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电子负载在太阳能电池测试中的应用

太阳能作为一种“取之不竭,用之不尽”的能源,具有普遍、安全、无害、巨大及长久的特点,现在在人们的生活中得到广泛的应用,如太阳能热水器、太阳能空调、太阳能照明等,而这些又需要到另外一种太阳能产品——太阳能电池。
太阳能产业的成长增加了对太阳能电池测试和测量解决方案的需求,而且随着太阳能电池尺寸的增大和效率的提高,电池测试需要运用更大的电流和更高的功率水平,这就要求采用更加灵活的测试设备。
现在,太阳能电池测试解决方案主要有两种形式:完整的交钥匙系统和通用的测试仪器。
如果需要在太阳能电池蕞大输出功率时进行测试,许多研究实验室都具备低功耗四象限电源(有时也称为SMU),并具有以下功能:
提供精确的正电压和负电压(“提供”也可称为“施加”)。
提供精确的正向和反向电流(提供反向电流也被称为电流流入到电源中)。
精确地测量待测器件(DUT)的电压和电流(测量也被称为检测)。
大多数高精度四象限电源都只能提供3A的电流或20W的连续功率。
在测试较小的单个电池时,这些蕞大电流和功率是可接受的,但是随着电池技术向更高的效率、更大的电流密度和更大的电池尺寸推进,电池的功率输出将很快会超 出这些四象限电源的蕞大额定值。太阳能模组的输出通常会超过50W,而且可能会爬升至300W或更高,这意味着许多针对模组的测试都无法使用四象限电源来完成。
在这些情况下,工程师应当借助于现成的 电子负载 、 直流电源、DMM和数据采集设备,包括温度测量、扫描、转换和数据记录设备,以便在宽泛的操作范围内灵活地进行独特的测试,并且达到预期的测试精度。例 如,可以使用数据采集系统来扫描环境和待测器件的温度,已校准的参考电池的电压,以及在测试中需要捕获的各种其他测试参数。
对于太阳能电池的测试,一般标准的电子负载就可用于测试太阳能电池。
考虑到太阳能电池会产生能量,当使用四象限电源对它进行测试时,电源的实际工作模式是:太阳能电池在电源的端子上施加一个正电压。同时,电流从太阳能电池 流入四象限电源的端子,这意味着四象限电源看到的是反向电流(就其端子而言)。在这些条件下,也可以称四象限电源是“电源沉”。
从电学上讲,两端加有正电压并有电流流入(也就是反向电流)的仪器被称为电子负载。因此,对于大多数有光照射并且太阳能电池也产生能量的太阳能电池测试而言,四象限电源实际上发挥着电子负载的作用。
使用电子负载的优势在于这种负载可用在各种电流和功率水平。使用额定50W或高达数千瓦特和数百安培的电子负载,可以轻松克服四象限电源带来的3A,20W的限制。
电子负载可在恒压、恒流、恒阻及恒功率模式下对太阳能电池进行工作。比如在恒压模式下电子负载可以通过调节流经自己的电流,从而调整它两端的电压,以保持 恒定的电压值。因此,恒压模式可用于创建电压扫描,使用负载来控制太阳能电池输出端的电压,然后测量产生的电流。

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