一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其装置包括有调压器、半波整流单元、滤波单元、参考电流设置单元和参考电压设置单元。本发明利用调压器供电，依据二极管的伏安特性设置开路电压，串联一个可变电阻来调节短路电流。本发明设计的模拟太阳能电池伏安特性的装置代替了原有太阳能光伏发电系统中的太阳能电池方阵。在进行交直流混合太阳能光伏发电系统的研发过程中，可以不受自然条件的限制，能够缩短研发周期，降低开发成本。
【专利说明】一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，属于光伏测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能发电所使用的能量是太阳能，而由半导体器件构成的太阳能电池是太阳能发电的重要部件。
[0003]太阳能光伏发电系统分为直流系统、交流系统和交直流混合系统，其主要区别是系统中是否带有逆变器。一般来说，太阳能光伏发电系统主要是由太阳能电池方阵、太阳能控制器、蓄电池(组)组成的。参考2009年9月第I版，王志娟主编的《太阳能光伏技术》，第6页介绍了太阳能光伏发电系统的结构。
[0004]随着能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对太阳能光伏系统的研宄越来越深入广泛，但是在太阳能光伏系统的研发过程中，如果以真实的太阳能电池方阵作为太阳能光伏系统组成部分，太阳能光伏系统的开发将受到自然条件的极大限制。由于太阳能电池受光照强度、环境温度影响较大，同时购买电池板比较昂贵，也无法24小时工作，导致实验成本过高，开发周期变长，所以研发替代太阳能电池方阵特性的电源变得尤为重要。
【发明内容】
[0005]在太阳能光伏发电系统的研发过程中，为了克服太阳能电池方阵受自然环境的影响，本发明设计了一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置。通过使用本发明装置，使得太阳能光伏发电系统的开发周期缩短、研发成本降低。
[0006]本发明的技术方案是:利用调压器供电，依据二极管的伏安特性设置开路电压，串联一个可变电阻来调节短路电流。
[0007]本发明的一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，该模拟太阳能电池伏安特性的装置代替了太阳能光伏发电系统中的太阳能电池方阵；其特征在于:模拟太阳能电池伏安特性的装置包括有调压器、半波整流单元、滤波单元、参考电流设置单元和参考电压设置单元;
[0008]所述调压器第一方面用于与220V的市电连接；第二方面输出交流电压Vin给半波整流单元；
[0009]所述半波整流单元对接收到的交流电压Vin进行半波整流，输出脉动的直流电压Va;
[0010]所述滤波单元对脉动的直流电压1进行滤波，得到平稳的直流电压Vb;
[0011]所述参考电流设置单元对平稳的直流电压Vb进行短路电流设置，得到限流参考电压V。；
[0012]所述参考电压设置单元对限流参考电压V。进行开路电压的设置，从而输出满足控制器所需的模拟电压ν_。
[0013]本发明模拟太阳能电池伏安特性的装置相比实际的太阳能电池方阵的优点在于:
[0014]①在进行交直流混合太阳能光伏发电系统的研发过程中，可以不受自然条件的限制，能够缩短研发周期，降低开发成本。
[0015]②在模拟太阳能电池伏安特性的装置利用串联多个二极管来进行开路电压的设置，配合大功率可变电阻器调节短路电流，实现了不同额定功率、额定电压等级的太阳能电池。
[0016]③搭建模拟太阳能电池伏安特性的装置原理简单，易操作，费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是传统交直流混合太阳能光伏发电系统的结构框图。
[0018]图2是本发明模拟太阳能电池伏安特性的装置的结构框图。
[0019]图3是本发明的第一种实现方式的电路原理图。
[0020]图4是本发明的第二种实现方式的电路原理图。
[0021]图5是本发明的第三种实现方式的电路原理图。
[0022]图6是本发明的第四种实现方式的电路原理图。
[0023]图7是本发明模拟太阳能电池伏安特性的装置的不同开路电压伏安特性曲线图。
[0024]图8是本发明模拟太阳能电池伏安特性的装置的不同短路电流伏安特性曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0026]根据王志娟主编的《太阳能光伏技术》，第6页介绍了太阳能光伏发电系统的结构，在本发明中引为图1所示。在图1中，太阳能电池方阵是太阳能光伏发电系统的核心部分，也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能、或送住蓄电池中储存起来，或推动负载工作。为了实现短研发周期、低成本的太阳能光伏发电系统的研发，本发明设计了一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，该装置代替了原有太阳能光伏发电系统中的太阳能电池方阵。本发明利用调压器供电，依据二极管的伏安特性，串联一个可变电阻来实现一种低成本的近似太阳能电池伏安特性模拟器。
[0027]参见图2所示，本发明设计的一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其装置包括有调压器、半波整流单元、滤波单元、参考电流设置单元和参考电压设置单元；
[0028]所述调压器第一方面用于与220V的市电连接；第二方面输出交流电压Vin给半波整流单元；
[0029]所述半波整流单元对接收到的交流电压Vin进行半波整流，输出脉动的直流电压Va;
[0030]所述滤波单元对脉动的直流电压^进行滤波，得到平稳的直流电压Vb;
[0031]所述参考电流设置单元对平稳的直流电压Vb进行短路电流设置，得到限流的参考电压Vc;
[0032]所述参考电压设置单元对限流的参考电压V。进行开路电压的设置，从而输出满足控制器所需的模拟电压ν_。
[0033]在本发明中，利用调压器模拟太阳光源，不同的输出电压即代表不同的光强。利用二极管半波整流，将输入交流转化为直流输出。在滤波单元中利用电容滤波，实现方式简单可控。利用串联功率电阻限制短路电流，调节方便。利用二极管伏安特性模拟太阳能电池输出，串联二极管个数不一样，则开路电压不一样。
[0034]实施例1
[0035]参见图3、图7、图8所示，一种模拟太阳能电池伏安特性的装置的具体实现电路是由调压器Tl、半波整流二极管D0、电容Cl、电容C2、电阻R0、大功率可变电阻器件Rl以及10个二极管组成；其中，10个二极管的标识号分别是指，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14和二极管D15。
[0036]模拟太阳能电池伏安特性的装置一方面通过电源接口 Ul与220V市电连接，另一方面通过输出接口 U2与控制器连接。
[0037]调压器Tl的输入端接220V市电，输出端接半波整流二极管DO的一端，调压器Tl的接地端接地；
[0038]二极管DO的一端接调压器Tl的输出端；二极管DO的另一端与大功率可变电阻器Rl的一端连接；
[0039]电阻R0、电容Cl、电容C2构成滤波电路；二极管DO的另一端经电阻RO接地；
[0040]二极管DO的另一端经电容C2接地；
[0041]二极管DO的另一端经电容Cl接地；
[0042]大功率可变电阻器Rl的一端与二极管DO的另一端连接，大功率可变电阻器Rl的另一端与输出接口 U2连接；
[0043]大功率可变电阻器Rl的另一端与二极管Dl的一端连接，二极管Dl的另一端顺次串联连接二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D15、二极管D14、二极管D13、二极管D12和二极管Dll ;二极管Dll的另一端接地。
[0044]在图3所示的电路原理图中，调压器Tl的输出电压经过二极管DO半波整流，及电容Cl、电容C2滤波，电容(C1、C2)两端输出电压随着调压器Tl的输出电压变化而变化，调压器Tl输出电压越大，即可认为太阳光强越大，电阻RO是放电电阻，大功率可变电阻器Rl能够限制太阳能电池的短路电流，当参考电压设置单元中的多个串联的二极管的输出端短路时，短路电流即为电容(C1、C2)两端电压除以大功率可变电阻器Rl的阻值，如图8所示。串联的二极管(Dl?D5、D11?D15)用于限制太阳能电池开路电压，这是由实际二极管的伏安特性决定的。当任意一个二极管两端施加正向偏置电压时，二极管中就有正向电流通过，随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压接近其导通电压时，电流急剧增加，二极管导通，电压少许变化，电流的变化都很大。如图7所示的本发明参考电压设置单元利用二极管的这一特性，当二极管(Dl?D5、Dll?D15、D21?D25、D31 ?D35、D41 ?D45、D51 ?D55、D61 ?D65、D71 ?D75、D81 ?D85、D91 ?D95)两端电压达到导通压降时，再增大调压器Tl的输出，二极管(Dl?D5、D11?D15、D21?D25、D31 ?D35、D41 ?D45、D51 ?D55、D61 ?D65、D71 ?D75、D81 ?D85、D91 ?D95)的两端电压变化很小，所以，串联二极管的导通压降即可模拟为太阳能电池的开路电压。
[0045]实施例2
[0046]参见图4、图7所示，一种模拟太阳能电池伏安特性的装置的具体实现电路是由调压器Tl、半波整流二极管DO、电容Cl、电容C2、电阻RO、大功率可变电阻器件Rl以及20个二极管组成；其中，10个二极管的标识号分别是指，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34和二极管D35。
[0047]模拟太阳能电池伏安特性的装置一方面通过电源接口 Ul与220V市电连接，另一方面通过输出接口 U2与控制器连接。
[0048]调压器Tl的输入端接220V市电，输出端接半波整流二极管DO的一端，调压器Tl的接地端接地；
[0049]二极管DO的一端接调压器Tl的输出端；二极管DO的另一端与大功率可变电阻器Rl的一端连接；
[0050]电阻R0、电容Cl、电容C2构成滤波电路；二极管DO的另一端经电阻RO接地；
[0051]二极管DO的另一端经电容C2接地；
[0052]二极管DO的另一端经电容Cl接地；
[0053]大功率可变电阻器Rl的一端与二极管DO的另一端连接，大功率可变电阻器Rl的另一端与输出接口 U2连接；
[0054]大功率可变电阻器Rl的另一端与二极管Dl的一端连接，二极管Dl的另一端顺次串联连接二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D15、二极管D14、二极管D13、二极管D12、二极管Dl1、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D35、二极管D34、二极管D33、二极管D32和二极管D31，二极管D31的另一端接地。
[0055]实施例3
[0056]参见图5、图7所示，一种模拟太阳能电池伏安特性的装置的具体实现电路是由调压器Tl、半波整流二极管DO、电容Cl、电容C2、电阻RO、大功率可变电阻器件Rl以及30个二极管组成；其中，10个二极管的标识号分别是指，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34、二极管D35、二极管D41、二极管D42、二极管D43、二极管D44、二极管D45、二极管D51、二极管D52、二极管D53、二极管D54和二极管D55。
[0057]模拟太阳能电池伏安特性的装置一方面通过电源接口 Ul与220V市电连接，另一方面通过输出接口 U2与控制器连接。
[0058]调压器Tl的输入端接220V市电，输出端接半波整流二极管DO的一端，调压器Tl的接地端接地；
[0059]二极管DO的一端接调压器Tl的输出端；二极管DO的另一端与大功率可变电阻器Rl的一端连接；
[0060]电阻R0、电容Cl、电容C2构成滤波电路；二极管DO的另一端经电阻RO接地；
[0061]二极管DO的另一端经电容C2接地；
[0062]二极管DO的另一端经电容Cl接地；
[0063]大功率可变电阻器Rl的一端与二极管DO的另一端连接，大功率可变电阻器Rl的另一端与输出接口 U2连接；
[0064]大功率可变电阻器Rl的另一端与二极管Dl的一端连接，二极管Dl的另一端顺次串联连接二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D15、二极管D14、二极管D13、二极管D12、二极管Dl1、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D35、二极管D34、二极管D33、二极管D32、二极管D31、二极管D41、二极管D42、二极管D43、二极管D44、二极管D45、二极管D55、二极管D54、二极管D53、二极管D52和二极管D51，二极管D51的另一端接地。
[0065]实施例4
[0066]参见图6、图7所示，一种模拟太阳能电池伏安特性的装置的具体实现电路是由调压器Tl、半波整流二极管DO、电容Cl、电容C2、电阻RO、大功率可变电阻器件Rl以及50个二极管组成；其中，10个二极管的标识号分别是指，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D31、二极管D32、二极管D33、二极管D34、二极管D35、二极管D41、二极管D42、二极管D43、二极管D44、二极管D45、二极管D51、二极管D52、二极管D53、二极管D54、二极管D55、二极管D61、二极管D62、二极管D63、二极管D64、二极管D65、二极管D71、二极管D72、二极管D73、二极管D74、二极管D75、二极管D81、二极管D82、二极管D83、二极管D84、二极管D85、二极管D91、二极管D92、二极管D93、二极管D94和二极管D95。
[0067]模拟太阳能电池伏安特性的装置一方面通过电源接口 Ul与220V市电连接，另一方面通过输出接口 U2与控制器连接。
[0068]调压器Tl的输入端接220V市电，输出端接半波整流二极管DO的一端，调压器Tl的接地端接地；
[0069]二极管DO的一端接调压器Tl的输出端；二极管DO的另一端与大功率可变电阻器Rl的一端连接；
[0070]电阻R0、电容Cl、电容C2构成滤波电路；二极管DO的另一端经电阻RO接地；
[0071]二极管DO的另一端经电容C2接地；
[0072]二极管DO的另一端经电容Cl接地；
[0073]大功率可变电阻器Rl的一端与二极管DO的另一端连接，大功率可变电阻器Rl的另一端与输出接口 U2连接；
[0074]大功率可变电阻器Rl的另一端与二极管Dl的一端连接，二极管Dl的另一端顺次串联连接二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D15、二极管D14、二极管D13、二极管D12、二极管Dl1、二极管D21、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D35、二极管D34、二极管D33、二极管D32、二极管D31、二极管D41、二极管D42、二极管D43、二极管D44、二极管D45、二极管D55、二极管D54、二极管D53、二极管D52、二极管D51、二极管D61、二极管D62、二极管D63、二极管D64、二极管D65、二极管D75、二极管D74、二极管D73、二极管D72、二极管D71、二极管D81、二极管D82、二极管D83、二极管D84、二极管D85、二极管D95、二极管D94、二极管D93、二极管D92和二极管D91，二极管D91的另一端接地。
[0075]在本发明设计的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置中，依据二极管的伏安特性设置开路电压(如图7)，串联一个可变电阻Rl来调节短路电流(如图8)。根据太阳能电池的工程模型，短路电流近似等于太阳能电池的光电流，主要由光照条件所决定，而开路电压则近似为电池温度的一个线性函数。因此，光照条件和电池温度就可以简单地通过这两个参数的设置得到反映。所以在进行交直流混合太阳能光伏发电系统的研发过程中，应用本发明的装置可以不受自然条件的限制，能够缩短研发周期，降低开发成本。
【权利要求】
1.一种用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，该模拟太阳能电池伏安特性的装置代替了太阳能光伏发电系统中的太阳能电池方阵；其特征在于:模拟太阳能电池伏安特性的装置包括有调压器、半波整流单元、滤波单元、参考电流设置单元和参考电压设置单元； 所述调压器第一方面用于与220V的市电连接；第二方面输出交流电压Vin给半波整流单元; 所述半波整流单元对接收到的交流电压vin进行半波整流，输出脉动的直流电压va; 所述滤波单元对脉动的直流电压^进行滤波，得到平稳的直流电压V b; 所述参考电流设置单元对平稳的直流电压vb进行短路电流设置，得到限流参考电压Vc； 所述参考电压设置单元对限流参考电压V。进行开路电压的设置，从而输出满足控制器所需的模拟电压vout。
2.根据权利要求1所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述半波整流单元由半波整流二极管DO构成。
3.根据权利要求1所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述滤波单元由电阻R0、电容C1和电容C2构成。
4.根据权利要求1所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电流设置单元由大功率可变电阻器R1构成。
5.根据权利要求1所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电压设置单元由串联的多个二极管构成。
6.根据权利要求5所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电压设置单元由串联的10个二极管构成。
7.根据权利要求5所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电压设置单元由串联的20个二极管构成。
8.根据权利要求5所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电压设置单元由串联的30个二极管构成。
9.根据权利要求5所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:所述参考电压设置单元由串联的50个二极管构成。
10.根据权利要求1所述的用于模拟太阳能电池伏安特性的装置，其特征在于:模拟太阳能电池伏安特性的装置一方面通过电源接口 U1与220V市电连接，另一方面通过输出接口 U2与控制器连接。 调压器T1的输入端接220V市电，输出端接半波整流二极管D0的一端，调压器T1的接地端接地； 二极管D0的一端接调压器T1的输出端；二极管D0的另一端与大功率可变电阻器R1的一端连接； 电阻R0、电容C1、电容C2构成滤波电路；二极管D0的另一端经电阻R0接地； 二极管D0的另一端经电容C2接地； 二极管D0的另一端经电容C1接地； 大功率可变电阻器R1的一端与二极管D0的另一端连接，大功率可变电阻器R1的另一端与输出接口 U2连接； 大功率可变电阻器R1的另一端与二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端顺次串联连接二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D15、二极管D14、二极管D13、二极管D12和二极管D11 ;二极管D11的另一端接地。
【文档编号】H02S50/10GK104506138SQ201410818033
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】武建文, 何林源, 黄炼, 张路明, 廉世军 申请人:北京航空航天大学, 珠海市可利电气有限公司