专利名称：一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明属于ー种光伏测试领域，用于太阳电池伏安特性模拟的设备。
背景技术：
本发明是一种太阳电池伏安特性模拟设备，首先有必要明确太阳电池伏安特性曲线的具体含义。图I是ー个典型的太阳能电池伏安特性曲线，该图中各參数的含义是
Isc :太阳能电池短路时的输出电流 Voc :太阳能电池开路时的输出电压 Pmax :太阳能电池最大输出功率
伏安特性曲线在光照条件一祥的情况下，太阳能电池的输出是随着负载的情况而变化的，接驳不同负载，就会有不同的输出电压和输出电流，当接驳确定的电阻负载，太阳能电池就输出ー个确定的电压和确定的电流，这个确定的电压电流在V-I坐标上对应ー个确定的点，改变电阻负载的阻值，太阳能电池就会输出另外ー组确定的电压和电流，对应V-I坐标上另外ー个点，这样一系列的点描绘出来的曲线就是太阳能电池的输出伏安特性曲线。当接驳一定的电流负载时，太阳能电池提供的电压就是伏安特性曲线上相应电流值对应的那一点的电压值。同样，如果光伏电池外接的是ー个恒电压性质的负载，太阳能电池输出的电流也是一定的，工作点也符合上述曲线，这是太阳能电池的固有特性。IsC、V0C和Pmax是伏安特性上的三个关键点。伏安特性曲线在Isc点附近近似一个斜率较小的直线段(接近水平)，在Voc点附近近似ー个斜率很大的线段(接近垂直)，Pmax点附近是一段斜率连续变化的弧形线段。使用太阳电池做电源的用电装置或逆变装置，其前端为了适应太阳电池的伏安特性一般都设计有专门的电路(本文简称匹配电路)，有的是为了实现最大功率点跟踪，以获取最有效的能量转换；有的是为了调节向后端输送的功率，以匹配后端的能量需求，有时要将多余的能量泄放掉以求安全，这样的调节电路往往工作在一定频率的开关状态。上述匹配电路能否正常工作，也需要验证。如果借助实际的太阳电池进行验证，则由于天气和日光的原因，限制了使用场合和时间，于是提出了太阳能电池模拟器需求。有ー类针对太阳电池进行测试的设备，用于检测太阳电池的伏安特性(本文简称伏安特性测试设备)，要达到对太阳电池的正确检測，首先这类伏安特性测试设备的功能和性能指标应当正常。那么，在伏安特性测试设备的开发、生产和维护时，往往需要将伏安特性测试设备与太阳电池模拟器相连以进行功能验证或指标检測。另外，为了降低伏安特性测试设备的耗散功率，具备大功率太阳电池测试能力的伏安特性测试设备，有时会以脉冲方式工作，要验证这类伏安特性测试设备的功能，需要太阳能电池模拟器能够适应脉冲エ作模式。现有的太阳能电池模拟器分两大类，第一类是太阳光模拟+太阳能电池，第二类是电源类，这两类模拟器都存在明显的缺点
第一类，系统复杂，造价高，尤其是需要模拟大功率电池组件的场合，投资更大，维护更困难。
第二类，电源类太阳电池模拟器分两种，第一种是借助一般程控电源的恒压、恒流、恒功率输出特性，通过计算机接ロ和程控软件完成对电源输出工作点的控制，使其输出电压和电流值落在需要模拟的太阳能伏安特性曲线上，这种模拟器的缺点是，系统复杂，成本高，计算机检测到工作点偏离曲线后需要一个时间周期才能将工作点调整到曲线上来，这个时间周期有时会与上述匹配电路的工作特性发生冲突，不能很好地实现伏安特性的模拟，尤其不能满足那种工作在开关模式或者脉冲模式的设备。第二种，是专用程控电源，同样都是程控，但它是借助快速的可编程数字器件在输出端实时地调整电源的输出工作点，使其工作在需要模拟的特性曲线上，免除了 CPU处理时间、上下位计算机通讯时间和程控软件计算时间，这种专用电源把调整时间周期大幅度缩减了，但是可编程数字器件、AD转换、DA转换也需要响应时间，所以，它只是拓展了 适用范围，并没有实质性改变，再有的缺点就是系统复杂，造价高，功率不易做大。
发明内容
本发明的目就是为了克服传统模拟器系统复杂，造价高，功率不易做大、维护困难的缺点，利用恒压电源的输出特性，串联ー个可变电阻网络来实现ー种低成本的快速响应的多段近似太阳能电池伏安特性模拟器。为实现本发明的目的，提出了以下技术解决方案
一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置，由程控电源単元、放电回路控制单元和參考电压设置单元组成；
程控电源単元能够设置输出电压并送给放电回路控制单元；
參考电压设置単元能够调整最大输出电流值给放电回路控制单元；
放电回路控制单元接受程控电源的输出电压或接受參考电压设置単元的电流输出不同的伏安特性曲线给伏安特性测试设备；
其中放电回路控制单元至少分成两段进行模拟，其中至少有一段是依据输出电流的大小来改变电源内阻的大小。图2是ー个典型电压电源的伏安特性曲线，内阻为R，具有如下特性
电压电源的伏安特性是直线
当上述电源短路(も=0)吋，输出电流最大，Isc=E/R 当上述电路开路时( =°°)时，输出电压最大，Voc=E 内阻R:
R= A V/ A I= Voc / Isc= I/ (Isc / Voc),
其中分母(Isc / Voc)是图2直线的斜率，不同阻值的电阻R对应不同的斜率，ー个恒压源，串联不同阻值的电阻，可以形成不同斜率的伏安特性曲线。我们按照输出电流的大小将太阳能电池伏安特性曲线分解成若干个线段，如图3所示，I1^ I2两条横线将伏安特性曲线截成三段
KI1，最大斜率段，近似直线；
I1彡I彡I2，中间弧线区，可变斜率段；
I彡I2，近似恒流区，最小斜率段，近似直线。可以借助图4的基本电路模型近似模拟上述三个线段，E是ー个恒压电源，R是ー个受电流控制的可变电阻网络，当负载电流小于I1吋，电阻网络表现为ー个阻值较小的固定电阻，对应特性曲线第I段，R= A V/ A I，斜率最大，此区间，负载电流不參与控制；当负载电流大于I1，小于I2时，装置表现为受电流控制的可变电阻，电流越大，电阻越大，斜率越�。缱璐覴l向R2变化；当负载电流大于I2吋，电流对电阻值的控制受到抑制，这是因为电源内阻电阻值的增大会抑制输出电流的増大，两方面因素平衡时，装置表现为近似恒流特性，如图5所示。其中可变电阻网络的设计具体见图6所示。本发明的优点
本发明与现有技术相比，其显著优点是可以利用专利中装置实现低成本多段可调的快速响应太阳电池方阵伏安特性模拟器。
图I为典型太阳能电池伏安特性曲线；
图2为典型电源的伏安特性曲线；
图3是伏安特性曲线分段示意 图4是基本电路模型；
图5是多段近似伏安特性曲线示意 图6是本发明放电控制电路原理 图7是本发明组成结构框图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的最佳实施事例作进ー步详细描述
本发明提供一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置。图I是典型太阳能电池伏安特性曲线。图2是典型电源的伏安特性曲线。图3是伏安特性曲线分段示意图。图4是基本电路模型。图5是多段近似伏安特性曲线示意图。图6是放电控制电路原理图。图7是本发明组成结构框图。本实例中是以最大电压100V、对应图5中I1为10A，I2接近18A进行电路參数设计，电路原理不变，可以通过电路參数调整，达到其他电流电压范围。如图6中所示，Xl和X2用于连接伏安特性测试仪的输入端，相当于在电路中接入一个可变负载，负载从接近无穷大到0之间可以连续变化。电路中R1、R2、R3、R6采用大功率可变电阻，用于调整模拟器的放电曲线。Vl采用耐压值超过200V的大功率MOS管，V2采用15V左右的钳位ニ极管，NI为运放。R3是电流取样电阻，当负载电流小于10A，取样电压未达到设定电流之前，NI输出高电平，由于R5的存在，Vl饱和导通，本电路对外表现的特性就是ー个恒压源串联ー个固定电阻R1，特性曲线对应图五的第I段。当负载电流大于电流设定值IOA之后，NI输出电压逐渐变低，Vl开始退出饱和，导通电阻变大，且负载电流越大，Vl导通电阻越大，此时装置对外表现的是一个恒压源串联ー个可变电阻，特性对应图5的第2段。假设某时刻，负载电流有变大趋势，使Vl导通电阻増大，反过来会造成装置输出电压的降低，抑制负载电流的继续增大(负载不变),增大趋势和抑制作用平衡时(负载电流大于12)，装置表现为近似恒流特性。ー个理想的恒流源的负载特性曲线是ー个水平的直线。输出电流等于恒流值加上流过R6的电流，对外表现的特性为斜率等于1/R6的直线对应图5的第三段。当改变图中的Rl阻值时，可改变第一段的斜率，当改变电流设定值Is时，可以改变第二段的起始位置，当改变NI所组成的放大电路的增益时，可以改变第二段的曲率和恒流值I2 ;当改变R6的阻值时，可以改变第三段的斜率。通过上述參数的不同组合，可以模拟各种形状的伏安特性曲线；当用程控方法实现上述參数组合时，可依制作程控模拟器，满足不同的Isc、Voc和Pmax。模拟器的结构框图如图7所示，主要包含程控电源単元、放电回路控制单元和參考电压设置単元。其中程控电源単元能够设 置输出电压，并提供足够的电流输出能力；放电回路控制単元能够实现分段曲线模拟功能；參考电压设置单元能够调整最大输出电流值。
权利要求
1.一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置，其特征在于由程控电源单元、放电回路控制单元和参考电压设置单元组成； 程控电源单元能够设置输出电压并送给放电回路控制单元； 参考电压设置单元能够调整最大输出电流值给放电回路控制单元； 放电回路控制单元接受程控电源的输出电压或接受参考电压设置单元的电流输出不同的伏安特性曲线给伏安特性测试设备。
2.根据权利要求I所述的一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置，其特征在于放电回路控制单元至少分成两段进行模拟，其中至少有一段是依据输出电流的大小来改变电源内阻的大小。
全文摘要
本发明涉及一种多段近似太阳电池伏安特性模拟装置，满足不同情况下对伏安特性模拟器的需要。其装置主要包含程控电源单元、放电回路控制单元和参考电压设置单元。其中程控电源单元能够设置输出电压，并提供足够的电流输出能力；放电回路控制单元能够实现分段曲线模拟功能；参考电压设置单元能够调整最大输出电流值。通过控制电源的内阻，来模拟太阳能电池或组件的伏安特性；至少可以分成两段进行模拟，其中至少有一段是依据输出电流的大小来改变电源内阻的大�。煌ü煌牟问楹希梢阅Ｄ舛嘀植煌姆蔡匦郧�。本发明是一个低成本多段可调的快速响应太阳电池方阵伏安特性模拟器。
文档编号G01R1/28GK102768294SQ20121028408
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月11日 优先权日2012年8月11日
发明者朱文星, 朱炬, 许彦斌 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所
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