使用测试仪器测量太阳能电池的功率输出

序言

太阳能产业的成长增加了对太阳能电池(及太阳能模组)测试和测量解决方案的需求，而且随着太阳能电池尺寸的增大和效率的提高，电池测试需要运用更大的电流和更高的功率水平，这就要求采用更加灵活的测试设备

典型测量

测试较小的单个电池时，这些最大电流和功率是可接受的，但是随着电池技术向更高的效率、更大的电流密度和更大的电池尺寸推进，电池的功率输出将很快会超出这些四象限电源的最大额定值太阳能模组的输出通常会超过50W,而且可能会爬升至300W或更高，这意味着许多针对模组的测试都无法使用四象限电源来完成

在这些情况下，工程师应当借助于现成的电子负载、直流电源、DMM和数据采集设备，包括温度测量、扫描、转换和数据记录设备，以便在宽泛的操作范围内灵活地进行独特的测试，并且达到预期的测试精度例如，可以使用数据采集系统来扫描环境和待测器件的温度，已校准的参考电池的电压，以及在测试中需要捕获的各种其他测试参数

太阳能电池测量通常包括以下关键参数。

开路电压(Voc)――电流为零时的电池电压。

短路电流(Isc)――负载电阻为零时的电池电流。

电池的最大功率输出(Pmax)――电池产生最大功率时的电压和电流点。I-V 曲线上的 Pmax 点通常指最大功率点(MPP)。

Pmax 电压(Vmax)――Pmax 时的电池电压。

Pmax 电流(Imax)――Pmax 时的电池电流。

现在，太阳能电池测试解决方案主要有两种形式：完整的交钥匙系统和通用的测试仪器如果需要在太阳能电池最大输出功率时进行测试，许多研究实验室都具备低功耗四象限电源。

器件的转换效率(η)――在太阳能电池连接至电路时，转换(从光能转换为电能)和收集的功率百分比。η 的计算方法为：最大功率点 Pmax 除以标准测试条件(STC)下的输入光辐照度(E,单位：W/m2)和太阳能电池表面积(Ac,单位：平方米)。

· 占空因数(FF)――最大功率点 Pmax 除以开路电压(Voc)和短路电流(Isc)

· 电池二极管性能

· 电池串联电阻

· 电池并联电阻

图 1:太阳能电池的电流电压曲线图

图中文字中英对照：

常用解决方案

目前，太阳能电池测试解决方案分为两大类：成套系统和通用测试仪器。成套系统适用于验证和制造测试阶段。这些系统可以确保测试的可重复性，因为它们经过编程，可对太阳能电池进行一系列电池测试。

研究人员通常会使用半导体设计实验室中的通用测试仪器。他们使用半导体器件参数分析仪测量二极管器件特性，使用 LCR 测量计(电感电容电阻测量计)测量材料/器件的电感、电容和电阻。

在测试整个太阳能电池输出功率时，许多研究实验室会使用低功率 4 象限电源(有时简称 SMU)，该电源可以：

精确地供应正和负电压(供应也称施加);

精确地供应正和负电流(供应负电流是将电流吸入电源的过程);

精确测量被测件的电压和电流(测量也称感知)。

4 象限电源的用途十分广泛，但其能够为被测件提供的最大电流和功率较小。大部分精密型 4 象限电源只能供应 3 A 或 20 W 的连续电力。这种最大电流和功率适合小型独立电池测试，但随着电池技术的发展，电池的效率、电流密度和尺寸均出现了较大幅度的增长，电池功率输出可能很快超过 .

为此，工程师必须使用现有的标准电子负载、直流电源、数字万用表、数据采集设备构成灵活的测试系统，才能在广泛的工作范围内对这些太阳能电池模块进行测试，同时保证测量精度。例如，您可以使用数据采集系统扫描环境温度、被测件温度、校准参考电池的电压以及其他需要在测试中捕获的测试参数。

户外测试

有些工程师会使用交钥匙的太阳能电池测试设备来进行测试，这种设备采用一种太阳能模拟器，这是一种标准化的光源，可用于控制进入太阳能电池的光能不过，如果太阳能电池或模组非常大，太阳能模拟器将无法产生充足的光

例如，被测的太阳能模组可能是大型户外太阳能采集系统的一部分在这种情况下，太阳本身将是测试中唯一实际可用的光源既然在户外实际上不可能运输一套无太阳能模拟器的完整的交钥匙测试系统，所以这种测试就需要使用由标准测试仪器改进而成的某些其他测试解决方案来执行户外测试需要考虑的另一项因素是温度因为电池的性能会受到温度的影响，因此需要在测试中监视温度不仅电池性能依赖于温度，而且测试设备的性能也依赖于温度

许多仪器供应商没有指明他们的测试设备在温度处于室温附近极窄范围(如25℃±5℃)之外时的性能其他供应商则提供了一项温度系数规格，能够调整测试设备的精度规范，以针对工作在其指定工作温度范围之外进行校正大功率测试的负载

对于大功率应用，您可以使用标准电子负载进行太阳能电