光伏组件测试仪内部培训剖析.ppt

1、组件测试仪QS540-LA,新能源事业处 大陆新能源客服部 2012.6,SCHMIDT INTERNATIONAL TRADING,SST New Energy Dept.,组件测试仪组成，工作原理介绍(30min) 组件测试仪安装调试(60min) 硬件安装，软件安装 Generator电压调节,光强设定， Electronic Unit偏压调节 不均匀性测试 External Database，Access表格设定及相关操作 Quichsun 软件设定 设备校准 相关附属设施的安装（条码打印机，BarcodeScanner ） 日常维护保养(10min) 常见问题处理(20min),培训

2、内容,SST New Energy Dept.,组件测试仪组成，工作原理介绍,太阳模拟器是用来模拟太阳光的设备,在光伏领域里,再配以电子负载,数据采集和计算等设备,可以用来测试光伏器件(包括太阳电池片,太阳电池组件等)的电性能,如Pmax, Imax, Vmax, Isc, Voc, FF,Eff, Rs, Rsh 以及I-V 曲线等.这些参数不仅能够从一定程度上反应出电池的性能,也关系到电池最后出厂的等级和价格.因此,一台可靠的太阳模拟器,不仅对生产工艺有参考意义,更关系到产品的品质和制造厂商的利润和信誉. 对于光伏性能测试,可用的商业化太阳模拟器有两类,一类是稳态模拟器(例如虑光氙灯,双色

3、虑光钨灯-ELH 灯或改进的汞灯),这类模拟器适用于单体电池和小尺寸组件的测试.另一类是脉冲模拟器,由一个或者两个长弧氙灯组成,这类模拟器由于在大面积范围内辐射度均匀性好,能够更好地适应于大尺寸组件的测试.这类模拟器的另外一个优点是,被测电池热输入可以忽略,这样在测试时被测点出与环境测试温度保持一致,而环境温度是可以很容易精确测量的.脉冲发生网络,数据采集和处理系统通常做为模拟器的部件提供.,SST New Energy Dept.,太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准太阳光下进行才有

4、参考意义。如果测试光源的特性和太阳光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参数。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,太阳辐射的基本特性,几个描述光的物理概念：,（1）发光强度,按照1979年第16届国防计量会议（CGPN）确定，以坎德拉（cd）为发光强度的计量单位。坎德拉是一光源在给定的方向上的光强度，该光源发出频率为5401012Hz的光学辐射，且

5、在此方向上的辐射强度为1/683WSr-1,（2）光通量,光通量的单位是流明（lm），它用来计量所发出的总光量，发光强度为1cd的点光源，向周围空间均匀发出4流明的光能量。,（3）光强度,指照射于一表面的光强度，它用勒克斯（lx）作为单位，当1lm光通量的光强射到1m2面积上时，该面积所受的光照度（简称照度）就是1lx。,（4）辐射度,通常称为光强，即入射到单位面积上的光功率，单位是W/m2或mw/cm2。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,模拟器要求 1.总辐照度 模拟器必须能够在测试平面上达到1000W/平方米的标准辐照度(用标准电池测量),并根据需要

6、可对辐照度在标准辐照度值上下进行一定的调节. 2.光谱匹配 模拟器光谱辐照度分布应与标准光谱辐照度分布匹配.等级A 的匹配度在0.751.25,等级B的匹配度在0.61.4,等级C 的匹配度在0.42.0 3.均匀度 在测试平面上,指定测试区域内的辐照度应该达到一定的均匀度,辐照度用合适的探测器量测.等级A 的辐照均匀度=+/-2%,等级B 的辐照均匀度=+/-5%,等级C 的辐照均匀度=+/-10%. 对于单体电池和电池串的测试,探测器最大尺寸应小于电池最小尺寸的一半. 对于组件,探测器尺寸应不大于组件中单体电池的尺寸. 不均匀度=+/-(最大幅照度-最小辐照度)/(最大幅照度+最小辐照度)

7、*100%其中,最大辐照度和最小辐照度是指在指定范围内探测器在任意指定点的测量值.,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,4.辐照稳定度 数据采集期间,辐照度应该具有一定的稳定度.等级A 的稳定度在=+/-2%,等级B 的稳定度在=+/-5%,等级C 的稳定度在=+/-10%, 辐照不稳定度=+/-(最大幅照度-最小辐照度)/(最大幅照度+最小辐照度)*100%其中,最大辐照度和最小辐照度是数据采集期间在测试平面内探测器在任意指定点的测量值.,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,太阳模拟器评定标准： 1.光谱匹配 光谱匹配标

8、准规定了太阳模拟器在六个光谱范围内的积分百分比，太阳模拟器的光谱偏差必须在相应的标准规定的范围内。A 类标准规定在75%到125%之间。 为了是太阳模拟器光谱匹配达到相应的标准，可以采用合适的滤光片，合适的滤光片可以将没有经过任何处理的灯光重新进行整合，改变其光谱分布，达到相应的标准要求。 2.辐射空间均匀性 对于太阳模拟器来说，工作区域辐射均匀性是最难实现的。辐射不均匀就有可能导致得出错误的太阳能电池效率，影响太阳能电池的封装。A 类太阳模拟器将这中影响降低到了最小，辐射均匀性严格控制在2%以内。 3.时间稳定性 太阳模拟器输出光的时间稳定性是为了保证光强的波动不会影响太阳能电池效率的测量。

9、光密度控制系统可以将太阳模拟器的光强波动控制在1%以内，即使没有光密度控制系统，同样可以达到相应的标准。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,太阳模拟器关键组成： 1. 光室 光室为氙灯提供了一个安全的空间，在光室里面有安全自锁系统，用来保证操作的安全性和系统的安全。积分器风扇和滤光片风扇用来保证光学器件的正常运转，并维持光室的温度。 2. 快门 在太阳模拟器内部有一个稳定的快门，用来控制工作环境，该快门可以实现1000000 次开关，实际工作中甚至更多。该快门开关时间只用200ms，可以通过接触控制、逻辑输入控制，也可以通过按钮开关进行直接控制。 3. 氙

10、灯 采用连续发光系统，从而避免了脉冲式氙灯光源受到太阳能电池材料响应时间的限制，氙灯为无臭氧短弧氙灯。 4. 1.5G 滤光片 同时采用1.5G 滤光片和氙灯就可达到A 类太阳模拟器标准。 5. 电源 高品质电源可以为氙灯提供稳定的功率，并且可以检测氙灯的寿命。当氙灯寿命接近结束的时候，建议更换氙灯，否则将有可能会影响光谱特性。本标准规定了AM0 和AM1.5 太阳光谱辐照度分布的太阳模拟器的通用技术要求及其级别和类别的划分。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,标准测试条件 AM1.5 太阳光谱条件AM1.5 照1000w/m2 25室温,组件测试仪组成，

11、工作原理介绍,标准地面阳光条件具有1000 w/m2的辐照度，AM1.5的太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓太阳模拟器。,SST New Energy Dept.,辐照度及其均匀性,对空间应用，规定的标准辐照度为1367w/m2（另一种较早的标准规定为1353 w/m2），对地面应用，规定的标准辐照度为1000 w/m2。实际上地面阳光和很多复杂因素有关，这一数值仅在特定的时间及理想的气候和地理条件下才能获得。地面上比较常见的辐射照度是在600900 w/m2范围内，除了辐

12、照度数值范围以外，太阳辐射的特点之一是其均匀性，这种均匀性保证了同一太阳电池方阵上各点的辐照度相同。,光谱分布,太阳电池对不同波长的光具有不同的响应，就是说辐照度相同而光谱成分不同的光照射到同一太阳电池上，其效果是不同的，太阳光是各种波长的复合光，它所含的光谱成分组成光谱分布曲线，而且其光谱分布也随地点、时间及其它条件的差异而不同，在大气层外情况很单纯，太阳光谱几乎相当于6000K的黑体辐射光谱，称为AMO光谱。在地面上，由于太阳光透过大气层后被吸收掉一部分，这种吸收和大气层的厚度及组成有关，因此是选择性吸收，结果导致非常复杂的光谱分布。而且随着太阳天顶角的变化，阳光透射的途径不同吸收情况也不

13、同。所以地面阳光的光谱随时都在变化。因此从测试的角度来考虑，需要规定一个标准的地面太阳光谱分布。目前国内外的标准都规定，在晴朗的气候条件下，当太阳透过大气层到达地面所经过的路程为大气层厚度的1.5倍时，其光谱为标准地面太阳光谱，简称AM1.5标准太阳光谱。此时太阳的天顶角为48.19，原因是这种情况在地面上比较有代表性。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,Color Temperature 色温 色温表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分

14、布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。 一些常用光源的色温为： 标准烛光为1930K（开尔文温度单位）； 钨丝灯为2760-2900K； 荧光灯为3000K； 太阳表面为5762K； Xe燈为6000K； 蓝天为12000-18000K。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,标准光源 如果能夠得到與標準太陽光譜一致的並且光照強又可以任意改變的人工光源當然是最想的太陽能電池的測試光源，但是目前而言還是很困難的，只能在某些方面滿足要求。 現在用當作測用照明光源主要採用Xe燈光源以及充氣鎢燈泡（A光

15、源）等。其餘的所謂B、C、D光源都是由A光源加上同的光學光片組合而成，從而改變色溫。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,Xe灯作为测光源 Xe燈作爲測光源有以下特徵： 1、色溫爲6000K，與太陽表面溫(5762K)非常接近 2、高，用適當的光學裝置就可以得到平性很好的光束；但是，Xe燈也有足之處，主要是在近紅外區域（800-1000nm）存在著較強的光谱能，必須要進修正。,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,组件测试仪组成，工作原理介绍,生产特性 180 块/小时 最大可是组件尺寸 1350mm2100mm,QS-54

16、0LA PV Module Simulator,达到并超过IEC60904-9/JIS8912 的A级标准： Class A: 光谱匹配+/-25% Class A: 照均匀性+/-2% Class A: 光照稳定+/-2%,氙灯脉冲光源 200w-1200w/m2 可调在2ms内取样4096次，并每8点加权平均得到512组数据，绘制I-V曲线。 自动修正到STC-标准测试条件(1000w/m, 25C,AM1.5),SST New Energy Dept.,测量系统使用500KHz 以上的4 通道并行数据采集器，在2mS 的采集时间内，可以采集4 组各1000 个以上的数据。这些数据在微观上

17、存在许多的波动。厂家在软件设计上，首先对这些数据进行光辐照度修正和温度修正，然后进行数据平滑处理。比较好的平滑处理方法是移动平均值法，就是取相邻几个数据的平均值作为这些数据中位数的值，然后去除边缘的一个数据，在反方向上再增加一个数据，再计算这组新数据中位数的值，如此反复。这个方法的优点是不会造成数据失真。如果使用数据拟合的方法，则完全破坏了数据的真实性，甚至有可能得出错误的结果。实际上，国际上某些性能优异的组件测试系统，采集的有效数据大约仅仅100 个，并且不对数据进行平滑处理，却保证了所采集数据的准确和有效。,组件测试仪组成，工作原理介绍,氙灯脉冲光源 200w-1200w/m2 可调在2m

18、s内取样4096次，并每8点加权平均得到512组数据，绘制I-V曲线。,SST New Energy Dept.,组件测试仪组成，工作原理介绍,测试原理图解,SST New Energy Dept.,测试方法,组件测试仪组成，工作原理介绍,SST New Energy Dept.,组件测试仪的安装调试,Tools needed 5mm Allen key Small Phillips screw driver Small slotted screw driver (for adjusting flash generator voltage) - The simulator is packed

19、in one large wooden crate. All smaller equipment are storedinside the actual simulator (e.g. Computer, flash lamps, flash generators). Begin byunpacking all cartons from inside the simulator. - Drawings to guide the installation can be found in the manual folder, under section 2: Installation, syste

20、m layout and drawings. Take especially note of System composition and wiring. Installed components - Some equipment is already installed and fixed to the simulator. These include (seepacking list): o Monitor cell o Trigger cable assembly 1/6B o Remote cable (6 pcs) o Coaxial-cable (REM TRIG) o Cable

21、 6M (6 pcs) o Heating unit o Air purifier + Ozone filter,SST New Energy Dept.,Electronics unit - Unpack Electronics unit + accessories. - The holder is installed on the right hand corner of one of the large side doors. It is the door which has a cable chute near the corner and a Lamp 5 sticker on to

22、p of the simulator at the corner. - The screws for the holder are already attached to the door. - When the holder is in place, insert the electronics unit and connect 5 cables: o Power o Monitor cell o Trigger cable (labeled TRIG) o Null modem cable o Ambient temperature sensor (labeled with serial

23、number 12XXX) Flash Generators - Unpack 6 generators. The plastic bag shows generator numbering. - At the other end of the simulator, there are 6 shelves for the generators with numbering from GEN1 to GEN6. It is not necessary to follow the numbering, but if you do, there are less adjustments to be

24、made later. - Cables Flash trig and Remote are connected to each generator. The cables can be found in the cable chute next to the generator shelves. Remote cables have been numbered, trigger cables are identical.,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,Flash heads (lamps) - Unpack 6 Lamp heads. - Unpack AM

25、1.5G-1.4B filters (6pcs). Use gloves when handling the spectral filters, as fingerprints may impact their performance. If the filters get dirty, they may be cleansed with a soft, dry or damp, cloth. - Use the screws, teflon spacers and washers found in the carton containing the filters to install th

26、e filters on top of the lamp heads. This is the most sensitive part of the installation. See drawing Lamp head housing for reference. - The plastic bags of each lamp head have a number, e.g. LAMP1, (number also on carton) that should match the numbers on the top of the simulator. When viewing the si

27、mulator from front (i.e. the side where the electronics unit is), lamp number 1 is on the front left, 2 is back left, 3 is front middle, 4 is back middle, 5 is front right, 6 is back right. Use the screws that are attached to the sides of the lamp heads to attach the lamp head to the simulator. The

28、cable connector should point towards the cable chute in the middle. - The lamp heads should be connected to cables (Cable 6M) found in the cable chute running across the inside of the simulator. The lamp numbering should match with the numbering on the cables. - Attach the cables from the lamp heads

29、 the corresponding generator (e.g. LAMP1 to GEN 1).,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,组件测试仪的安装调试,Air purifier Unpack Air purifier. The air purifier might already be installed. Heating unit - Heating unit has been installed. - Check that the power plug has been attached to outlet near lamp 6. - The the

30、rmostat controlling the heating unit is located above the outlet. It is permanently set at 22C. Computer - Unpack Computer, monitor and printer. Nothing special here. Software has already been installed. - Connect Null modem cable to the serial port of the computer. Flash Control system - Unpack Nat

31、ional Instruments USB-6251 connections box and USB cable (USB cable might be preinstalled). Place the USB-6251 on top of the mains distribution box. Locate 6 remote cables and a BNC cable (REM TRIG) and connect them to USB-6251 according to System composition and wiring. - Connect power to the USB-6

32、251. The power cord should be near the distribution box. - Use the USB cable to connect the USB-6251 to the computer.,SST New Energy Dept.,Remaining parts - 2 Tuning plates (large, black aluminum plate on top of simulator; used in adjusting the simulator. Removed in normal operation) - Test sensor (

33、looks like the monitor cell, but is instead used in adjusting the simulator) - Uniformity sensor M2 (single encapsulated cell, used in measuring uniformity of irradiance) - Cable M250 (can be used to connect to module under measurement if a better cable is not available) - Module loading rails (can

34、be used for sliding the modules on top of the simulator, they need to be removed during irradiance uniformity measurements),组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,Powering up the system - When everything is connected according to System composition and wiring, use main power switch on the main electrical b

35、ox to turn on the simulator. - Check that the individual generators have been turned on and that the electronics unit is turned on. - Provide separate power to the computer system. Check that each generator indicates a voltage of 380V - 440V. If not, check that charge switch in the front of the gene

36、rator is turned on. Check also that the Trig switch is turned on (red light is turned OFF). - Wait 1 hour for the generators to warm up. More information on warm up times can be found in the manual folder, under section 6: Flash system. - Start QuickSun on the computer. If it does not start, please

37、check that the electronics unit is turned on and that the null modem cable is securely attached to the electronics unit and to the computer.,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,组件测试仪的安装调试,Initial testing - Open menu Measurement|Flash trace. and press flash. The system will flash and the flash trace will

38、 record the irradiance as a function of time. The flash peak should be around 3000-4000. - Connect Uniformity Sensor M2: Cable Electronics unit Thick Red - Current + Thick Black - Bias - Thin Red - Voltage + Thin Black - Voltage - and check that the switch below voltage connectors is on 4-wire. Adju

39、st the bias potentiometer to roughly 0.80V (dial at 80, whole number at 0).,SST New Energy Dept.,Generator电压调节,光强设定,组件测试仪的安装调试,Test sensor 关掉所有灯,然后依次从1#灯开启, 测试单个灯光强 计算出适合的光强值 调整generator电压,使每个灯的光强与设定的值一样, (误差控制在+/-0.02内),SST New Energy Dept.,Electronic Unit偏压调节,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,Electr

40、onic Unit偏压调节,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,不均匀性测试,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,组件测试仪的安装调试,不均匀性测试,Selecting the Measurement|Flash Control menu item in the Main window opens up the Flash Control dialog which is used for troubleshooting, e.g. when there are lamp heads that dont flash or flashes a

41、re small compared to the other flashes. The main use for the dialog is to change the reference values of the pulses after the generator voltages have been changed because of too large non-uniformity.,SST New Energy Dept.,External Database，Access表格设定及相关操作,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,External Data

42、base，Access表格设定及相关操作,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,External Database，Access表格设定及相关操作,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,External Database，Access表格设定及相关操作,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,Quichsun 软件设定及校准,组件测试仪的安装调试,(参考附件manual),SST New Energy Dept.,短路电流（Isc）： 理想情况下，等于光生电流IL。 影响因素：面积、光强、温度 125太阳电池 5A左右

43、 156太阳电池 8A左右 开路电压（Voc）：影响因素：光强、温度、材料特性 晶体硅太阳电池 600mV左右 填充因子（FF）： 最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比 FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC 影响因素：串联电阻、并联电阻 转换效率（）：,太阳电池电性能参数,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,一个测量员的操作习惯，可能将组件的测量误差单向地增加。比如，习惯于将组件在恒温区内存储很短的时间，或者摆放组件的位置总是偏向一个方向等等。 需要注意的一些操作习惯还包括，不经常校对太阳模拟器的辐照度，不注意测试室内温度的变化，标准组件保管不当或者

44、不进行自校准，标准组件在太阳模拟器上摆放的位置与被测量组件在太阳模拟器上摆放的位置不重合，或者使用与被测量组件不同尺寸的标准组件校准太阳模拟器。 对于某些太阳电池组件测试设备，例如具有必须使用功率“校准”的测量系统，使用与被测量组件功率差别比较大的标准组件校准，或者仅仅调整某一个参数如开路电压进行修正，或者标准组件短路电流与被测量组件短路电流之间的差别比较大，都可能引入比较大的误差。,测量误差的产生,组件测试仪的安装调试,测量系统的误差依赖于数据采集器的位数。通常组件测量系统使用并行4 通道12 位分辨率数据采集器，理论上可以达到的满量程系统误差小于0.025%。所以测量系统误差从来都不是组件

45、测量误差的主要来源。,SST New Energy Dept.,目前，测量组件甚至太阳电池，都使用闪光模拟器，因为稳态模拟器所产生的热量对于测量的影响几乎无法消除，特别是对于大面积的测量。 使用闪光模拟器，就代表着没有稳定的光辐照度。为了解决这个问题，实际测量是采用同步测量然后光辐照度修正的方法，也就是同时采样太阳电池组件的电压、电流和参考太阳电池的短路电流，然后将参考太阳电池标定的光辐照度归一化到标准光辐照度，得到的修正系数修正被测组件的电流。 在高于80%标准光辐照度的水平，太阳电池的开路电压几乎不随光辐照度的增加而增加，所以一般不对开路电压进行修正。 太阳模拟器的光源，一般使用氙灯。在人

46、造光源中，虽然氙灯光源光谱分布与太阳光的光谱分布最接近，如图1 所示，也存在着很大的差别，其中紫外和红外部分都明显偏强。而且氙灯的光谱分布随总辐射能量的变化而变化。即使相同的总辐射能量，氙灯的老化也使发光光谱发生变化。这也给测量代来了随机误差。,测量误差的产生,组件测试仪的安装调试,SST New Energy Dept.,概念讨论： 误差：与此对应的英文单词应该是error。泛泛地谈论误差，仅仅是要表示存在着过失，而不是明确过失的方式和大小。 容差：在组件的参数中更多地代表测量值与额定值之间的差别。例如额定为180W 的组件，可能包括测量值为175W185W 的组件功率范围。与此对应的英文单

47、词应该是Tolerance。容差的大小，并不代表测量值的准确程度。而且，对于组件的串联组合，真正有意义的是额定工作电流的一致性。 精度（repeatability precision）：是指多次测量的重复性。精度的大小不能完全代表测量结果的准确与否。 偏差：更准确地是“标准偏差”，英文表述为“standard deviation”。 n 次测量的标准偏差的数学表达式如下： 其中i l 为每一个单次测量的值。这个值代表着，在剔除系统误差后，单次测量的随机误差在的范围内的概率（置信度）为68%。在太阳电池和组件的测量中，我们一般选用的误差的区间为2。,组件测试仪的安装调试,SST New Ener

48、gy Dept.,相关附属设施的安装（条码打印机，BarcodeScanner ）,组件测试仪的安装调试,QS随机附带BarcodeScanner 通用驱动程序 其他附属设施用其自带的安装程序进行安装,SST New Energy Dept.,组件测试仪的日常维护保养,Once / shift Monitor cell calibration for the calibration modules that are going to be used as irradiance reference during the following shift. (See QuickSun Users Guide) Once / week Cleaning of test level glass. Normal window cleaning agent can be used. Excessive amounts of liquid should be avoided. In a dusty / dirty environment, the cleaning of test level should be more frequent. Once / 2 weeks Irradiance non-uniformity verification, and if theres need, irr