基本信息
- 项目名称：
- 基于虚拟仪器的太阳能电池性能测试与分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 基于虚拟仪器的太阳能电池测试系统根据模拟电路、数字电路和传感器知识搭建，利用多功能数据采集卡和LabVIEW软件进行数据的采集和分析处理，可以实现对不同型号太阳能电池的暗特性、有源伏安特性、伏安特性、负载特性、光照特性、频闪特性等六个直接测量特性和太阳能电池的最大功率、填充因子、内阻、转换效率等四个间接测量量的测试和分析，并可根据实验进展情况自动生成检测报告。
- 详细介绍：
- 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地，这也造成了太阳能电池质量的参差不齐。所以太阳能电池的性能测试对于太阳能电池板的组装工艺及其应用有着很重要的意义。 由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，为了有效地将性能一致或相近的电池组合在一起，应根据其性能参数进行分类。电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类，以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件，为它的应用打下基础。基于以上考虑，我们运用虚拟仪器技术设计开发了这一套基于虚拟仪器的太阳能电池测试系统，在约束体积的前提下实现了对太阳能电池六个基本直接测量物理量和四个间接测量物理量的实验测试，综合性强，集成度高，简单易操作，实用性很强。 基于虚拟仪器的太阳能电池测试系统根据模拟电路、数字电路、传感器知识搭建，利用PCI-6221多功能数据采集卡和LabVIEW软件进行数据的采集和分析处理，可以实现对不同型号太阳能电池的暗特性、有源伏安特性、伏安特性、负载特性、光照特性、频闪特性等六个直接测量特性和太阳能电池的最大功率、填充因子、内阻、转换效率等四个间接测量量的测试和分析，实验结束后还可根据实验进展情况自动生成检测报告，可适用于不同用户的不同测试需求。该系统设计原理清晰，测量方法简单，可操作性强，综合性强，集成度高，布局紧凑，体积小巧，携带方便，适用范围广泛，较常规的测量方式更方便、快捷、准确、易操作。主要创新点包括： 1、利用虚拟仪器技术实现太阳能电池测试的自动化，较常规的手动测量方法更方便、快捷、准确、易操作，并可实现交互式的测试测量。 2、集成度高，布局紧凑，体积小巧，携带方便。测试内容多样，适用范围广泛，可以适用于任何型号的太阳能电池的测试工作。 3、具有数据存储和报表生成功能，在完成测试功能后，系统可以自动存储测试数据，并根据模板生成样品检测报告。 4、创新性的使用数字电位器芯片取代滑动变阻器和电位器，并通过合理的电路设计实现符合实验精度要求的电阻步长，实现了电阻阻值的程序自动控制。 5、该系统配合相关实验原理和实验方法介绍，还可作为普通物理实验教学教具使用，应用于数字电路、模拟电路、传感器等课程的实验教学。 本太阳能电池性能测试系统可以得到太阳能电池的10个相关特性和参数，它们分别是暗特性、有源伏安特性、光照特性、一定光照条件下的伏安特性、最大输出功率随光照度的变化情况、太阳能电池不同光照下的内阻、填充因子、负载特性、频率特性；可根据测试情况生成检测报告。系统测量精度高，测量范围大，误差小，能够得到完整的测试图像，同时可以给出所测太阳能的电池的性能的相关参数与评价信息，方便用户使用和选择太阳能电池。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 太阳能电池的性能测试对于太阳能电池板的组装工艺有着很重要的意义。由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类，以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 本作品基于以上考虑，运用虚拟仪器以及相关硬件支持对太阳能电池的性能进行测试与分析，其设计原理简单，可操作性强，综合性较强，实现了自动化，轻巧易携带，不仅能够作为普物实验等教学教具的一部分使用，还可以作为商业测试系统，对不同型号的太阳能电池的性能做出分析比较。另外本系统同时解决了现有测试系统温度以及光线强弱不均对测试所带来的弊端。现在我们可以得到直接测量的参数有6个，由此计算得到的间接测量的参数有4个。
科学性、先进性
- 本作品设计原理简单，可操作性强，综合性较强，实现了自动化，并可实现交互式的测试测量，与现有技术相比具有突出的实质性进展。 具体而言，本作品利用风扇、玻璃隔热，减少了电机以及电灯所产生的温度的影响；采用溴钨灯作为光源，可模拟紫外－可见－近红外波段光束；本作品在光源前设计增加了一个透镜，使光源发出的发散光可以透过透镜转变为平行光照射在太阳能电池板上，可有效减小测试中的误差，加强系统所得数据的可信度。同时，本品大大缩小了系统体积，集成度高，布局紧凑，可以对不同型号的太阳能电池在任意地点进行测试。其数据存储和报表生成功能，可以自动存储测试数据，并根据模板生成样品检测报告。本系统还创新性的使用数字电位器芯片取代滑动变阻器和电位器，并通过合理的电路设计实现符合实验精度要求的电阻步长，实现了电阻阻值的程序自动控制。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年3月12日在首都师范大学教务处举行的首届首都师范大学虚拟仪器设计大赛评审、展示活动中获得三等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示；图片；录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品使用简单，依照电脑界面所给提示进行操作即可，操作方便、人性化，实现了自动化控制处理，轻巧易携带，测量精度高，范围大，所测性能多，能够得到较为完整的测试图像，同时可以获得所测太阳能电池的性能分析比较，方便用户的使用与选择。另外，该作品的适用范围广泛，不仅能够作为普物、模电、数电和传感器实验的教学仪器使用，还可以作为商业测试系统，对不同型号的太阳能电池的性能做出分析比较。在环境日益恶化，能源日益减少的今天，太阳能的使用会越来越广泛，对太阳能电池的研究与需求与日俱增，因此本作品具有很好的推广前景与潜在的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外存在的太阳能电池测试系统主要用于商用和实验两大类，商用类产品测量精密，但是体积过大，造价昂贵，多为固定设备不可轻易移动。实验类系统存在的种类较多，如曾令驰等的《适合教学的高性能太阳能电池测试系统》、刘银春等的《太阳电池基本特性测试仪的原理及其应用》以及吴蓉等的《太阳能光伏电池测试系统硬件电路设计》都对此类系统进行过阐述，但是其设计简单，虽然测量精度较好，但是功能单一，并且不便携带。 本太阳能电池测试系统虽仍处于实验室阶段，但是兼备了测量准确、可操作性强、综合性强、适用范围广泛、集成度高、携带方便等特点，并且其测试内容多样，可对太阳能电池的不同型号、不同性质进行测试，并可根据系统测量情况自动存储测试数据，生成样品检测报告。总体来说，该系统较目前存在的各类太阳能电池测试系统有着突出的优势。
