一种光伏电池自动测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光伏电池自动测试装置，包括太阳光模拟器、太阳运动仿真装置和电池测试装置，所述的太阳光模拟器包括光源及两个自由曲面反射镜，其中一个自由曲面反射镜朝向光源，接收光源发出的光线并反射给另一个自由曲面反射镜，另一个自由曲面反射镜将接收到的光线反射给光伏电池，光伏电池接收到的光为准直光，该两个自由曲面反射镜同时实现对光源的扩束和匀光。本发明专利技术将自由曲面应用到了太阳光模拟器中，提出了一种反射式太阳光模拟器的设计方法，利用两个自由曲面反射面实现对氙灯光源的扩束和匀光，简化了太阳光模拟器光学系统结构。

An Automatic Test Device for Photovoltaic Cells

The invention relates to an automatic testing device for photovoltaic cells, including a solar simulator, a solar motion simulator and a battery testing device. The solar simulator comprises a light source and two free-form surface mirrors, one of which is oriented towards the light source, receiving the light emitted by the light source and reflecting it to the other. Free-form reflector and another free-form reflector reflect the received light to the photovoltaic cell. The received light of the photovoltaic cell is collimated light. The two free-form reflectors can expand and homogenize the light source at the same time. The free-form surface is applied to the solar simulator, and a design method of reflective solar simulator is proposed. The two free-form surface reflectors are used to expand and homogenize the beam of xenon lamp source, thus simplifying the structure of the optical system of the solar simulator.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏电池自动测试装置
本专利技术属于光电检测领域，涉及太阳能领域，尤其是一种用于光伏电池的性能测试装置。
技术介绍
能源问题越来越受到人们的重视，太阳能作为取之不尽的清洁能源备受青睐。光伏发电作为太阳能主要利用形式之一近年来也发展迅速。对其主要组件太阳能性能评价是评价光伏发电效率一个重要指标，太阳光模拟器是实现太阳能电池测试的主要仪器。太阳光模拟器产生类似太阳光照射在太阳能电池上使其发生光电转换，代替实际太阳光完成对电池的室内测试，不受外界天气情况影响。常规的太阳光模拟器主要由光源、聚光镜、光学积分镜、准直镜等组成。光源发出的光经过聚光镜会聚到光学积分镜上，再经过准直镜出射，出射的光束为能量均匀分布的准直光，积分镜一般采用两片微透镜阵列。这种太阳光模拟器系统机械长度过长，积分镜为透镜阵列，不易加工和调试，且光学元件均为透射元件，光能量损失严重。目前，对太阳能电池片测试系统所采用的太阳光模拟器，机械长度过长；匀光采用透镜阵列，其能量均匀性受到单元数量限制；所能检测的太阳能电池的尺寸受到准直镜直径的限制；光学元件全部采用透射元件，能量损失严重。同时，无法控制太阳光入射电池的角度，无法实现电池片一天发电情况的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种新型全自动聚光光伏系统性能测试装置，利用两个自由曲面反射镜将小口径的平行光均匀准直的照射到大尺寸的太阳能电池板上，实现对氙灯光源的扩束和匀光。同时，利用太阳运动仿真模块，实现太阳能电池转动，模拟一天太阳光入射情况，利用太阳能电池检测模块，实现对太阳能电池参数的获取，完成太阳能电池的测试。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种光伏电池自动测试装置，包括太阳光模拟器、太阳运动仿真装置和电池测试装置，在光学平台上安装太阳运动仿真装置，在太阳运动仿真装置上安装光伏电池，在光伏电池的上方通过支架安装太阳光模拟器，太阳光模拟器发出的准直光被光伏电池接收，光伏电池连接电池测试装置，所述的太阳光模拟器包括光源及两个自由曲面反射镜，其中一个自由曲面反射镜朝向光源，接收光源发出的光线并反射给另一个自由曲面反射镜，另一个自由曲面反射镜将接收到的光线反射给光伏电池，光伏电池接收到的光为准直光，该两个自由曲面反射镜同时实现对光源的扩束和匀光。而且，所述的太阳运动仿真装置包括X轴转台支架、X轴转台、Z轴转台支架、Z轴转台，所述Z轴转台支架固装在光学平台上，在Z轴转台支架上固装Z轴转台，该Z轴转台由Z轴转台电机驱动实现绕Z轴旋转，在Z轴转台上固装X轴转台支架，在X轴转台支架上固装X轴转台，X轴转台由X轴转台电机驱动，实现绕X轴旋转，在X轴转台上固装一支撑板，在支撑板上粘贴待测试的光伏电池。而且，所述的两个自由曲面反射镜的设计方法，包括如下步骤：(1)拟合光源和接收面能量分布曲线；(2)建立太阳光模拟器光学系统初始计算模型；(3)计算两个自由曲面反射镜。步骤(1)所述的拟合光源和接收面能量分布曲线是通过功率计检测光源出射面的能量分布，并拟合出光源截面能量分布曲线，在入射面以光源中心为圆心建立等能量环，该能量环为中心密边缘疏的同心圆，作为光源模型；接收面能量环为疏密程度相同的同心圆。步骤(2)所述的建立太阳光模拟器光学系统初始计算模型的步骤如下：(1)以入射光线的方向为Y轴，以光源面中心为坐标原点建立直角坐标系，设置光源出射口径为D1，太阳光模拟器出射口径为D2；(2)根据光源和接收面的能量分布，及两个反射面的初始位置建立整个结构的计算模型，光源面和接收面的采样坐标是已知的，其坐标用环形采样坐标表示，光源面的采样点Ai,j，其坐标为(Rai*sin(θj),0,Rai*cos(θj)),其中Rai∈[0,D1/2]，θj∈[0,π]，j＝1,2…m，i＝1,2…n，Rai代表了光源面采样点处径向半径的大小，Rai根据光源出射能量环确定，θj代表了光源面环形角度的大小，m为径向采样点个数，n为环形采样点个数；定义接收面的采样点Bi,j，其坐标为(Rbi*sin(θj),Rbi*cos(θj)+dy,dz)，其中Rbi∈[0,D2/2]，dy和dz分别为接收面在Y和Z方向的偏移，dy和dz根据设计要求确定，是已知量，Rbi是均匀分布；(3)建立反射面的模型：第一个反射面Pi,j(Ai,j(1),yi,j,Ai,j(3))，Pi,j的X和Z方向上的坐标和光源Ai,j是相同的，Ai,j(1)和Ai,j(3)分别代表Ai,j在X和Z方向上的坐标，其Y方向的坐标yi,j为未知量；第二个反射面Qi,j(Bi,j(1),Bi,j(2),zi,j)，Qi,j的X和Y方向坐标和接收面Bi,j是相同的，Bi,j(1)和Bi,j(2)分别代表Bi,j在X和Y方向上的坐标，其Z方向的坐标zi,j为未知量；(4)已知第一个反射面起始点坐标P0(0,y0,0)，其中y0为Y方向上的坐标，及P0处的法矢量其中α为法矢量与Z轴的夹角；通过(1)-(4)就建立了光源、接收面、两个反射面的计算模型。而且，两个自由曲面反射镜的计算过程是：首先计算原点，然后沿着Z轴方向计算径向点，最后计算环形各点。具体的计算过程为：首先，从原点为起始点开始计算，第一个反射面起始点P0及其法矢量是已知的，原点处的A0(0,0,0),B0(0,dy,dz),入射光线矢量出射光线矢量均为已知，dy和dz分别为接收面在Y和Z方向的偏移，通过反射定律，公式(1)，求得通过第一个反射面的光线矢量设与P0相对应的第二个反射面上起始点Q0(0,dy,z0)，其中z0是未知的，通过点P0和点Q0的直线矢量其表达式如等式(2)，矢量与同向，建立等式(3)，求得Q0，代表矢量在Y方向分量，代表矢量在Z方向分量，代表矢量在Y方向分量，代表矢量在Z方向分量；由和通过反射定律的矢量形式，通过公式(4)，求得Q0处的法矢量其中表示的模；至此，求解完初始点P0和Q0；然后，以P0和Q0作为初始点，分别计算两个反射面上Z轴上的轴上点坐标，即j＝1，Pi,1坐标为(Ai,1(1),yi,1,Ai,1(3)),Qi,1坐标为(Bi,1(1),Bi,1(2),zi,1)，其中yi,1和zi,1为未知量，通过方程组(5)求解，i＝1,2…n；其中涉及到的矢量和表达，分别为：利用折射定律依次求解Pi,1和Qi,1的法矢量：其中其表达式如下：最后，以Pi,1和Qi,1为起始点，以环形方向依次计算各环上的采样点，求解过程同求解Pi,1和Qi,1相同，从j＝2开始，Pi,j坐标为(Ai,j(1),yi,j,Ai,j(3)),Qi,j坐标为(Bi,j(1),Bi,j(2),zi,j)，其中yi,j和zi,j为未知量，通过方程组(10)求解；其中涉及到的矢量和表达，分别为：利用折射定律依次求解Pi,j和Qi,j的法矢量：其中其表达式如下：其中j＝2，3…m，i＝1,2…n，依次迭代，求解出反射面上全部的采样点Pi,j和Qi,j；最后，利用三维软件将两个反射面的采样点拟合为曲面。本专利技术的优点和有益效果本专利技术有益效果分为两方面，一方面是太阳光模拟器的匀光及扩束的仿真结果，另一方面是电池测试装置的测试结果。1、本专利技术将自由曲面应用到了太阳光模拟器中，提出了一种反射式太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏电池自动测试装置，其特征在于：包括太阳光模拟器、太阳运动仿真装置和电池测试装置，在光学平台上安装太阳运动仿真装置，在太阳运动仿真装置上安装光伏电池，在光伏电池的上方通过支架安装太阳光模拟器，太阳光模拟器发出的准直光被光伏电池接收，光伏电池连接电池测试装置，所述的太阳光模拟器包括光源及两个自由曲面反射镜，其中一个自由曲面反射镜朝向光源，接收光源发出的光线并反射给另一个自由曲面反射镜，另一个自由曲面反射镜将接收到的光线反射给光伏电池，光伏电池接收到的光为准直光，该两个自由曲面反射镜同时实现对光源的扩束和匀光。

【技术特征摘要】
1.一种光伏电池自动测试装置，其特征在于：包括太阳光模拟器、太阳运动仿真装置和电池测试装置，在光学平台上安装太阳运动仿真装置，在太阳运动仿真装置上安装光伏电池，在光伏电池的上方通过支架安装太阳光模拟器，太阳光模拟器发出的准直光被光伏电池接收，光伏电池连接电池测试装置，所述的太阳光模拟器包括光源及两个自由曲面反射镜，其中一个自由曲面反射镜朝向光源，接收光源发出的光线并反射给另一个自由曲面反射镜，另一个自由曲面反射镜将接收到的光线反射给光伏电池，光伏电池接收到的光为准直光，该两个自由曲面反射镜同时实现对光源的扩束和匀光。2.根据权利要求1所述的光伏电池自动测试装置，其特征在于：所述的太阳运动仿真装置包括X轴转台支架、X轴转台、Z轴转台支架、Z轴转台，所述Z轴转台支架固装在光学平台上，在Z轴转台支架上固装Z轴转台，该Z轴转台由Z轴转台电机驱动实现绕Z轴旋转，在Z轴转台上固装X轴转台支架，在X轴转台支架上固装X轴转台，X轴转台由X轴转台电机驱动，实现绕X轴旋转，在X轴转台上固装一支撑板，在支撑板上粘贴待测试的光伏电池。3.根据权利要求1所述的光伏电池自动测试装置，其特征在于：所述的两个自由曲面反射镜的设计方法，包括如下步骤：(1)拟合光源和接收面能量分布曲线；(2)建立太阳光模拟器光学系统初始计算模型；(3)计算两个自由曲面反射镜。4.根据权利要求3所述的光伏电池自动测试装置，其特征在于：步骤(1)所述的拟合光源和接收面能量分布曲线是通过功率计检测光源出射面的能量分布，并拟合出光源截面能量分布曲线，在入射面以光源中心为圆心建立等能量环，该能量环为中心密边缘疏的同心圆，作为光源模型；接收面能量环为疏密程度相同的同心圆。5.根据权利要求3所述的光伏电池自动测试装置，其特征在于：步骤(2)所述的建立太阳光模拟器光学系统初始计算模型的步骤如下：(1)以入射光线的方向为Y轴，以光源面中心为坐标原点建立直角坐标系，设置光源出射口径为D1，太阳光模拟器出射口径为D2；(2)根据光源和接收面的能量分布，及两个反射面的初始位置建立整个结构的计算模型，光源面和接收面的采样坐标是已知的，其坐标用环形采样坐标表示，光源面的采样点Ai,j，其坐标为(Rai*sin(θj),0,Rai*cos(θj)),其中Rai∈[0,D1/2]，θj∈[0,π]，j＝1,2…m，i＝1,2…n，Rai代表了光源面采样点处径向半径的大小，Rai根据光源出射能量环确定，θj代表了光源面环形角度的大小，m为径向采样点个数，n为环形采样点个数；定义接收面的采样点Bi,j，其坐标为(Rbi*sin(θj),Rbi*cos(θj)+dy,dz)，其中Rbi∈[0,D2/2]，dy和dz分别为接收面在Y和Z方向的偏移，dy和dz根据设计要求确定，是已知量，Rbi是均匀分布；(3)建立反射面的模型：第一个反射面Pi...

【专利技术属性】
技术研发人员：程颖，卢永斌，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12