張繼彬光伏會議演講

張繼彬光伏會議演講第1頁/共24頁論文的主要內(nèi)容SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity一、項目開發(fā)的背景及目的二、系統(tǒng)設(shè)計原理介紹三、系統(tǒng)構(gòu)成及各部分介紹四、系統(tǒng)測試及實驗結(jié)果分析第2頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity一、背景及目的光伏電池組件的溫度、電流、電壓，以及太陽輻照度是影響低倍聚光下硅基太陽能電池發(fā)電效率的重要因素，因此開發(fā)合適的光伏測試系統(tǒng)是光伏發(fā)電領(lǐng)域重要的研究方向。光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能分析及可靠優(yōu)化方法的提出，是在大量可靠的實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，可靠的數(shù)據(jù)依賴于光伏測試系統(tǒng)準(zhǔn)確性，實現(xiàn)多項性能參數(shù)采集的同步性及實時性是提高所采集數(shù)據(jù)可信性的關(guān)鍵。本系統(tǒng)在此應(yīng)用背景下提出，開發(fā)并實現(xiàn)了多參數(shù)實時同步采集的光伏組件性能參數(shù)測試系統(tǒng)。第3頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity二、系統(tǒng)設(shè)計原理系統(tǒng)的設(shè)計原理是基于虛擬儀器的思想，在模塊化的硬件支持下，通過高效靈活的計算機軟件的控制，實現(xiàn)被測參數(shù)的實時曲線顯示、數(shù)據(jù)的保存以及歷史數(shù)據(jù)的查看等功能。采用虛擬儀器思想具有非常明顯的優(yōu)勢：

>簡化了硬件設(shè)計，縮短開發(fā)周期；

>數(shù)據(jù)的存儲及查看非常方便；

>具有圖表化顯示功能，可讀性強；

>硬件參數(shù)的設(shè)置方便簡單；

……第4頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity三、系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)有四部分構(gòu)成：

1、數(shù)據(jù)采集部分2、溫度測量部分

3、太陽輻照度測量部分

4、控制電路部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第5頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity系統(tǒng)主要功能系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能：在低倍聚光條件下，測量硅基太陽能電池板的表層溫度、工作電流Iw、工作電壓Uw、短路電流Isc、短路電壓Uov以及太陽輻照度的實時變化；通過采集電池組件表層多點溫度，可以驗證電池板的散熱性能及輔助分析電池組件的傳熱性能；通過測量工作電流和工作電壓，可以尋找電池板功率輸出與溫度、太陽輻照度的關(guān)系。第6頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity1、數(shù)據(jù)采集部分實時曲線RS232數(shù)據(jù)采集部分的組成Agilent34970A實時曲線顯示界面插盒插盒第7頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity1、數(shù)據(jù)采集部分系統(tǒng)使用Agilent34970A儀器作為核心硬件模塊，通過RS232通信方式與上位機進行通信，在配套軟件控制下，可以實現(xiàn)實時動態(tài)曲線的顯示和數(shù)據(jù)的保存功能，另外還可實現(xiàn)對儀器的通道、被測參數(shù)類型、采集頻率的設(shè)置；選擇具有22個通道的插盒，可實現(xiàn)對熱電偶信號、直交流電壓電流信號、電阻等參數(shù)的測量；Agilent34970A為系統(tǒng)參數(shù)采集的核心部件，其數(shù)據(jù)采集精度高、使用靈活、攜帶方便、二次開發(fā)簡單，主要的優(yōu)勢是采集通道多，可實現(xiàn)多項數(shù)據(jù)的同時采集。第8頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity2、溫度測量部分電池組件表面被測溫度點分布樣圖（Z1~Z6、F1~F6）冷卻管道測量溫度的K型熱電偶，一端接在安捷倫儀器，另一端固定在電池板的被測溫度點處。第9頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity2、溫度測量部分光伏電池板的發(fā)電效率隨電池板溫度的變化而改變，溫度參數(shù)在聚光光伏系統(tǒng)的性能參數(shù)中占有非常重要的位置，因此溫度采集成為一關(guān)鍵要素。這里采用的是K型熱電偶頭測量溫度，K型熱電偶線性度好，精度高、靈敏度高，抗氧化性能強，且價格便宜，通過與Agilent34970A儀器的配合使用，使K型熱電偶的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮。在使用過程中，可根據(jù)實驗需求將熱電偶頭分布在電池板的不同部位，安裝比較靈活，使用起來也很方便。第10頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity3、太陽輻照度測量部分這里有兩種方式進行太陽輻照度的測量：一是采用帶RS232接口的TES系列光功率計；二是采用實驗現(xiàn)場的CampbellScientific氣象站。氣象站的功能強大，可實現(xiàn)太陽總輻照度、直射光輻照度、環(huán)境溫度等參數(shù)的測量，而且測量精度高，具有數(shù)據(jù)存儲的功能。為了操作簡便，可使用TES測量輻照度，而用氣象站的數(shù)據(jù)作為標(biāo)定值。影響光伏電池最大輸出功率的主要因素是太陽輻照度，電池板最大輸出功率基本與一天中太陽輻照度變化趨勢相一致，因此輻照度必須與工作電流Iw、工作電壓Uw等參數(shù)實現(xiàn)同步測量才具有可信性。第11頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity4、控制電路部分這里通過多個電阻的切換改變電阻值，來模擬電池板的負(fù)載變化，進而得到一組工作電流和工作電壓數(shù)據(jù)，最后繪制出電池板的I-V曲線。多電阻切換法原理框圖第12頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity4、控制電路部分I-V曲線不僅提供了硅基太陽能電池的電性能參數(shù)，也是最大功率點跟蹤的主要依據(jù)，因此工作電流和工作電壓的測量至關(guān)重要。本文使用的是多電阻切換法來實現(xiàn)I-V曲線的測量，考慮到專用成套設(shè)備的成本較高，電容負(fù)載法和反向偏壓負(fù)載法需要高精度高速度的AD轉(zhuǎn)換器，開發(fā)難度也較大，這里選擇了多電阻切換的方法來進行I-V曲線的測試。第13頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試的低倍聚光實驗平臺第14頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試被測電池板構(gòu)造第15頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析低倍聚光狀況下，不通冷卻水時，電池板正面溫升很快，電池板背面與太陽輻射面之間的熱阻較大，而且與空氣有良好的接觸，溫升較小。圖表1無冷卻水時電池表層溫度變化趨勢K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖

圖表一分析…第16頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析不通冷卻水時Isc變化圖

不通冷卻水時Uov變化圖

第17頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析水流量為16t/h時，通水后散熱效果明顯，電池組件表層溫度下降，溫度低于60℃，冷卻效果明顯。圖表2冷卻水流量16t/h下電池表層溫度變化趨勢K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖

圖表二分析…第18頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析冷卻水為16t/h時Isc變化曲線

冷卻水為16t/h時Uov變化曲線

第19頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析水流量變大后，電池組件正面溫度變得更低，背面溫度也有所降低，但溫度處在波動狀態(tài)，電池表面溫度不超過55℃。圖表3冷卻水流量162t/h下電池表層溫度變化趨勢K型熱電偶頭在電池組件上的分布圖

圖表三分析…第20頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試結(jié)果分析流量162t/h時Isc變化曲線流量162t/h時Uov變化曲線

第21頁/共24頁SolarTechnologyResearchCenter,SoutheastUniversity四、系統(tǒng)測試本系統(tǒng)是在不斷試驗的基礎(chǔ)上得出的，并為多次測試實驗提供了可靠的數(shù)據(jù)，其中包括：

>低倍聚光下硅基太陽能電池板的傳熱分析；

>聚光光伏系統(tǒng)冷卻效果的驗證；

>低倍聚光下光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時的性能測試；

>不同型號硅基太陽能電池最大功率點的跟蹤測試等。實驗現(xiàn)場均為東大-中天太陽能聯(lián)合研究中心的實驗基地。整個測