一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法技术

一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，利用光电二极管光生电流与辐照强度成正比的关系，将辐照强度测量转换为光电二极管光生电流的测量，在需要进行辐照强度测量的平面上布置光电二极管阵列，从而以光电二极管阵列的光生电流分布反映辐照强度的分布。本发明专利技术可以测量辐照强度的分布，而且光电二极管的有效受光面积较小，相邻辐照强度测量点之间步长较短，保证了测量的精度。而且采用两排光电二极管插空排列的方式弥补了因边框和正负接线端占用的面积，做到了在一个方向上辐照强度分布完全覆盖。另外，可以定量评估辐照强度分布的非均匀度，为进一步探索辐照强度非均匀性对聚光光伏光热系统总体性能参数的影响作了铺垫。

A measurement method of radiation intensity distribution based on photodiode array

【技术实现步骤摘要】
一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法
本专利技术属于太阳能聚光光伏光热领域，涉及一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法。
技术介绍
在太阳能聚光光伏光热领域，由于聚光器自身的设计原理与聚光特性，或者是不完全对准的跟踪策略等客观因素，光伏光热组件表面的辐照强度分布总是不均匀的。这种不均匀分布的辐照强度会直接导致光伏电池不均匀的电流分布和温度分布。局部过大的电流会使光伏电池整体的欧姆损失增大，从而使其开路电压以及填充因子下降，最终导致其光电转换效率下降。而局部过高的电池温度会导致光伏电池表面的热斑和热应力集中，从而造成光伏电池的失效。因此提前探明光伏电池表面的辐照强度分布并进行定量表征，对于保证光伏电池安全高效输出电能是很有必要的。现有的辐照强度测量方法大多是针对单点测量的，涉及到测量辐照强度分布的较少。而且少数涉及到辐照强度分布的测量方法的，都有各自的缺点。如浙江工业大学的戚军和张晓峰提出的“光伏阵列辐照度测量辨识方法”，测量辐照强度的光传感器分布比较离散，测量精度较低。而哈尔滨工业大学的刘祥，汪洪源等提出的“自动化扫描式辐照度测量系统及方法”，需要在空间上移动探测机构才能覆盖整个测量方向的辐照强度分布，这种方法不仅操作复杂，而且在实际天气条件变化较大的情况中，测量的误差会更大。因此开发一种能直接获得辐照强度分布的测量方法势在必行。
技术实现思路
为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，包括以下步骤：1)固定光电二极管阵列中的每个光电二极管在线路板上，并将每个光电二极管与数据采集记录系统通过信号线连接；2)将光电二极管阵列置于聚光光伏光热系统的聚光面上，通过数据采集记录系统采集和记录光电二极管的光生电流；3)由标准模拟光源下测量得到的光生电流以及步骤2)中得到的光电二极管的光生电流计算得到聚光面上各个光电二极管接收到的辐照强度大小；再根据光电二极管阵列的辐照强度大小，计算辐照非均匀度。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，光电二极管阵列包括两排光电二极管，两排光电二极管采用错位插空排列的方式布置，每个二极管的正负接线端与数据采集系统相连。本专利技术进一步的改进在于，假设第一排光电二极管的数量为m，第二排光电二极管数量为n，当为偶数时，当为奇数时，其中，w为需要进行辐照强度分布测量的平面的宽度，l为二极管边长。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，光电二极管的型号为SFH2400。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，通过焊接的方式将每个光电二极管固定在线路板上。本专利技术进一步的改进在于，进行步骤2)前，对每个光电二极管进行标定。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，计算得到聚光面上各个光电二极管接收到的辐照强度大小的具体过程为：假设两排光电二极管接收到的辐照强度大小分别为G11，G12，……，G1m，G21，G22，……，G2n，则有：上式中，Gij表示光电二极管阵列中任意一个光电二极管接收到的辐照强度，其中i代表阵列的行，取值为1或2，j表示某一行中第几个光电二极管；当i＝1时，j＝1,2，……，m；i＝2时，j＝1,2，……，n；m为第一排光电二极管的数量，n为第二排光电二极管数量，Iij和Iij,ref分别表示光电二极管在聚光条件下和标准模拟光源照射条件下的光生电流，Gref是标准模拟光源的辐照强度。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，根据光电二极管阵列的辐照强度大小，计算辐照非均匀度的具体过程为：上式中，σG为用标准模拟光源的辐照强度Gref无量纲化后的辐照非均匀度，为阵列中所有光电二极管接收到的辐照强度的平均值。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术采用插空排列的光电二极管阵列的测量方法，线性聚光器的聚光面宽度方向的辐照强度分布可以完全覆盖，保证了测量精度。同时，传统定义的计算辐照非均匀度的公式α＝(Gmax-Gmin)/(Gmax+Gmin)只关注最大辐照强度和最小辐照强度之间的差异。相比之下，本专利技术提出的辐照非均匀度计算方法更关注各个点之间的差异体现出的总体标准偏差，更合理地对辐照强度分布进行了定量表征。与传统的单点式辐照强度测量方法相比，本专利技术提出的测量方法可以测量辐照强度的分布，而且光电二极管的有效受光面积较小，相邻辐照强度测量点之间步长较短，保证了测量的精度。而且采用两排光电二极管插空排列的方式弥补了因边框和正负接线端占用的面积，做到了在一个方向上辐照强度分布完全覆盖。另外，结合提出的计算方法，可以定量评估辐照强度分布的非均匀度，为进一步探索辐照强度非均匀性对聚光光伏光热系统总体性能参数的影响作了铺垫。本专利技术利用光电二极管光生电流与辐照强度成正比的关系，将辐照强度测量转换为光电二极管光生电流的测量，在需要进行辐照强度测量的平面上布置光电二极管阵列，从而以光电二极管阵列的光生电流分布反映辐照强度的分布。本专利技术利用“空间弥补时间”的思想，可以同时测量出一个方向上所有部位的辐照强度分布，精度高，操作简便，具有一定的先进性。进一步的，由于型号为SFH2400的光电二极管，其光谱响应曲线与晶硅太阳能电池相似，有效受光面积为1mm*1mm，所以可以保证较高的测量精度。进一步的，采用两排光电二极管有效受光面积插空排列的方式来弥补被光电二极管封装边框以及正负接线端占用的面积，从而达到在光伏阵列宽度方向全部覆盖光电二极管，最大程度保证测量精度的目的。附图说明图1为光电二极管数量为奇数个时二极管阵列排布方式示意图。图2为光电二极管数量为偶数个时二极管阵列排布方式示意图。图3为中教金源CEL-PE300-3A太阳能模拟器辐照强度分布曲线。图中，1为有效受光面积，2为封装边框，3为负极接线端，4为正极接线端，5为线路板，6为数据采集记录系统，7为信号传输导线，8为电脑，9为数据通讯网线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的阐述。本专利技术的实施步骤为：1)根据辐照度接收面的宽度选择光电二极管型号并确定光电二极管数量。对于聚光光伏光热系统，辐照度接受面的宽度一般取决于光伏阵列的宽度，为了确保测量精度，光电二极管的有效受光面积应尽量小。经调研，选用市场上可以购买到的型号为SFH2400的光电二极管，其光谱响应曲线与晶硅太阳能电池相似，有效受光面积为1mm*1mm，可以保证较高的测量精度。若需要进行辐照强度分布测量的平面的宽度为w(单位为mm)，则总共需要的光电二极管数量为w/1＝w个。2)确定光电二极管阵列排布方案。一个完整的光电二极管除了能发生光电效应的有效受光面积1外，还有起保护作用的封装边框2以及负极接线端3、正极接线端4，直接简单并列排布会导致被边框以及正负接线端占用的面积无法布置光电二极管，使得部分区域的辐照强度数据缺失。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)固定光电二极管阵列中的每个光电二极管在线路板上，并将每个光电二极管与数据采集记录系统通过信号线连接；/n2)将光电二极管阵列置于聚光光伏光热系统的聚光面上，通过数据采集记录系统采集和记录光电二极管的光生电流；/n3)由标准模拟光源下测量得到的光生电流以及步骤2)中得到的光电二极管的光生电流计算得到聚光面上各个光电二极管接收到的辐照强度大小；再根据光电二极管阵列的辐照强度大小，计算辐照非均匀度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)固定光电二极管阵列中的每个光电二极管在线路板上，并将每个光电二极管与数据采集记录系统通过信号线连接；
2)将光电二极管阵列置于聚光光伏光热系统的聚光面上，通过数据采集记录系统采集和记录光电二极管的光生电流；
3)由标准模拟光源下测量得到的光生电流以及步骤2)中得到的光电二极管的光生电流计算得到聚光面上各个光电二极管接收到的辐照强度大小；再根据光电二极管阵列的辐照强度大小，计算辐照非均匀度。


2.根据权利要求1所述的一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，步骤1)中，光电二极管阵列包括两排光电二极管，两排光电二极管采用错位插空排列的方式布置，每个二极管的正负接线端与数据采集系统相连。


3.根据权利要求2所述的一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，假设第一排光电二极管的数量为m，第二排光电二极管数量为n，当为偶数时，当为奇数时，其中，w为需要进行辐照强度分布测量的平面的宽度，l为二极管边长。


4.根据权利要求1所述的一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，步骤1)中，光电二极管的型号为SFH2400。


5.根据权利要求1所述的一种基于光电二极管阵列的辐照强度分布测量方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏进家，张高明，习成思，丁锐，张亮，王泽昕，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61