CN107276532A - 一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪及检测方法。解决了现有柔性太阳能电池耐弯曲性检测存在操作麻烦，检测不可靠，效率低的问题。它包括底座、第一平台和第二平台，所述的底座上设有驱动件，所述的驱动件通过传动机构分别与第一平台、第二平台相连接，所述的传动机构包括与驱动件相连接的丝杆，所述的丝杆上设有传动件，所述的传动件上设有多根连杆，所述的连杆分别与第一平台、第二平台相连接并驱动第一平台、第二平台相互转动。所述的检测方法通过光电效率转化检测系统、弯曲运动特性控制系统、在线原位检测系统和检测装置配合实现。本发明还具有结构简单，操作方便，动作可靠，使用寿命长、占地面积小等优点。

Description

一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统，具体涉及一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪及检测方法。

背景技术

柔性太阳能电池通常是指在柔性材料（不锈钢、聚合物等）上制作的可弯曲薄膜太阳能电池。传统的晶硅太阳能电池占据了市场主流，但是因其重量大、不可弯曲以及安装运输不便限制了应用领域；而柔性太阳能电池则克服了以上不足，具有重量轻、厚度薄、运输便利等优势，同时具有较高的可弯曲能力，可在道路、建筑物外墙等处安装使用。

柔性太阳能电池通常以卷曲的方式存放，在使用过程中也经常处于弯曲状态。然而，柔性太阳能电池在发生大角度弯曲甚至卷曲扭转时，会影响柔性电池的光电性能，重复弯折扭曲也会显著影响柔性太阳能电池的使用寿命。

对于柔性太阳能电池，弯曲条件对光电转化性能的影响是柔性太阳能电池产品质量和可靠性的关键因素之一。目前，仅有少量直接对柔性太阳能电池进行耐弯曲性测试的研究报道，结果表明随弯曲次数和角度的增长，电池光电性能显著下降。但是整个测试过程全部通过手工操作完成定位，无法控制精度；而且在测试中手动进行重复弯曲循环，这一过程既无法保证重复定位精度，也极大地消耗了时间和体力。

国内外的相关研究中由于缺乏易操作的耐弯曲性测试设备，均使用手动离线测试方法，表明了耐弯曲性原位检测仪器研制的必要性。

发明内容

为解决背景技术中现有暂时没有柔性太阳能电池耐弯曲性能在线检测系统，且柔性太阳能电池耐弯曲性能的检测存在操作麻烦，检测不可靠，效率低的问题，本发明提供一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪及检测方法。

本发明的技术方案是：一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，包括光电效率转化检测系统、弯曲运动特性控制系统、在线原位检测系统和检测装置，所述的检测装置包括底座、第一平台和第二平台，所述的第一平台和第二平台相互铰接配合，所述的底座上设有驱动件，所述的驱动件设于第一平台和第二平台的下方，所述的驱动件通过传动机构分别与第一平台、第二平台相连接，所述的传动机构包括与驱动件相连接的丝杆，所述的丝杆上设有传动件，所述的传动件与丝杆在竖直方向上滑移配合，所述的传动件上设有多根连杆，所述的连杆分别与第一平台、第二平台相连接并驱动第一平台、第二平台相互转动，所述的第一平台、第二平台具有相互配合呈水平状态便于安放待检测物的第一状态和相互折弯的第二状态。

所述的第一平台上设有第一撑桥，所述的第二平台上设有与第一撑桥相适配的第二撑桥，所述的第一撑桥设于第一平台靠近第二平台的一端上，所述的第二撑桥设于第二平台靠近第一平台的一端上。

所述的第一平台向上凸起形成所述的第一撑桥，所述的第一撑桥上设有第一斜面和第二斜面。

所述的第一平台、第二平台上设有多个通气孔。

所述的底座上设有两根平行设置的导轨，所述的传动件与导轨相贴合并与导轨直线滑移配合，所述的第一平台的侧边上设有第一挡板，所述的第二平台的侧边上设有第二挡板，所述的导轨上设有铰接销轴，所述的第一挡板和第二挡板均套设于铰接销轴外并与铰接销轴转动配合。

所述的传动件上设有凸耳，所述的连杆铰接于凸耳上，所述的第一平台与第二平台相配合形成夹角a,所述的夹角a大于等于45度小于等于180度。

一种柔性太阳能电池耐弯曲性能的检测方法，采用权上述检测仪，其检测步骤包括：①在弯曲角度范围在0~180°之间，每个5°进行一次测试，并计算分析弯曲角度对柔性太阳能电池光电性能的影响；②当弯曲角度为时，有效接收面积，其中为太阳能电池总面积，通过调节检测仪的结构以及入射光的角度，保证电池弯曲时光源时刻保持直射，此时简化公式为=cos(θ/2)；③采用标准太阳能电池，测试不同弯曲角度时的转化效率，通过实验数据对比理论计算值，通过添加修正系数F修改入射角与光照强度关系，并得到=Fcos(θ/2)。

电池光电转化效率通过公式获得，其中通过测试电池的I-V特性曲线，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；为太阳能电池总面积。

一种柔性太阳能电池疲劳寿命的检测方法，采用上述检测仪，其检测步骤包括:①检测装置可设置弯曲角度，实现柔性太阳能电池的自动弯曲和复原，这一过程可重复循环进行；②弯曲循环过程中，在线原位检测系统采集输出电压值，直至电池性能明显下降；③每次设置不同的弯曲角度，得到电池的弯曲角度-弯曲次数关系，并生成回归曲线，即得到柔性太阳能电池的弯曲疲劳寿命曲线；④分析多次测量的数据，设置电池性能衰减的弯曲角度和次数临界值，建立电池耐弯曲性临界值数据库，从而建立电池性能衰减数据模型。

在不同弯曲角度条件下，设置每弯曲N₀次测试一次太阳能电池的I-V特性，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；；通过公式得出电池光电转化效率，其中为太阳能电池总面积，根据电池的转化效率绘制转化效率随弯曲次数的衰减曲线，并判定当转化效率不足最小设定值时，则认定电池性能明显下降，电池失效；测定不同角度下，太阳能电池的弯曲次数极限，可最终输出太阳能电池的弯曲疲劳寿命，预测柔性太阳能电池在不同工作环境下的使用寿命。

本发明的有益效果是，通过一个驱动件就能可靠的驱动第一平台和第二平台相互转动，驱动件设于平台的下方，且通过连杆对平台进行顶拉，使得第一平台和第二平台可靠的同步转动，传动件竖直运动，传动件的运动方向与平台的转动方向不同，在实际过程中不会产生干涉，影响平台的转动，且驱动件及传动件均设于平台下方，便于其他检测设备的安装、观察、控制，能满足检测所需的弯曲次数与角度。

附图说明

附图1为本发明实施例的结构原理图。

附图2为本发明实施例检测装置中的第一平台、第二平台处于第一状态时的的结构示意图。

附图3为本发明实施例检测装置中的第一平台、第二平台处于第二状态时的结构示意图。

附图4为附图3另一方向的结构示意图。

附图5为本发明中第一、二平台形成的角度与驱动件的关系表。

图中，1、底座；2、第一平台；21、第一压板；211、通孔；22、第一撑桥；221、第一斜面；222、第二斜面；23、第一挡板；3、第二平台；31、第二压板；32、第二撑桥；33、第二挡板；4、驱动件；5、传动机构；51、丝杆；52、传动件；521、凸耳；53、连杆；6、通气孔；7、导轨；71、铰接销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

由图1结合图2-5所示，一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，包括光电效率转化检测系统、弯曲运动特性控制系统、在线原位检测系统和检测装置，所述的检测装置包括底座1、第一平台2和第二平台3，所述的第一平台2和第二平台3相互铰接配合，所述的底座1上设有驱动件4，所述的驱动件4设于第一平台2和第二平台3的下方，所述的驱动件4通过传动机构5分别与第一平台2、第二平台3相连接，所述的传动机构5包括与驱动件4相连接的丝杆51，所述的丝杆51上设有传动件52，所述的传动件52与丝杆51在竖直方向上滑移配合，所述的传动件52上设有多根连杆53，所述的连杆53分别与第一平台2、第二平台3相连接并驱动第一平台2、第二平台3相互转动，所述的第一平台2、第二平台3具有相互配合呈水平状态便于安放待检测物的第一状态和相互折弯的第二状态。本发明通过一个驱动件就能可靠的驱动第一平台和第二平台相互转动，驱动件设于平台的下方，且通过连杆对平台进行顶拉，使得第一平台和第二平台可靠的同步转动，传动件竖直运动，传动件的运动方向与平台的转动方向不同，在实际过程中不会产生干涉，影响平台的转动，且驱动件及传动件均设于平台下方，便于其他检测设备的安装、观察、控制，能满足检测所需的弯曲次数与角度。对柔性电池承受弯曲载荷时性能变化进行时时监测，便于工作人员主观快速判断，实现对柔性太阳能电池的耐弯曲性能定量的评估，实现高效、低成本耐弯曲性检测，提升光伏产业的应用可靠性。本发明可应用于光伏产业柔性太阳能电池的性能检测及质量监督，符合光伏企业的需求，且研究成果具有广泛的应用前景，对促进光伏产业的发展具有重要意义。本发明还具有结构简单，操作方便，动作可靠，使用寿命长、占地面积小等优点。本发明还具有结构简单，操作方便，动作可靠，使用寿命长、占地面积小等优点。

所述的第一平台2上设有用于将待检测物压在第一平台2上的第一压板21，所述的第二平台3上设有用于将待检测物压在第二平台3上的第二压板31。压板的设置防止待检测物边缘翘起，影响实验精度。

所述的第一压板21铰接在第一平台2，所述的第一压板21上设有便于第一压板21相对第一平台2转动的通孔211。通孔的设置便于工作人员手指或工具插入转动压板，同时可以压在待检测物边缘，放在其边缘翘起，通孔的设置减少压板与待检测物的接触面积，避免损伤待检测物。具体的说，第二压板的结构与第一压板的结构相同或相类似，这样使得压板生产、加工、装配等均比较方便，生产效率高。

所述的第一压板21有两个，所述的第二压板31有两个，两个第一压板21设于第一平台2远离第二平台3的一端上，两个第二压板31设于第二平台3远离第一平台2的一端上。这样的结构可以将压板的四角设置在平台的四角，从而避免工作中待检测物边缘巧起。

所述的第一平台2上设有第一撑桥22，所述的第二平台3上设有与第一撑桥22相适配的第二撑桥32，所述的第一撑桥22设于第一平台2靠近第二平台3的一端上，所述的第二撑桥32设于第二平台3靠近第一平台2的一端上。撑桥的设置能防止待检测物在弯曲过程中交界处发生锐化，保证材料不被破坏，从而使得产品检测可靠。具体的说，所述的第一平台2向上凸起形成所述的第一撑桥22，所述的第一撑桥22上设有第一斜面221和第二斜面222。更具体的说，所述的第二撑桥的结构与第一撑桥的结构相同或相类似，这样使得撑桥生产、加工、装配等均比较方便，生产效率高，避免材料损耗。

所述的第一平台2、第二平台3上设有多个通气孔6。通气孔的设置对材料中部位置产生吸力，使材料紧贴平台，提高实验的精度。

所述的底座1上设有两根平行设置的导轨7，所述的传动件52与导轨7相贴合并与导轨7直线滑移配合。导轨的设置可以保证传动件可靠平稳上下滑移，从而可靠的通过连杆带动第一、二平台同步转动。当然在实际工作过程中也可以只使一个平台转动。

所述的第一平台2的侧边上设有第一挡板23，所述的第二平台3的侧边上设有第二挡板33，所述的导轨7上设有铰接销轴71，所述的第一挡板23和第二挡板33均套设于铰接销轴71外并与铰接销轴71转动配合。每个平台的两侧均设有挡板，即挡板能与平台形成限位槽，待检测的物料放入限位槽内，挡板能对其进行水平限位。当然在实际工作过程中，压板所在的铰接轴可以和挡板配合形成对待检测物料的水平限位。

所述的传动件52上设有凸耳521，所述的连杆53铰接于凸耳521上，所述的第一平台2与第二平台3相配合形成夹角a,所述的夹角a大于等于45度小于等于180度。凸耳的设置便于连杆的安装固定，且连杆转动可靠。

附图4中，其中表中的所有数值均为矢量值，所有的矢量均以夹角a等于180度为“0”刻度，向下为负，向上为正。如：表中“差值”中的负值表示垂直向下运动的距离，例如：夹角a等于90度中的-82.18表示驱动件从0刻度向下移动82.18毫米,电机向下转动41.09圈。本发明具体公开了在驱动件运动与平台形成的夹角a之间的关系，从而使得产品能更精确的控制待检测物的弯折，使得产品精度高。

一种柔性太阳能电池耐弯曲性能的检测方法，采用权上述检测仪，其检测步骤包括：①在弯曲角度范围在0~180°之间，每个5°进行一次测试，并计算分析弯曲角度对柔性太阳能电池光电性能的影响；②当弯曲角度为时，有效接收面积，其中为太阳能电池总面积，通过调节检测仪的结构以及入射光的角度，保证电池弯曲时光源时刻保持直射，此时简化公式为=cos(θ/2)；③采用标准太阳能电池，测试不同弯曲角度时的转化效率，通过实验数据对比理论计算值，通过添加修正系数F修改入射角与光照强度关系，并得到=Fcos(θ/2)。

本发明的电池光电转化效率通过公式获得，其中通过测试电池的I-V特性曲线，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；为太阳能电池总面积。标准光强是指即AM1.5条件，25℃下，AM即Air Mass是指太阳能光穿过大气层的光学路径，在地球的大气层外, 空气的质量为0,即定义为AM0, 当太阳光与地面成垂直时为1,定义为AM1.0, AM1.5也即指天顶角为48度时的太阳光，100mW/cm²是指地面单位面积接受到的太阳能光能量，25℃是指太阳能电池板的温度。当太阳能电池板的温度升高时,会产生一定的功率减少现象。为评估柔性太阳能电池弯曲时的光电性能参数，采用卤钨灯作为模拟太阳光光源，通过与太阳能电池相连的光电效率转化检测系统测量弯曲状态下太阳能电池的输出电压，实时观测不同弯曲角度下或经多次弯曲后太阳能电池的光电转化效率，利用显微镜实现太阳能电池表面形貌的原位观察。借助于实时数据采集和分析软件平台，进行实验数据处理和分析，建立柔性太阳能电池弯曲角度、重复次数与电池性能的定量关系数学模型，评估柔性太阳能电池质量的可靠性和使用寿命。借助于显微镜观察、实时数据采集和分析软件平台，实现测试结果进行可视化展示。

一种柔性太阳能电池疲劳寿命的检测方法，采用上述的检测仪，其检测步骤包括:①检测装置可设置弯曲角度，实现柔性太阳能电池的自动弯曲和复原，这一过程可重复循环进行；②弯曲循环过程中，在线原位检测系统采集输出电压值，直至电池性能明显下降；③每次设置不同的弯曲角度，得到电池的弯曲角度-弯曲次数关系，并生成回归曲线，即得到柔性太阳能电池的弯曲疲劳寿命曲线；④分析多次测量的数据，设置电池性能衰减的弯曲角度和次数临界值，建立电池耐弯曲性临界值数据库，从而建立电池性能衰减数据模型。

在不同弯曲角度条件下，设置每弯曲N₀次测试一次太阳能电池的I-V特性，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；通过公式得出电池光电转化效率，其中为太阳能电池总面积，根据电池的转化效率绘制转化效率随弯曲次数的衰减曲线，并判定当转化效率不足最小设定值时，则认定电池性能明显下降，电池失效；测定不同角度下，太阳能电池的弯曲次数极限，可最终输出太阳能电池的弯曲疲劳寿命，预测柔性太阳能电池在不同工作环境下的使用寿命。测试柔性太阳能电池耐弯曲性能，电池的可弯曲次数是一个重要指标。材料可弯曲次数与弯曲角度存在一定的定量关系，柔性太阳能电池可承受特定角度的弯曲次数，即电池的疲劳寿命。

本检测方法可用于在线原位检测柔性太阳能电池的光电效率和弯曲疲劳寿命，可判定在不同弯曲角度条件下的光电效率，多次弯曲后的光电效率衰减情况，得出柔性太阳能电池的弯曲疲劳寿命，对比目前使用的手动离线方法，此方法可直观、迅速地判断柔性太阳能电池的耐弯曲性能，提高了精度和便捷性，在实际应用中具有较高的可操作性。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于：包括光电效率转化检测系统、弯曲运动特性控制系统、在线原位检测系统和检测装置，所述的检测装置包括底座（1）、第一平台（2）和第二平台（3），所述的第一平台（2）和第二平台（3）相互铰接配合，所述的底座（1）上设有驱动件（4），所述的驱动件（4）设于第一平台（2）和第二平台（3）的下方，所述的驱动件（4）通过传动机构（5）分别与第一平台（2）、第二平台（3）相连接，所述的传动机构（5）包括与驱动件（4）相连接的丝杆（51），所述的丝杆（51）上设有传动件（52），所述的传动件（52）与丝杆（51）在竖直方向上滑移配合，所述的传动件（52）上设有多根连杆（53），所述的连杆（53）分别与第一平台（2）、第二平台（3）相连接并驱动第一平台（2）、第二平台（3）相互转动，所述的第一平台（2）、第二平台（3）具有相互配合呈水平状态便于安放待检测物的第一状态和相互折弯的第二状态。

2.根据权利要求1所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于所述的第一平台（2）上设有第一撑桥（22），所述的第二平台（3）上设有与第一撑桥（22）相适配的第二撑桥（32），所述的第一撑桥（22）设于第一平台（2）靠近第二平台（3）的一端上，所述的第二撑桥（32）设于第二平台（3）靠近第一平台（2）的一端上。

3.根据权利要求2所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于所述的第一平台（2）向上凸起形成所述的第一撑桥（22），所述的第一撑桥（22）上设有第一斜面（221）和第二斜面（222）。

4.根据权利要求1所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于所述的第一平台（2）、第二平台（3）上设有多个通气孔（6）。

5.根据权利要求1所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于所述的底座（1）上设有两根平行设置的导轨（7），所述的传动件（52）与导轨（7）相贴合并与导轨（7）直线滑移配合，所述的第一平台（2）的侧边上设有第一挡板（23），所述的第二平台（3）的侧边上设有第二挡板（33），所述的导轨（7）上设有铰接销轴（71），所述的第一挡板（23）和第二挡板（33）均套设于铰接销轴（71）外并与铰接销轴（71）转动配合。

6.根据权利要求1所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其特征在于所述的传动件（52）上设有凸耳（521），所述的连杆（53）铰接于凸耳（521）上，所述的第一平台（2）与第二平台（3）相配合形成夹角a,所述的夹角a大于等于45度小于等于180度。

7. 一种柔性太阳能电池耐弯曲性能的检测方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任意一项所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其检测步骤包括：①在弯曲角度范围在0~180°之间，每个5°进行一次测试，并计算分析弯曲角度对柔性太阳能电池光电性能的影响；②当弯曲角度为时，有效接收面积，其中为太阳能电池总面积，通过调节检测仪的结构以及入射光的角度，保证电池弯曲时光源时刻保持直射，此时简化公式为=cos(θ/2)；③采用标准太阳能电池，测试不同弯曲角度时的转化效率，通过实验数据对比理论计算值，通过添加修正系数F修改入射角与光照强度关系，并得到=Fcos(θ/2)。

8. 根据权利要求7所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能的检测方法，其特征在于电池光电转化效率通过公式获得，其中通过测试电池的I-V特性曲线，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；为太阳能电池总面积。

9.一种柔性太阳能电池疲劳寿命的检测方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任意一项所述的一种柔性太阳能电池耐弯曲性能检测仪，其检测步骤包括:①检测装置可设置弯曲角度，实现柔性太阳能电池的自动弯曲和复原，这一过程可重复循环进行；②弯曲循环过程中，在线原位检测系统采集输出电压值，直至电池性能明显下降；③每次设置不同的弯曲角度，得到电池的弯曲角度-弯曲次数关系，并生成回归曲线，即得到柔性太阳能电池的弯曲疲劳寿命曲线；④分析多次测量的数据，设置电池性能衰减的弯曲角度和次数临界值，建立电池耐弯曲性临界值数据库，从而建立电池性能衰减数据模型。

10. 根据权利要求9所述的一种柔性太阳能电池疲劳寿命的检测方法，其特征在于在不同弯曲角度条件下，设置每弯曲N₀次测试一次太阳能电池的I-V特性，得出电池最大输出功率；取标准光强= 100mW/cm²；；通过公式得出电池光电转化效率，其中为太阳能电池总面积，根据电池的转化效率绘制转化效率随弯曲次数的衰减曲线，并判定当转化效率不足最小设定值时，则认定电池性能明显下降，电池失效；测定不同角度下，太阳能电池的弯曲次数极限，可最终输出太阳能电池的弯曲疲劳寿命，预测柔性太阳能电池在不同工作环境下的使用寿命。