使用測試儀器測量太陽能電池的功率輸出

序言

太陽能產業的成長增加了對太陽能電池(及太陽能模組)測試和測量解決方案的需求，而且隨著太陽能電池尺寸的增大和效率的提高，電池測試需要運用更大的電流和更高的功率水平，這就要求采用更加靈活的測試設備

典型測量

測試較小的單個電池時，這些最大電流和功率是可接受的，但是隨著電池技術向更高的效率、更大的電流密度和更大的電池尺寸推進，電池的功率輸出將很快會超出這些四象限電源的最大額定值太陽能模組的輸出通常會超過50W,而且可能會爬升至300W或更高，這意味著許多針對模組的測試都無法使用四象限電源來完成

在這些情況下，工程師應當借助于現成的電子負載、直流電源、DMM和數據采集設備，包括溫度測量、掃描、轉換和數據記錄設備，以便在寬泛的操作范圍內靈活地進行獨特的測試，并且達到預期的測試精度例如，可以使用數據采集系統來掃描環境和待測器件的溫度，已校準的參考電池的電壓，以及在測試中需要捕獲的各種其他測試參數

太陽能電池測量通常包括以下關鍵參數。

開路電壓(Voc)――電流為零時的電池電壓。

短路電流(Isc)――負載電阻為零時的電池電流。

電池的最大功率輸出(Pmax)――電池產生最大功率時的電壓和電流點。I-V 曲線上的 Pmax 點通常指最大功率點(MPP)。

Pmax 電壓(Vmax)――Pmax 時的電池電壓。

Pmax 電流(Imax)――Pmax 時的電池電流。

現在，太陽能電池測試解決方案主要有兩種形式：完整的交鑰匙系統和通用的測試儀器如果需要在太陽能電池最大輸出功率時進行測試，許多研究實驗室都具備低功耗四象限電源。

器件的轉換效率(η)――在太陽能電池連接至電路時，轉換(從光能轉換為電能)和收集的功率百分比。η 的計算方法為：最大功率點 Pmax 除以標準測試條件(STC)下的輸入光輻照度(E,單位：W/m2)和太陽能電池表面積(Ac,單位：平方米)。

· 占空因數(FF)――最大功率點 Pmax 除以開路電壓(Voc)和短路電流(Isc)

· 電池二極管性能

· 電池串聯電阻

· 電池并聯電阻

圖 1:太陽能電池的電流電壓曲線圖

圖中文字中英對照：

常用解決方案

目前，太陽能電池測試解決方案分為兩大類：成套系統和通用測試儀器。成套系統適用于驗證和制造測試階段。這些系統可以確保測試的可重復性，因為它們經過編程，可對太陽能電池進行一系列電池測試。

研究人員通常會使用半導體設計實驗室中的通用測試儀器。他們使用半導體器件參數分析儀測量二極管器件特性，使用 LCR 測量計(電感電容電阻測量計)測量材料/器件的電感、電容和電阻。