太陽(yáng)能電池測試中電子負載應用
(1)太陽(yáng)光普照大地,沒(méi)有地域的限制無(wú)論陸地或海洋,無(wú)論高山或島嶼,都處處皆有,可直接開(kāi)發(fā)和利用,且無(wú)須開(kāi)采和運輸,可以太陽(yáng)能電池可以直接把太陽(yáng)能轉化為電能。
(2)利用太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電,不會(huì )像火力及水力發(fā)電,不會(huì )污染環(huán)境,也不會(huì )阻攔河流,它是最清潔能源之一,在環(huán)境污染及水資源稀缺越來(lái)越嚴重的今天,這一點(diǎn)是極其寶貴的,而太陽(yáng)能電池則可有效地把太陽(yáng)能轉化為電能予以保存下來(lái)。
(3)每年到達地球表面上的太陽(yáng)能輻射約相當于130萬(wàn)億噸煤,其總量屬現今世界上可以開(kāi)發(fā)的最大能源,這就給太陽(yáng)能電池提供了充足的能源動(dòng)力。
(4)根據目前太陽(yáng)產(chǎn)生的核能速率估算,氫的貯量足夠維持上百億年,而地球的壽命也約為幾十億年,從這個(gè)意義上講,可以說(shuō)太陽(yáng)的能量是用之不竭的,可給太陽(yáng)能電池發(fā)展一個(gè)廣闊而長(cháng)遠的空間。
太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的成長(cháng)增加了對太陽(yáng)能電池測試和測量解決方案的需求,而且隨著(zhù)太陽(yáng)能電池尺寸的增大和效率的提高,電池測試需要運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試設備。
通常需要測量太陽(yáng)能電池的幾項關(guān)鍵參數,這些參數主要是:
●開(kāi)路電壓。在電流等于0時(shí)的電池電壓。
●短路電流。當負載電阻等于0時(shí),從電池流出的電流。
●電池的最大功率輸出。電池輸出最大功率時(shí)的電壓值和電流值。
●電池的電壓值。
●電池的電流值。
● 電池串聯(lián)電阻。
● 電池旁路電阻(或并聯(lián)電阻)。
常見(jiàn)解決方案
現在,太陽(yáng)能電池測試解決方案主要有兩種形式:完整的交鑰匙系統和通用的測試儀器。
如果需要在太陽(yáng)能電池最大輸出功率時(shí)進(jìn)行測試,許多研究實(shí)驗室都具備低功耗四象限電源(有時(shí)也稱(chēng)為SMU),并具有以下功能:
● 提供精確的正電壓和負電壓(“提供”也可稱(chēng)為“施加”)。
● 提供精確的正向和反向電流(提供反向電流也被稱(chēng)為電流流入到電源中)。
● 精確地測量待測器件(DUT)的電壓和電流(測量也被稱(chēng)為檢測)。
大多數高精度四象限電源都只能提供3A的電流或20W的連續功率。
在測試較小的單個(gè)電池時(shí),這些最大電流和功率是可接受的,但是隨著(zhù)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(zhù)許多針對模組的測試都無(wú)法使用四象限電源來(lái)完成。
在這些情況下,工程師應當借助于現成的電子負載、直流電源、DMM和數據采集設備,包括溫度測量、掃描、轉換和數據記錄設備,以便在寬泛的操作范圍內靈活地進(jìn)行獨特的測試,并且達到預期的測試精度。例如,可以使用數據采集系統來(lái)掃描環(huán)境和待測器件的溫度,已校準的參考電池的電壓,以及在測試中需要捕獲的各種其他測試參數。
對于太陽(yáng)能電池的測試,一般標準的電子負載就可用于測試太陽(yáng)能電池。
考慮到太陽(yáng)能電池會(huì )產(chǎn)生能量,當使用四象限電源對它進(jìn)行測試時(shí),電源的實(shí)際工作模式是:太陽(yáng)能電池在電源的端子上施加一個(gè)正電壓。同時(shí),電流從太陽(yáng)能電池流入四象限電源的端子,這意味著(zhù)四象限電源看到的是反向電流(就其端子而言)。在這些條件下,也可以稱(chēng)四象限電源是“電源沉”。
從電學(xué)上講,兩端加有正電壓并有電流流入(也就是反向電流)的儀器被稱(chēng)為電子負載。因此,對于大多數有光照射并且太陽(yáng)能電池也產(chǎn)生能量的太陽(yáng)能電池測試而言,四象限電源實(shí)際上發(fā)揮著(zhù)電子負載的作用。
使用電子負載的優(yōu)勢在于這種負載可用在各種電流和功率水平。使用額定50W或高達數千瓦特和數百安培的電子負載,可以輕松克服四象限電源帶來(lái)的3A,20W的限制。
電子負載可在恒壓、恒流、恒阻及恒功率模式下對太陽(yáng)能電池進(jìn)行工作。比如在恒壓模式下電子負載可以通過(guò)調節流經(jīng)自己的電流,從而調整它兩端的電壓,以保持恒定的電壓值。因此,恒壓模式可用于創(chuàng )建電壓掃描,使用負載來(lái)控制太陽(yáng)能電池輸出端的電壓,然后測量產(chǎn)生的電流(如圖1所示)。

圖1
其他模式,電子負載亦可通過(guò)調節流經(jīng)自己的電流的工作,從而可以調整自己的電壓值或功率直(如下列圖2、圖3、圖4)。

圖2 圖3 圖4
有些負載(如費思科技的FT6600A系列)可以快速地執行一系列CV定位點(diǎn),以便在CV模式下掃描輸出電壓,從而快速地描繪出I-V曲線(xiàn)。同時(shí),負載可以將從太陽(yáng)能電池流出到負載內的電流波形數字化,類(lèi)似于捕獲示波器曲線(xiàn)。
費思FT6600A能夠對太陽(yáng)能電池進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的測試記錄計算,如電池的充放電測試記錄、內阻計算、容量計算;電子負載有較強的程控功能和人機界面,通常具有彩色圖形顯示界面和GPIB接口。

圖5 FT6600A系列多通道可編程直流電子負載
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