CN203660987U - 一种高倍聚光光伏电池测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高倍聚光光伏电池测试系统，包括：光源，所述光源为太阳模拟光源；聚光系统，接收所述光源发出的模拟太阳光并输出一定能量聚光比的会聚光束，所述聚光系统包括会聚透镜以及位于所述光源和会聚透镜之间的孔径可调的光阑；二次匀光系统，使得所述会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。本实用新型的高倍聚光光伏电池测试系统，光阑设置在光源和聚光透镜之间，可以输出的面积较大均匀平行光，而且通过连续调整光阑孔径的面积，可实现待测电池片接受的总光能量连续可调。匀光系统采用光漏斗或梯形棱镜，可以利用会聚光束在光漏斗或梯形棱镜中的多次全反射，而达到匀光的效果。
Description
技术领域
本申请属于光伏领域，特别是涉及一种高倍聚光光伏电池测试系统。
背景技术
近年来，太阳能电池作为一种新型的可再生能源，已经越来越受到了人们的关注，其在能源产业上的地位也越来越重要。随着太阳能技术的不断发展和人们对于高效太阳能电池的不断的深入探究，由多个 PN 结构成的高效太阳能电池和聚光组件共同组成的聚光太阳能电池系统势必将会成为太阳能电池应用的主流。
对于多个 PN 结的太阳能电池，在实际应用过程中，往往都不是直接工作在户外太阳光下，而是要通过聚光透镜把一个大面积的太阳光汇聚到一块很小的电池表面，这样使得该太阳能电池表面单位面积接收到了高于普通太阳光几倍甚至几百倍的光强 ( 具体取决于透镜面积和透镜焦点光斑面积大小的比值 )，这样就使得一块同样大小的太阳能电池产生更高的输出电流 ( 输出电流会与聚光倍数成正比 ) 和输出电压，因此可以大幅度的提高太阳能电池的输出功率。
然而，在不同的光照强度和不同的温度下，太阳能电池的电流 - 电压特性也会发生变化。因此，需要检验在 1 个标准太阳光 ( 户外日光 ) 的条件下性能良好的电池是否在高倍聚光条件下仍有优良的电流电压特性，并且希望能够找出该电池在多少聚光倍数下能输出最高的输出功率，在多少聚光倍数下有最高的能量转化效率等。太阳能电池聚光测试系统就是一种能够在高于普通太阳光光强数倍或是数百倍的条件下对太阳能电池进行电流电压性能测试并且有效记录测试数据 ( 开路电压，短路电流，填充因子，效率，串联电阻，并联电阻等 ) 和电流电压曲线的的一套完整系统。
在当前的太阳能电池聚光测试领域中，往往都是通过添加聚光透镜或者直接用高光强的光源来代替传统的氙灯光源的方法来实现聚光测试。
例如，图 1 示出了一种通过添加菲涅尔透镜来实现聚光的测试系统。其包括模拟光源 10、聚光透镜 ( 例如菲涅尔透镜 )20、样品台 40、光源控制器 50、测试系统 60 等。测试电池 30 放在样品台 40 上。聚光透镜 20 用于会聚由模拟光源 10 例如标准氙灯光源发出的模拟太阳光。由聚光透镜 20 会聚的高光强的光斑照射在测试电池 30 上。光源控制器 50可用于调节模拟光源 10 的功率来控制模拟光源 1 输出的模拟太阳光的强度。测试系统 60包括半导体参数仪、电脑等，均通过导线电连接到光源控制器 50 和测试电池 30，用于实时地对测试电池 30 进行电流电压性能测试。
上述测试系统的聚光倍数是由菲涅尔透镜20的面积与通过菲涅尔透镜20后照射在电池 30平面上的光斑的面积的比值决定的，可以通过调整菲涅尔透镜 20 到电池 30 表面的垂直距离，来改变光斑面积的大小(光斑面积一定要比电池面积大，透镜面积/电池面积是该透镜理论能满足的最大聚光倍数 )，以达到调节聚光倍数的目的，从而实现对不同聚光倍数下的电池性能的测试。
但是由于散射光的存在以及光在传播途径中的损失，聚光倍数不是与聚光透镜到电池表面的距离线性地成比例，因此往往不能准确、定量地校准聚光倍数。换句话说，在光强一定的情况下，现有的采用菲涅尔透镜的聚光测试系统都只能通过改变菲涅尔透镜的位置单纯地增加或者减小聚光倍数，测试人员并不能准确地知道照射到电池表面的光斑的聚光倍数。
另外，采用聚光光源来实现聚光测试的系统，即把标准光源直接更换为具有一定聚光倍数的聚光光源，直接对电池进行测试，不需要添加任何聚光透镜。这样虽然可以定量地确定单一的聚光倍数，然而被测光斑聚光倍数不可调整是其一大缺点，而且聚光光源造价昂贵，难以广泛应用。
中国专利第201210558836.4公开了一种太阳能电池聚光测试系统，其通过设置一光阑以实现聚光倍数可调，同时测试人员可以准确地知道照射到电池表面的光斑的聚光倍数。但是其将光阑设置聚光透镜的下方，具有如下缺点：由于经过透镜会聚后的会聚光束能量较高，会带来光阑的局部温度的明显升高，而且高能量聚光比的会聚光束经过光阑散射后，也会导致光阑附近其它部件温度的明显升高，从而给系统稳定性带来潜在风险。
有鉴于此，有必要提供一种新型的高倍聚光光伏电池测试系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高倍聚光光伏电池测试系统，解决现有技术中聚光倍数无法准确确定、聚光倍数不能大范围连续可调以及光阑局部温度明显升高的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本申请公开了一种高倍聚光光伏电池测试系统，包括：
光源，所述光源为太阳模拟光源；
聚光系统，接收所述光源发出的模拟太阳光并输出一定能量聚光比的会聚光束，所述聚光系统包括会聚透镜以及位于所述光源和会聚透镜之间的孔径可调的光阑；
二次匀光系统，使得所述会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述二次匀光系统为光漏斗或梯形棱镜。
优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述光漏斗固定于三维运动平台上。
优选的，在上述的高倍聚光光伏电池测试系统中，所述二次匀光系统为设计为梯形棱镜或光漏斗等二次匀光器形式，使会聚透镜输出的会聚光束以全反射条件透过二次匀光器后照射在被测器件上。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、光阑设置在光源和聚光透镜之间，一方面此时照射或透过光阑的光，仍为模拟光源输出的面积较大均匀平行光，一般能量密度在一个太阳强度附近，能量密度远低于经过透镜会聚后的会聚光束能量密度，可以避免光阑的局部温度明显升高；另一方面由于此时光源面积较大，意味光阑孔径的可调空间也较大，从而通过连续调整光阑孔径的面积，可实现待测电池片接受的总光能量连续可调，也即聚光倍数连续可调。
2、匀光系统采用光漏斗或梯形棱镜，一方面可以利用会聚光束在光漏斗或梯形棱镜中的多次全反射，而达到匀光的效果；另一方面由于室内太阳光模拟光源，毕竟不同于真正的太阳光，会将模拟光源系统中匀光结构等，如普遍使用的复眼匀光结构成像于待测器件表面，从而造成电池片在聚光测试中受光不均匀，而本实用新型中采用的光漏斗或梯形棱镜等匀光系统可克服透镜对光源系统成像而带来的光不均匀影响；最后根据电池形状，光漏斗或梯形棱镜底端平面可通过设计成与电池形状一样的尺寸，以实现聚光光斑形状与电池形状的匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为现有技术中太阳能电池聚光测试系统的整体结构示意图；
图2所示为本实用新型具体实施例中高倍聚光光伏电池测试系统的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
参图2所示，在本实用新型较佳的实施例中，高倍聚光光伏电池测试系统包括光源1，光源1发出模拟太阳光。光源1采用标准氙灯，其可包括光源开关、滤光片等部件。光源1还可以为脉冲光源。
高倍聚光光伏电池测试系统还包括聚光系统2，聚光系统2接收光源1发出的模拟太阳光并输出一定能量聚光比的会聚光束。聚光系统包括会聚透镜21以及位于光源1和会聚透镜21之间的孔径可调的光阑22。
高倍聚光光伏电池测试系统还包括二次匀光系统3，二次匀光系统3使得会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
二次匀光系统3优选为光漏斗，其以满足全反射条件接收由聚光系统2输出的会聚光束，并最终使会聚光束均匀地照射在测试电池片4上。测试电池片4放置于样品台5上。
光漏斗安装于三维运动平台上，通过三维运动平台的控制，可以实现对光漏斗三维方向的运动控制，一方面在更换测试样品时，三维移动机构可控制光漏斗至另一工作位置，实现光漏斗的保护，另一方面在更换完测试样品后，又可控制测试光路的灵活调整和恢复。
在其他实施例中，二次匀光系统3还可以为平行光透镜，平行光透镜可以使得会聚透镜会聚的光转化为平行光输出。二次匀光系统还可以设计为梯形棱镜二次匀光器形式，使会聚透镜输出的会聚光束以全反射条件透过二次匀光器后照射在被测器件上。
上述的高倍聚光光伏电池测试系统的测试方法如下：
S1、光源连续输出或脉冲输出模拟太阳光；
S2、模拟太阳光分别经过光阑和会聚透镜，通过调节光阑的孔径大小，以输出一定能量聚光比的会聚光束；
S3、通过二次匀光系统使得会聚光束均匀地照射在被测试的电池片上，二次匀光系统为三维可调的光漏斗，并以满足全反射条件接收会聚光束，并最终使会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
综上所述，本实用新型的优点在于：
1、光阑设置在光源和聚光透镜之间，一方面此时照射或透过光阑的光，仍为模拟光源输出的面积较大均匀平行光，一般能量密度在一个太阳强度附近，能量密度远低于经过透镜会聚后的会聚光束能量密度，可以避免光阑的局部温度明显升高；另一方面由于此时光源面积较大，意味光阑孔径的可调空间也较大，从而通过连续调整光阑孔径的面积，可实现待测电池片接受的总光能量连续可调，也即聚光倍数连续可调。
2、匀光系统采用光漏斗或梯形棱镜，一方面可以利用会聚光束在光漏斗或梯形棱镜中的多次全反射，而达到匀光的效果；另一方面由于室内太阳光模拟光源，毕竟不同于真正的太阳光，会将模拟光源系统中匀光结构等，如普遍使用的复眼匀光结构成像于待测器件表面，从而造成电池片在聚光测试中受光不均匀，而本实用新型中采用的光漏斗或梯形棱镜等匀光系统可克服透镜对光源系统成像而带来的光不均匀影响；最后根据电池形状，光漏斗或梯形棱镜底端平面可通过设计成与电池形状一样的尺寸，以实现聚光光斑形状与电池形状的匹配。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (4)
1.一种高倍聚光光伏电池测试系统，其特征在于，包括：
光源，所述光源为太阳模拟光源；
聚光系统，接收所述光源发出的模拟太阳光并输出一定能量聚光比的会聚光束，所述聚光系统包括会聚透镜以及位于所述光源和会聚透镜之间的孔径可调的光阑；
二次匀光系统，使得所述会聚光束均匀照射在被测试的电池片上。
2.根据权利要求1所述的高倍聚光光伏电池测试系统，其特征在于：所述二次匀光系统为光漏斗。
3.根据权利要求2所述的高倍聚光光伏电池测试系统，其特征在于：所述光漏斗固定于三维运动平台上。
4.根据权利要求1所述的高倍聚光光伏电池测试系统，其特征在于：所述二次匀光系统设计为梯形棱镜或光漏斗形式，使会聚透镜输出的会聚光束以全反射条件透过二次匀光器后照射在被测器件上。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104506139A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-08 | 中山大学 | 一种用于聚光光伏测试的多功能激光装置 |
| CN104749193A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-07-01 | 深圳市斯尔顿科技有限公司 | 用于镜片应力检测中保持输出光功率恒定的装置 |
| CN113465192A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-10-01 | 西安热工研究院有限公司 | 一种光伏光热热力互补的供储能系统 |
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2013
- 2013-12-05 CN CN201320796784.4U patent/CN203660987U/zh not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
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