[發明專利]一種基于交流阻抗測試的太陽能電池串聯電阻的測量方法

有效

• 申請號: 201710427615.6
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107192884B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 鄒旭東;王紅;楊士元;任杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R27/08
• 分類號: G01R27/08;H02S50/15
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明涉及一種基于交流阻抗測試的太陽能電池串聯電阻的測量方法，屬于新能源與高效節能技術領域。首先將光源持續照射至待測太陽能電池，測量太陽能電池的阻抗譜以及太陽能電池的開路電壓；關閉光源，對太陽能電池施加一個直流偏置電壓，測量太陽能電池在無光環境下的阻抗譜，調整直流偏置電壓的大小，光照前后的阻抗譜相重合，根據重合后的電壓和電流計算太陽能電池的串聯電阻值。本發明方法測量成本低，減少測量時對測量環境的依賴，而且測量過程簡單便捷，在戶外環境下可以很方便的實現。本發明測量方法可以測量太陽能電池在任意老化階段的串聯電阻，也可以測量太陽能電池的光照環境下或者無光環境下的串聯電阻，因此適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及一種基于交流阻抗測試的太陽能電池串聯電阻的測量方法，屬于新能源與高效節能技術領域。

背景技術

PN型太陽能電池包括晶硅類電池和非晶硅類電池，晶體硅太陽能電池主要分為單晶硅、多晶硅電池，非晶體硅類包括III-V族太陽能電池如砷化鎵、磷化鎵銦、磷化銦等、II-VI族如硒化銦銅、碲化鎘等。一般PN結太陽能電池光照下的直流等效模型如圖1所示。其中I_ph是恒流源，表示光照下電池產生的光電流；R_sh是電池的并聯電阻，也被稱為漏電阻，表示因為工藝等原因產生的漏電流的大小；R_s是電池的串聯電阻，表示電池的接線電阻及接觸電阻。串聯電阻的大小直接影響太陽能電池轉換效率，在太陽能電池的整個生命周期中，串聯電阻的增大在一定程度上反映了電池的老化程度。

傳統的太陽能串聯等效電阻的測量方法主要有兩類：曲線擬合法、I-V特性曲線法。曲線擬合法是基于太陽能電池的雙二極管模型，利用無光條件下的電壓與電流值擬合獲得電池參數，由于其誤差較大，計算量大，一般較少使用。I-V特性曲線法是利用光照下太陽能電池的I-V特性曲線求得串并聯電阻，主要有明暗曲線比較法、斜率法、面積法、最大功率點法等。I-V特性曲線法首先是精確的測量太陽能電池的I-V特性曲線，對測試條件和實驗設備的要求都比較高，需要標準光源，測試設備昂貴，一般無法在實驗室外進行。其次，具體的實施也有限制，以較為常用的斜率法為例，當太陽電池因為老化或碎裂等原因導致I-V特性曲線不光滑時，斜率法就不再適用；再比如明暗曲線比較法，通過平移黑暗和光照環境下測量得到的I-V特性曲線，使曲線零點附近坐標點重合，利用曲線之間電壓的差值求得串聯電阻，這種方法測量過程復雜，推導過程也進了近似，誤差較大，后來的改進方法雖然提高了精確度，但測量過程更為繁雜。以上測量方法一般應用于離線并且在實驗室內的測量研究，難以在戶外環境測量。

交流阻抗譜的測試原理是在穩定直流偏壓的基礎上，給穩態系統疊加一個小振幅的交流擾動信號，并觀察系統在不同頻率下的響應。對太陽能電池來說，通過在電極兩端疊加穩態直流偏置電壓和一定頻率范圍的小信號正弦電壓，記錄不同頻率下電池的阻抗值，即可得到太陽能電池在該直流偏置電壓阻抗譜。最新的阻抗譜測量技術通過一次在穩態系統疊加多個頻率的交流信號，可實現阻抗譜的快速測量，由于任何光源包括自然光在短時間內都可以認為是穩定的，快速測量技術實際上進一步降低了阻抗譜測試對穩定光源的要求。

截止2015年，中國的太陽能電站總裝機容量已成為世界第一。通過測量電池參數監控太陽能電池的工作狀態，精確定位故障并進行精細化的維護和維修，將會極大的減少運營成本，提高發電效率。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于交流阻抗測試的太陽能電池等效電阻的測量方法，以克服傳統的測量方法在太陽能電站難以實施的缺點，使太陽能電池參數的測量更為簡單便捷，通過測量電池參數監控太陽能電池的工作狀態，精確定位故障并進行精細化的維護和維修，減少運營成本，提高發電效率。

本發明提出的基于交流阻抗測試的太陽能電池串聯電阻的測量方法，有兩種不同方法，第一種基于交流阻抗測試的太陽能電池串聯電阻的測量方法，包括以下步驟：

(1)將一束光照強度穩定的光源持續照射至待測太陽能電池，測量太陽能電池的阻抗譜以及太陽能電池的開路電壓V_OC；