太阳电池组件确定负载I-V曲线和P-V曲线:
IR(mA)
0
15
31
52
58
75
79
83
92
VJ (V)
26.0
25.0
24.6
24.0
23.4
22.8
22.5
22.3
22.1
VR(V)
26.0
23.5
21.5
18.8
17.6
15.3
14.6
14
12.9
P (mW)
0
353
667
978
1021
1148
1153
1162
1187

IR(mA)
102
106
113
116
121
124
128
129
130
VJ (V)
21.0
20.9
20.2
20,1
19.6
18.0
15.0
11.0
0
VR(V)
10.8
10.3
8.9
8.5
7.5
5.6
2.2
-1.9
-1.3
P (mW)
1102
1092
1006
986
908
694
282
-245
-169

图中：横轴 IR (mA)，
纵轴 VJ(V)——系列2；纵轴 VR(V)——系列1

图中：横轴 IR (mA)， 纵轴 P (mW)

** ：如果太阳电池组件的负载是蓄电池，则不是固定负载电阻；蓄电池内部电阻值R随其荷电状态（SOC）变化而变化。

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