太阳能电池I-V模拟器
Kewell-GK-IVS系列太阳能 I-V模拟器产品介绍
太阳能电池I-V模拟器GK-IVS系列产品介绍合肥科威尔电源系统有限公司版权所有（C）2011 Copyright Kewell太阳能电池I-V模拟器产品介绍：合肥工业大学能源研究所（教育部光伏系统工程研究中心）于2000年即开始研究太阳能电池I-V模拟器，近年来多次在国际、国内核心期刊发表相关论文，是国内最早也是唯一一家从事太阳能电池I-V模拟器研究的国家级科研单位。
合肥科威尔电源系统有限公司依托合肥工业大学能源研究所在光伏行业多年的研究经验及成果，联合开发出Kewell太阳能电池I-V模拟器GK-IVS系列，产品分为120KW/630KW两种功率等级，120KW太阳能电池I-V模拟器可满功率测100KW或以下光伏逆变器，630KW太阳能电池I-V模拟器可满功率测500KW或以下光伏逆变器，可并且可多台并机使用。
GK-IVS系列太阳能电池I-V模拟器为太阳能电池阵列模拟电源，即太阳能电池I-V特性模拟器，产品主要部件均选用国际知名品牌，大屏幕LCD显示触摸式操作，采用IGBT式整流设计，转换效率高可达95%以上并且对电网的谐波污染小，主要应用于光伏逆变器研发及测试。
产品功能：一、程控直流电源：1)输出电压：电压可设定2)输出电流：限流点可设定二、太阳能电池I-V模拟器：1）电压输出范围：0～1000V2）输出电流：0～230A/0～1200A3)太阳电池阵列模拟I-V功能4)模拟不同温度及光照强度下的I-V曲线5)模拟光伏阵列局部阴影遮挡I-V曲线6)模拟缩放全天日照变化下I-V曲线7)测试静态和动态下MPPT效能8)具有资料存贮记录功能9)标准的输出接口USB / RS232 / RS485控制接口 GPIB(选配)10)即时的最大功率追踪显示11)LCD大屏幕显示，曲线、编程一目了然12)触摸式操作，简单便捷13)友好的人机操作界面，可本机操作也可通过上位机软件操作14)模拟全天累计电能计量（最新的附加功能）15)自动编程控制I-V曲线输出（可自动编程任意多条曲线，按时间运行）。
2太阳能电池的数学模型
2太阳能电池的数学模型太阳能电池的数学模型是太阳能电池模拟器系统设计的基础，本章从太阳能电池的工作原理、等效电路出发，详细介绍了太阳能电池数学模型的建模过程，给出了太阳能电池的数学模型，并且对该数学模型进行了仿真，证明了该数学模型的正确性，为下文提出六折线模型拟合太阳能电池的I-V特性曲线奠定了基础。
2.1太阳能电池的工作原理通常所说的太阳能电池指的是太阳能电池单体，太阳能电池单体是一种能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的半导体装置，它的转换效率一般可达百分之十五左右。
它通常是由大量的PN结串联而成的，整体结构一般是由一个P型半导体作为底座，在上面刻入N 型薄膜，并且通过金属导线把PN结的两端引出。
太阳能电池单体是最小的光电转换单位，输出电压和输电电流都很小，一般不可以直接作为电源使用。
通常都是将一定数量太阳能电池单体通过串联构成太阳能电池组件来使用。
太阳能电池组件的输出电压一般达到24V左右，24V的电压可用来为蓄电池充电，能够应用在各个系统和领域中。
当需要进行大功率光伏发电系统时，可以把这些太阳能电池组件通过一定的形式串联或并联起来，形成太阳能电池阵列。
太阳能电池阵列能够产生较大的功率，可以用在各个领域中。
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光生伏特效应，也称为光伏效应。
硅半导体结构如图2-1 a)所示，在图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用图中的负电荷来表示。
当向晶体硅中掺入其他的杂质，如硼、磷等就会形成一个个很小的PN结。
当向晶体中掺入硼时，含有杂质硼的晶体硅的内部电子排列如图2-1 (b)所示。
图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用负电荷表示，而图中黄色的就表示掺入的硼原子，由于硼原子的外部只有三个电子，就会吸引硅原子的一个电子过来，这样就会产生如图中蓝色的空穴，这个空穴又会因为没有足够的电子而去吸引别的电子，这样就形成了P ( positive)型半导体。
光伏标准电池功能说明
光伏标准电池功能说明在国际规范IEC 60904-9清楚定义评价太阳模拟器等级的方式，对于最大功率量测时的辐照度，使用标准电池来标定测试时的辐照度，但太阳模拟器光谱和标准测试条件AM 1.5G光谱必然的存在光谱误差，即使是等级A的太阳模拟器，仍有近±25%的误差。
而标准电池和待测样品的光谱响应若不同时，则必需透过IEC 60904-7计算光谱失配来修正辐照度。
为了减少测量上的误差以达到较精准的测量，光谱失配修正是必要的，使用一合适光谱的光伏标准电池，可以减小光谱失配。
而最合适待测电池的标准电池就是使用相同材料的电池，因其有相同的光谱响应，但大部份的材质都是不稳定的，容易有衰退现象，较不宜直接当标准电池。
所以使用较稳定的晶硅当基板，再搭配不同的窗口过滤成近似待测电池的光谱分布，来达成不同材料的光谱响应，减小光谱失配的影响，也较无衰退的影响。
在标准测试条件STC下，光谱失配对于最大功率测量所带来的误差会因所使用的光源光谱还有标准电池和待测电池的光谱响应而有极大的变化。
利用较为稳定的晶硅电池当基板，再搭配合适的过滤窗口，来达到不同材料的光谱响应，可减小光谱失配的影响。
光伏标准电池是太阳能模拟器校准及太阳能电池I-V特性测量重要的组成部分。
凭借独特的滤片技术，可以大幅降低传统太阳能电池测量的光谱失配问题。
标准2厘米晶硅电池搭配特殊滤片，可获得各种所需电池的光谱响应。
主要技术指标DeviceCell and Window Materials单晶硅/多晶硅/铜铟镓硒(c-Si/mc-Si/CIGS) 晶硅电池+石英窗口非晶硅/染敏/有机 (a-Si/DSSC/OPV) 晶硅电池+KG5窗口 非晶/微晶硅 (a-Si/u-Si)晶硅电池+KG2窗口与 晶硅电池+RG610窗口电池与窗口对照表适配误差计算Spectral Mismatch Factor MMFMono-Si DSSC OPV LBG-OPVPVK Mono-Si 1.000000 1.115042 1.118173 1.074864 1.078538 KG5 0.895156 0.998136 1.000939 0.962171 0.965460 KG3 0.910652 1.015415 1.018266 0.978827 0.982173 Enli-PVK0.9305761.0376321.0405451.0002431.003662Test sampleReferencecell标准电池光谱响应◆太阳光模拟器校准 ◆ 光伏电池校准 ◆ 符合WPVS 要求◆ 符合IEC 60904-2设计要求 ◆ 符合ISO/IEC 17025:2005溯源体系，追溯到SI 国际单位制应用SRC-2020 Series Solar Reference CellIf the user requires thermocouple K type , then please change from -RTD to -TC . Ex: SRC-2020-KG2-TC。
太阳模拟器辐照不均匀性对光伏组件l—V性能测试的影响
太阳模拟器辐照不均匀性对光伏组件l—V 性能测试的影响作者：张万辉，曾婵娟，曾飞，林荣超，胡振球，刘付建来源：《广东科技》 2015年第16期张万辉1，2，曾婵娟1，曾飞1，林荣超1，胡振球1，刘付建1（1. 广东产品质量监督检验研究院，广东佛山528300；2. 中山大学物理科学与工程技术学院国家光电材料重点实验室太阳能系统研究所，广东广州510006）摘要：以太阳电池单二极管等效电路模型为基础，构建了3个电池片串联组合的等效电路图，利用此模型模拟分析了当太阳模拟器辐照存在不均匀性条件下光伏组件的I-V特性，研究结果表明即使在入射到电池组合上的总能量与辐照均匀分布时的能量一样的情况下，电池组合的I-V特性将偏离辐照均匀时的曲线，电池的最大功率、短路电流随辐照不均匀的增大而减小，填充因子随辐照不均匀的增大而增大。
关键词：太阳模拟器；太阳电池短路电流；太阳电池最大功率0引言测量太阳电池和光伏组件的电性能，一般利用自然光或太阳模拟器，由于自然光受地理位置、气候等多种因素影响，实验室多采用模拟器在室内测试太阳电池的I-V特性。
一般在一定温度条件和辐照条件下，测试其电流-电压曲线，同时采用与被测电池或组件光谱响应基本相同的标准电池测量入射光的辐照度，再将测得的电流和电压数据修正到标准测试条件。
为评价模拟器的优劣，国际电工委员会提出了IEC60904-9标准对模拟器性能进行评价［1］，主要从光谱分布、辐照均匀性、辐照稳定性三个方面进行评价。
其中模拟器光谱分布对测试结果的影响已开展了大量的前期工作［2-5］，而辐照均匀性对测试结果的影响讨论较少，本文即利用太阳电池等效电路模型对辐照均匀性对I-V特性测试结果的影响进行分析。
1研究方法根据实际情况和具体研究问题的不同，太阳电池有理想二极管等效模型、单二极管等效模型、双二极管等效模型等［6-7］。
在本文的讨论中，我们选择单二极管等效模型对太阳模拟器不均匀性对测试结果的影响进行研究，具体的太阳电池的等效电路如图1所示。
太阳模拟器介绍
太阳模拟器这里主要解释光伏产业用太阳模拟器.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(例如滤光氙灯,双色滤光钨灯-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.一.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0.75~1.25,等级B的匹配度在0.6~1.4,等级C的匹配度在0.4~2.03.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))*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.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.具体的测试方法请参考IEC 60904-9.二.市场概况PASAN,SPIRE和BERGE的大面积太阳模拟器目前是国际上被广泛认可的.在稳定性和一致性上有较强的优势.但是百万级的价格却是国内用户很难接受的.再加上昂贵的售后服务费用,他们的设备并没有成为国内电池制造厂商的主力.鉴于国内的状况,国内的不少科研单位和大学也一直致力于太阳模拟器的研究开发.主要代表是西安交通大学的陕西众森电能科技有限公司和上海交通大学太阳能研究所的上海赫爽太阳能科技有限公司。
光伏组件用太阳模拟器I-V测试仪校准方法研究
光伏组件用太阳模拟器I-V测试仪校准方法研究林剑春【摘要】光伏组件的功率测量与太阳模拟器I-V测试仪密切相关。
为了满足光伏组件制造企业在产线上对I-V测试仪进行快速校准的需求，文中提出了一种基于标准光伏组件比较测量的校准方法，并进行了不确定度分析计算。
测量时，将标准光伏组件放置在太阳模拟器有效工作面上并保持位置不变，再用数字信号采集装置分别对标准光伏组件的开路电压和短路电流进行测量，然后将测量结果与太阳模拟器I-V测试仪得到的数值进行比较，得到修正系数。
该方法综合考虑了辐照度、温度、采样时间等因素。
根据分析，开路电压校准结果的相对扩展不确定度为1.6%( k=2)，短路电流校准结果的相对扩展不确定度为1.8%(k=2)，该过程能够较好地保证光伏组件功率的准确测量。
%Power measurement of Photovoltaic (PV) modules is closely related to solar simulator I-V tester. In order to meet the requirement of PV module manufacturing enterprises for solar simulator I-V tester calibration in production line, we propose a calibration method based on comparison of measuring the same standard PV module and calculated the calibration uncertainty. The correction factor is obtained by comparing the open-circuit voltage and short circuit current of the same standard PV module measured by the digital signal acquisition device with the results measured by solar simulator I-V tester. The standard PV module should be placed in the effective working place of the solar simulator and be kept in the same position. This method takes into account the irradiance, temperature, sampling time and other factors. According to the analysis, the relative expanded uncertainty of the open-circuit voltage calibration results is 1.6%( =2), and the relative expanded uncertainty of the short-circuit current calibration results is 1.8%( =2), which results in accurate measurement of the PV modules.【期刊名称】《质量技术监督研究》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P6-9,13)【关键词】光伏组件;太阳模拟器;I-V测试仪;校准【作者】林剑春【作者单位】福建省计量科学研究院，福建福州 350003【正文语种】中文1 前言光伏组件是光伏发电系统中的核心部件，其功率大小直接影响到光伏电站的发电量，而光伏组件的功率通常是用太阳模拟器进行测量的[1]。
太阳能电池模拟
1 引言太阳能〔Solar Energy〕，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。
自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。
但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步开展。
太阳能的利用有被动式利用〔光热转换〕和光电转换两种方式。
太阳能发电一种新兴的可再生能源。
目前，在航天电源领域内，绝大多数卫星电源均使用太阳能电池作为其动力核心。
卫星电源的性能直接影响到卫星的性能和工作寿命，对卫星的正常运行和使用也有重大的影响。
因此，为了提高电源系统的性能和可靠性，对卫星电源系统进展仿真和测试评估具有十分重要的意义。
卫星的空间工作条件恶劣且复杂，温度X围大，日照条件变化迅速，且太阳能电池方阵处于高能粒子辐射下，在地面上无法采用实际的太阳能电池方阵来再现卫星在空间轨道中的工作状态，因此需要采用太阳能电池模拟器〔Solar Array Simulator，简称SAS〕来模拟太阳能电池阵在空间的工作状况。
SAS是卫星电源模拟器的重要组成局部，其主要任务是真实地遵循太阳能电池方阵在各种复杂空间条件下的实际输出特性曲线，在卫星的地面测试阶段代替太阳能电池方阵为卫星上的各分系统供电。
2 太阳能电池的数学模型根据太阳能电池原理和图1 所示的实际测量结果建立了多种模型，用于太阳能电池的测试和应用研究。
事实证明，这些模型具有足够的工程精度。
2.1 单指数模型图2 示出太阳能电池的等效电路。
Iph 取决于太阳能电池各工作区的半导体材料性质和电池几何结构参数以与入射光强、外表反射率、前后外表复合速度、材料吸收系数等。
由于器件的瞬时响应时间相比于绝大多数光伏系统的时间常数显得微不足道，因此分析中可忽略结电容。
设定图中所示的电压、电流为正方向，由固体物理理论和全电路欧姆定律即可推出目前常用的单指数形式的太阳能电池模型：式中I0———二极管反向饱和电流q———电子电荷I———电池的输出电流K———波尔兹曼常数T———绝对温度A———二极管品质因子〔曲线因子〕，一般A=1～2：2.2 双指数模型在单指数模型中，在不同的电压X围内，决定IVD 的因素也不同。
太阳电池IV曲线修正参数的确定方法
１ 修正公式
１．１ 第一种修正方法
ＩＥＣ６０８９１ 标准规定的太阳电池 Ｉ－Ｖ 曲线温度和辐照度修
正的第一种方法［３］是：
Ｉ２＝Ｉ１＋ ＩＳＣ×（Ｇ２／Ｇ１-１）＋α×（Ｔ２-Ｔ１）
（１）
Ｖ２＝Ｖ１－ＲＳ×（Ｉ２-Ｉ１）-ｋ×Ｉ２×（Ｔ２-Ｔ１）＋β×（Ｔ２-Ｔ１）
（２）
１．２ 第二种修正方法
ＩＥＣ６０８９１ 标准规定的太阳电池 Ｉ－Ｖ 曲线温度和辐照度修
ＶＯＣ 绝对温度系数：β＝-０．１７８ ３ Ｖ／Ｋ； ＶＯＣ 相对温度系数：βｒｅｌ＝-０．００３ ９ Ｋ－１。
为了使测试结果具有代表性，选择常见型号的太阳电池 作为测试样品，其尺寸为：长×宽×高 ＝１ ５８０ ｍｍ×８０８ ｍｍ× ３５ ｍｍ，７２ 片 １２５ ｍｍ×１２５ ｍｍ 单晶硅电池片串联。
２．１ 温度系数的确定
从修正公式中可以看出，在进行太阳电池 Ｉ－Ｖ 曲线的温度 和辐照度修正之前必须先知道样品的温度系数，以此作为输 入参数来确定样品的修正参数。
从式（２）中可以看出 Ｋ 值在电压的温度修正中起作用。因 此可以保持辐照度恒定，改变样品温度测得一系列的 Ｉ－Ｖ 曲 线。将较高温度下的测试数据代入公式（２）中修正到最低温度 下，试着改变 Ｋ 的数值来使修正后的曲线都能够与最低温度 下实测的曲线相互重合，用这种方式来找到合适的 Ｋ 值。
２ 样品基本参数的确定
ＹＵＡＮ Ｍｉｎｇ－ｈａｎ， ＬＩＵ Ｗｅｎ－ｘｉａｎｇ， ＸＵ Ｚｈｅｎｇ－ｙｕａｎ， ＺＨＵ Ｘｕｅ－ｍｅｉ， ＭＡ Ｈｏｎｇ－ｂｉｎ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ＰＶ ｍｏｄｕｌｅｓ＇ Ｉ－Ｖ ｃｕｒｖｅｓ， ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ＰＶ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ ｏｆ ｓｕｎ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｃａｎ＇ｔ ｒｅａｃｈ ＳＴＣ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｔｏ ｂｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｔｏ ＳＴＣ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． ＩＥＣ６０８９１ ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｗｏ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｈｉｃｈ ｂｏｔｈ ｎｅｅｄ ｔｏ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｉｒｓｔ． Ｈｏｗ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅｓｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＰＶ ｍｏｄｕｌｅｓ； Ｉ－Ｖ ｃｕｒｖｅｓ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．