一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法技术

本发明专利技术提出一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，属于新能源与高效节能技术领域。该方法首先根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试外加的直流偏压范围及交流信号的电压幅值范围；然后在无光条件下，对待测量的太阳能电池进行交流阻抗测试：将太阳能电池置于计算得到的直流偏压范围内，同时对太阳能电池添加符合电压幅值范围的交流电压信号；分别测量响应电流最大值和最小值，计算响应电流的幅值，从而得到太阳能电池的并联电阻。本发明专利技术可在线测量电池的并联电阻，实时监控工作环境下太阳能电池的健康状态，确定太阳能电池的老化程度，精确估计电站寿命，为电站运维或者估值服务，简单便捷，实用性强。

A measurement method for parallel resistance of solar cells based on AC impedance test

The invention provides a measuring method for parallel resistance of solar cells based on AC impedance test, which belongs to the field of new energy and high efficiency energy saving technology. Based on the connection structure of the solar cell to be measured, the method calculates the applied voltage range of the DC bias and the voltage amplitude of the AC signal, and then tests the measured solar cells under the condition of no light. The solar cells are placed in the calculated DC bias range. At the same time, the AC voltage signals are added to the range of voltage amplitude, and the maximum and minimum of the response current are measured respectively. The amplitude of the response current is calculated, and the parallel resistance of the solar cell is obtained. The invention can measure the parallel resistance of the battery online, monitor the healthy state of the solar cell in real time, determine the aging degree of the solar cell, accurately estimate the life span of the power station, and serve the operation and maintenance of the power station or the valuation of the power station, which is simple, convenient and practical.

【技术实现步骤摘要】
一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法
本专利技术涉及一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，属于新能源与高效节能

技术介绍
PN型太阳能电池包括晶体硅类电池和非晶体硅类电池，晶体硅太阳能电池主要分为单晶硅电池和多晶硅电池，非晶体硅类包括III-V族太阳能电池如砷化镓、磷化镓铟、磷化铟等、II-VI族如硒化铟铜、碲化镉等。一般PN型太阳能电池光照下的直流等效模型如图1所示。其中Iph是恒流源，表示光照下电池产生的光电流；Rs是电池的串联电阻，表示电池的接线电阻及接触电阻；Rsh是电池的并联电阻，也被称为漏电阻，表示因为工艺等原因产生的漏电流的大小。并联电阻与电池的性能密切相关，无论是自然衰减还是特定故障都会引起并联电阻的减小。测量并联电阻可以定位故障，反映太阳能电池的老化程度。现有的太阳能电池的并联电阻的测量方法一般是基于电池的I-V特性曲线来测量的，如图2所示。图中，横轴和纵轴分别表示太阳能电池的电压及电流；点线表示太阳能电池的I-V曲线；虚线是当电压趋近于零时I-V曲线的切线，其斜率代表并联电阻的大小；实线是当电流趋近于零时I-V曲线的切线，其斜率代表串联电阻的大小。具体实施方法是在稳定光照下，通过改变电池的负载，测量太阳能电池在某一光照强度下的全部或者部分I-V值，进而由电压近似为零时的曲线斜率求得并联电阻。这种方法需要稳定光照和特定的温度下进行，设备复杂昂贵，并且需要通过斜率近似求得，结果往往会出现较大偏差，目前只能在实验室内进行离线测量，不适于电站环境下使用。截止2016年，中国的新增光伏装机总量34.54GW，累计装机总量为78.1GW，装机总量和增长率均居世界第一。随着光伏产业的蓬勃发展，大量的晶体硅组件被生产并安装于电站中，但由于缺乏有效的太阳能电池在线监控手段，电站处于粗放式的管理状态，造成了极大的资源浪费和财产损失。通过在线测量太阳能电池的物理参数，实时监控电池的运行状态和健康状态，可以快速定位故障，提高运维水平，增加电站的综合效益，这也是未来智能光伏电站的基本要求之一。太阳能电池的并联电阻是表征太阳能电池性能的重要物理参数，可以非常灵敏的反应太阳能电池的老化和故障。我们通过太阳能电池的加速退化实验证明，随着太阳能电池的老化，其并联电阻逐渐减小；另外，当太阳能电池发生隐裂等故障时，太阳能电池的并联电阻也会随之减小。因此，通过在线测量并联电阻，可以准确掌握太阳能电池的老化程度和故障情况，为电池的维护和更换提供依据，提高光伏电站的综合效益。目前尚没有在线测量太阳能电池并联电阻的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服传统的太阳能电池并联电阻测量方法在太阳能电站难以实施的不足之处，提出一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法。本专利技术通过在线测量电池的并联电阻，可以实时监控工作环境下太阳能电池的健康状态，确定太阳能电池的老化程度，精确估计电站寿命，为电站运维或者估值服务，简单便捷，实用性强。本专利技术一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试外加的直流偏压范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，且串联的电池数量为a,则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2a≤Vbias≤0.2a，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2≤Vbias≤0.2，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值为b，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2b≤Vbias≤0.2b，单位为V；(2)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试的交流信号的电压幅值范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，串联的电池数量为a且a≤10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤20，单位为mV，否则，设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤2a，单位为mV；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联,则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm范围为：0＜Vm≤50，单位为mV；若太阳能电池内部各电池的连接方式是串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值是b，若b≤10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为0＜Vm≤20，单位为mV，若b＞10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤2b，单位为mV；(3)无光条件下，对待测量的太阳能电池进行交流阻抗测试：将待测量的太阳能电池置于步骤(1)中计算得到的直流偏压范围内，同时对太阳能电池添加幅值为Vm交流电压信号，Vm符合步骤(2)中计算的电压幅值范围；(4)分别测量响应电流最大值Imax和最小值Imin，计算响应电流的幅值：Im＝(Imax-Imin)/2(5)计算得到太阳能电池的并联电阻Rsh＝Vm/Im。本专利技术的特点及有益效果在于：本专利技术提出的一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，不再依赖传统的I-V曲线的测量，不需要昂贵的光源，降低了对测量设备的要求。本专利技术的测量方法，测量步骤简单，受环境影响小，测量的数据少，计算简单，在生产线和户外环境下都可以很方便的实现。本专利技术提出的方法在黑暗环境下实施，可以在电站不工作的时候进行测量，不会影响电站的实际运行，是一种可用于太阳能电池参数在线测量的方法，实用性高。附图说明图1是光照下PN型太阳能电池在开路时的等效电路示意图。图2是传统I-V法测量太阳能电池等效电阻的原理图。图3是本专利技术方法整体流程框图。图4是通用型组件的内部太阳能电池的连接结构示意图。图5是太阳能电池单个RC并联的动态等效模型图。图6是太阳能电池多个RC并联的动态等效模型图。图7是太阳能电池动态电阻示意图。图8是实测的太阳能电池的结电容及动态体电阻示意图。具体实施方式本专利技术提出的一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。本专利技术提出的一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，整体流程如图3所示，包括以下步骤：(1)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试需要外加的直流偏压范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，且串联的电池数量为a,则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为(-0.2a≤Vbias≤0.2a)V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：(-0.2≤Vbias≤0.2)V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值为b，令a＝b，参照串联电路直流的偏压范围选择，即设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：(-0.2b≤Vbias≤0.2b)V。太阳能电池可以指单个太阳能电池(整体结构只有一个PN结)，也指多个太阳能电池串联、并联或者串并联混合后组成的电池组。实际应用中，由于单个太阳能电池提供的电压和电流值有限，太阳能电池一般都由多个电池串联或者并联而成。商用化的光伏组件一般由60或者72块太阳能电池串联而成，如图4所示。在电站中，由多个组件并联而成的组串的电路连接方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试外加的直流偏压范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，且串联的电池数量为a,则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：‑0.2a≤Vbias≤0.2a，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：‑0.2≤Vbias≤0.2，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值为b，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：‑0.2b≤Vbias≤0.2b，单位为V；(2)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试的交流信号的电压幅值范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，串联的电池数量为a且a≤10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤20，单位为mV，否则，设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤2a，单位为mV；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联,则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm范围为：0＜Vm≤50，单位为mV；若太阳能电池内部各电池的连接方式是串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值是b，若b≤10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为0＜Vm≤20，单位为mV，若b＞10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm≤2b，单位为mV；(3)无光条件下，对待测量的太阳能电池进行交流阻抗测试：将待测量的太阳能电池置于步骤(1)中计算得到的直流偏压范围内，同时对太阳能电池添加幅值为Vm交流电压信号，Vm符合步骤(2)中计算的电压幅值范围；(4)分别测量响应电流最大值Imax和最小值Imin，计算响应电流的幅值：Im＝(Imax‑Imin)/2(5)计算得到太阳能电池的并联电阻Rsh＝Vm/Im。...

【技术特征摘要】
1.一种基于交流阻抗测试的太阳能电池并联电阻的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试外加的直流偏压范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，且串联的电池数量为a,则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2a≤Vbias≤0.2a，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为并联，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2≤Vbias≤0.2，单位为V；若太阳能电池内部各电池的连接方式为串并联混合，串联部分包含的电池个数的最大值为b，则设置交流阻抗测试的直流偏压范围Vbias为：-0.2b≤Vbias≤0.2b，单位为V；(2)根据待测量太阳能电池的连接结构，计算交流阻抗测试的交流信号的电压幅值范围：若太阳能电池内部各电池的连接方式为串联，串联的电池数量为a且a≤10，则设置交流阻抗测试的交流信号的幅度Vm为：0＜Vm...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹旭东，李成龙，王红，杨士元，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11