柔性光伏组件性能衰减综合测试系统的制作方法

1.本发明属于光伏基础部件测试领域，更具体地，涉及一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统。


背景技术：

2.光伏柔性光伏组件即太阳能电池柔性光伏组件，工业级应用需要将一定数量的单片太阳能电池按照串并联的电气连接方式组合成光伏柔性光伏组件。光伏发电已广泛应用于民用领域，普通的光伏发电设备对重量不敏感，加厚加固的封装对电池片有良好的保护效用，有效延缓光伏柔性光伏组件的性能衰减。
3.但在某些特殊领域，柔性光伏组件的应用对重量极度敏感，柔性光伏组件的封装轻量化会衍生出封装老化、柔性光伏组件性能衰减、开胶等一系列问题。柔性光伏组件应用及储存的环境边界较宽，多重环境因素耦合，封装在选材与工艺方面有一定的局限性，相较于普通的民用封装对柔性光伏组件的保护不够，导致环境因素对柔性光伏组件的性能衰减与使用寿命有较大影响，因此大量的测试样本数据可以缩短研发周期并迅速提升产品质量。
4.目前，在实验室无法高度还原真实环境，为得到柔性光伏组件的室外测试性能数据与环境数据，需要将柔性光伏组件存放于真实应用及存储环境中进行测试，测试系统需具备在恶劣环境下长时间稳定工作的能力。
5.现有的光伏柔性光伏组件性能测试系统在恶劣环境下的生存能力较弱，不具备长时间户外测试的能力，对柔性光伏组件性能的评价参数片面化，无法系统性评价柔性光伏组件性能衰减，测试结果只能起到单向评价作用且无法反馈到设计层面，增加优化改进的成本并且降低效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统，实现测试设备配合柔性光伏组件进行长时间户外测试，高度还原柔性光伏组件的实际应用状态，保证测试数据的有效性，提高测试及开发效率。
7.为实现上述目的，本发明提出了一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统，包括：柔性光伏组件、电流-电压采集装置、综合采集仪、环境参数传感器集群、遮光板、上位机、apr电路和功率电阻；
8.所述电流-电压采集装置、所述环境参数传感器集群、所述遮光板、所述上位机分别与所述综合采集仪连接；
9.所述柔性光伏组件、所述电流-电压采集装置、所述apr电路和所述功率电阻依次连接；其中所述apr电路用于最大功率点追踪，以使所述柔性光伏组件保持在最大功率点工作状态；
10.所述电流-电压采集装置用于采集所述柔性光伏组件的电流-电压曲线以及所述
apr电路输出端的电流-电压，并上传至所述综合采集仪；
11.所述环境参数传感器集群用于采集环境参数并上传至所述综合采集仪；
12.所述综合采集仪用于：
13.控制所述电流-电压采集装置按照设定的频率对所述柔性光伏组件的电流-电压曲线以及对所述apr电路输出端的电流-电压进行采集；
14.对所述电流-电压采集装置、所述环境参数传感器集群采集的测试数据进行存储；
15.以及，根据所述环境参数控制所述遮光板执行对所述柔性遮光板的遮光动作；
16.所述上位机用于：
17.对所述综合采集仪进行实时测试控制并从所述综合采集仪读取采集的测试数据；
18.以及，根据采集的测试数据分析环境参数对所述柔性光伏组件性能衰减的影响。
19.可选地，所述电流-电压采集装置具体用于：
20.每间隔设定时长断开所述柔性光伏组件与所述apr电路之间的连接，并采集所述柔性光伏组件的电流-电压曲线数据上传至所述综合采集仪；
21.以及，在所述柔性光伏组件与所述apr电路连通时，采集所述apr电路输出端的电流-电压参数并上传至所述综合采集仪。
22.可选地，所述环境参数传感器集群包括组件温度传感器、环境温湿度传感器、功率电阻温度传感器、标准电池、固定式总辐射辐照计、追光式总辐射辐照计、固定式偏光辐照计、固定式散光辐照计、风速风向仪和气压计。
23.可选地，所述组件温度传感器设置于所述柔性光伏组件上，用于采集所述柔性光伏组件的温度；
24.所述综合采集仪根据所述组件温度传感器采集的温度数据判断所述柔性光伏组件的温度是否达到设定阈值，若是，则控制所述遮光板执行预定的遮光动作，并接收所述遮光板反馈的动作到位状态。
25.可选地，所述上位机包括实时控制模块、数据读取模块和数据分析模块；
26.所述实时控制模块用于对所述综合采集仪进行实时测试控制；
27.所述数据读取模块用于从所述综合采集仪读取采集的测试数据；
28.所述数据分析模块用于：
29.对测试数据进行拾取和绘图，生成所述柔性光伏组件的性能数据曲线，并给出所述柔性光伏组件的性能评价；
30.以及将测试数据作为样本对预测模型进行训练，完成训练的所述预测模型能够根据输入的环境参数输出所述柔性光伏组件对应的性能指标，所述性能指标包括所述柔性光伏组件的电流-电压曲线和/或所述apr电路输出端的电流-电压。
31.可选地，所述柔性光伏组件包括多个串并联并封装在一起的柔性单体太阳电池。
32.可选地，所述综合采集仪集成有处理芯片以及arm内核的linux系统。
33.可选地，所述上位机与所述综合采集仪之间通过网口或usb接口进行通讯，所述综合采集仪与所述遮光板之间通过串口通讯。
34.可选地，所述测试系统能够适应环境宽温度范围为-40-80℃。
35.可选地，所述测试系统的相关机械结构能够承受20.7m/s的室外风速。
36.本发明的有益效果在于：
37.本发明通过电流-电压采集装置采集柔性光伏组件的电流-电压曲线和apr电路输出端的电流-电压，并通过环境参数传感器集群采集环境参数，采集的测试数据同步上传至综合采集仪进行存储，实现了对柔性光伏组件的性能参数和环境参数的同步采集，且环境参数采集多元化，通过综合采集仪控制电流-电压采集装置按照设定的采样频率进行电流-电压数据采集能够实现较高的采样频率，可高度还原真实信号，保证测试数据的真实有效，同时柔性光伏组件长时间保持在最大功率点工作状态，能够高度还原柔性光伏组件的实际应用状态，保证测试数据的有效性并提高测试效率，通过上位机根据测试数据分析环境参数对柔性光伏组件的性能衰减的影响，给出柔性光伏组件性能的系统性评价，从而为光伏柔性光伏组件的开发设计提供参考依据，提高开发效率。
38.本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
39.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
40.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统的结构示意图。
具体实施方式
41.现有技术中存在柔性光伏组件在室外环境下会发生性能衰减的问题，缺少相应的测试设备配合柔性光伏组件进行长时间户外测试，且无法体系化评价性能衰减等缺点。
42.对此，本发明提供的一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统，在恶劣环境下可长时间稳定工作，并保证测试精度，多元参数同时域、高采样频率采集为数据处理提供高可信度样本，计算结果可以反馈柔性光伏组件的性能测试结论与设计改进建议。
43.下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
44.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种柔性光伏组件性能衰减综合测试系统的结构示意图。
45.如图1所示，一种柔性光伏组件1性能衰减综合测试系统，包括：柔性光伏组件1、电流-电压采集装置2、综合采集仪3、环境参数传感器集群4、遮光板5、上位机6、apr电路7和功率电阻8；
46.电流-电压采集装置2、环境参数传感器集群4、遮光板5、上位机6分别与综合采集仪3连接；
47.柔性光伏组件1、电流-电压采集装置2、apr电路7和功率电阻8依次连接；其中所述apr电路7用于最大功率点追踪，以使所述柔性光伏组件1保持在最大功率点工作状态；
48.电流-电压采集装置2用于采集柔性光伏组件1的电流-电压曲线以及apr电路7输出端的电流-电压，并上传至综合采集仪3；
49.环境参数传感器集群4用于采集环境参数并上传至综合采集仪3；
50.综合采集仪3用于：
51.控制电流-电压采集装置2按照设定的频率对柔性光伏组件1的电流-电压曲线以及对apr电路7输出端的电流-电压进行采集；
52.对电流-电压采集装置2、环境参数传感器集群4采集的测试数据进行存储；
53.以及，根据环境参数控制遮光板5执行对柔性遮光板5的遮光动作；
54.上位机6用于：
55.对综合采集仪3进行实时测试控制并从综合采集仪3读取采集的测试数据；
56.以及，根据采集的测试数据分析环境参数对柔性光伏组件1性能衰减的影响。
57.本实施例中，电流-电压采集装置2具体用于：
58.每间隔设定时长断开柔性光伏组件1与apr电路7之间的连接，并采集柔性光伏组件1的电流-电压曲线数据上传至综合采集仪3；
59.以及，在柔性光伏组件1与apr电路7连通时，采集apr电路7输出端的电流-电压参数并上传至综合采集仪3。
60.具体地，电流-电压采集装置2为柔性光伏组件1性能测试的主要前端部分。柔性光伏组件1与apr电路7、功率电阻8连接，柔性光伏组件1保持长时间最大功率点工作状态(柔性光伏组件1与apr电路7、功率电阻8连通时，柔性光伏组件1处于最大功率工作点状态)。电流-电压采集装置2串接在柔性光伏组件1与apr电路7之间，电流-电压采集装置2每隔某设定的时间断开柔性光伏组件1与apr电路7的通路连接，并采集柔性光伏组件1的电流-电压曲线。测完后恢复柔性光伏组件1与apr电路7的通路，在apr电路7正常工作期间，电流-电压采集装置2采集apr电路7输出端的电流-电压参数。电流-电压采集装置2为程控设备，自动完成上述功能操作，将测得的数据发送到综合采集仪3。
61.本实施例中，环境参数传感器集群4包括组件温度传感器、环境温湿度传感器、功率电阻8温度传感器、标准电池、固定式总辐射辐照计、追光式总辐射辐照计、固定式偏光辐照计、固定式散光辐照计、风速风向仪和气压计。
62.具体地，环境参数测量传感器集群主要由组件温度传感器、环境温湿度传感器、功率电阻8温度传感器、标准电池、固定式总辐射辐照计、追光式总辐射辐照计、固定式偏光辐照计、固定式散光辐照计、风速风向仪、气压计组成。能够实现多元的环境数据采集。
63.本实施例中，组件温度传感器设置于柔性光伏组件1上，用于采集柔性光伏组件1的温度；
64.综合采集仪3根据组件温度传感器采集的温度数据判断柔性光伏组件1的温度是否达到设定阈值，若是，则控制遮光板5执行预定的遮光动作，并接收遮光板5反馈的动作到位状态。
65.具体地，遮光板5为程控设备，根据综合采集仪3的温度反馈采取相应的执行动作，两者采用串口通讯。
66.本实施例中，上位机6包括实时控制模块、数据读取模块和数据分析模块；
67.实时控制模块用于对综合采集仪3进行实时测试控制；
68.数据读取模块用于从综合采集仪3读取采集的测试数据；
69.数据分析模块用于：
70.对测试数据进行拾取和绘图，生成柔性光伏组件1的性能数据曲线，并给出柔性光伏组件1的性能评价；
71.以及将测试数据作为样本对预测模型进行训练，完成训练的预测模型能够根据输入的环境参数输出柔性光伏组件1对应的性能指标，性能指标包括柔性光伏组件1的电流-电压曲线和/或apr电路7输出端的电流-电压。
72.具体地，上位机6主要承担实时控制综合采集仪3、数据读取分析的工作。综合采集仪3自带系统，上位机6可以对其进行实时操作。采集到的数据包含柔性光伏组件1的电流、电压，柔性光伏组件1的温度参数、以及相关环境参数，上位机6对某些节段的数据进行基本的数字滤波、优化等操作，并使用采集的测试数据训练预测模型。
73.上位机6主要包含三类功能，分别是实时控制、读取数据、数据分析。综合采集仪3器自带操作系统，上位机6可实现实时控制。上位机6通过网口或者usb皆可直接读取测试数据。上位机6的数据分析模块可直接对测试数据进行拾取、绘图，生成直观数据曲线，多元表达给出系统性评价，同时将测试数据作为样本训练预测模型，为后续设计提供数据参考。
74.可选地，预测模型基于神经网络模型建立，训练数据为历史采集的测试数据，其中采集的各种环境参数作为模型的输入，同时间轴对应的柔性光伏组件1的性能指标参数(柔性光伏组件1的开路最大功率点的i、v值和apr电路7输出端的电流-电压)作为输出，训练完成的预测模型能够根据输入的环境参数自动输出对应的柔性光伏组件性能指标参数，通过预测模型为后续设计提供数据参考。
75.本实施例中，柔性光伏组件1包括多个串并联并封装在一起的柔性单体太阳电池。
76.具体地，柔性光伏组件1作为被测主体，柔性光伏组件1中的单体柔性电池主要为单晶硅或砷化镓等材料，该类单体柔性电池的许可挠度、许可转角皆大于等于同等尺寸的45号钢等同类铁元素金属材料。柔性光伏组件1为单体电池经过串并联组合，并在其上下表面覆盖etfe或pi膜等进行封装，柔性光伏组件1整体呈现柔性特征。
77.本实施例中，综合采集仪3集成有处理芯片以及arm内核的linux系统。
78.具体地，综合采集仪3为测试系统的中枢且主控装有arm内核的linux系统，配合其他硬件设备可独立完成测试任务，同时上位机6可通过综合仪器对下一级的设备进行直接的控制。综合采集仪3主控具有处理芯片，优选为单片机，综合采集仪3与上位机6、遮光板5、电流-电压采集装置2皆可互相通信，但不对环境传感器发送指令，但主动选择采集其相关信号。综合采集仪3与电流-电压采集装置2进行通信并本地存储采取的数据，接收环境参数测量传感器集群的参数并本地存储，接收遮光板5的工作状态，与上位机6系统进行通信。
79.本实施例中，测试系统能够适应环境宽温度范围为-40-80℃，系统相关机械结构能够承受20.7m/s的室外风速。
80.具体地，测试系统可适应环境宽温度范围为-40-80℃，相关机械结构可保护系统承受20.7m/s以内的室外风速，适用于恶劣环境下的长时间测试工作。
81.在具体实施过程中，本实施例的测试系统在硬件电路上采用的芯片、元器件优选均为军工级，相关机械结构结合电磁兼容进行设计，金属材料、辅材的选型需考虑可靠性问题。以使测试系统能够在恶劣环境下生存并准确获取目标信息，并在具备一定程度通用性
的同时，保证了测量的精度，且可适配多型号传感器及测试前端。
82.本实施例的测试系统在测、控、解算三方面综合设计，电气性能测试结果可以直接评估组件的性能衰减情况，同时结合测得的相关环境数据，建立预测模型，挖掘某些重要影响因素并反馈到设计层面，加速迭代过程，缩短研发周期。
83.综上，本发明与现有技术相比的优点如下：
84.1)本发明在柔性光伏组件1长时间工作的前提下进行测试，高度还原实际应用状态，保证测试数据的有效性。
85.2)本发明在硬件电路上采用的芯片、元器件均为军工级，相关机械结构会结合电磁兼容进行设计，金属材料、辅材的选型需考虑可靠性问题。
86.3)自动化程度高，遮光板5及电流-电压采集装置2均采用处理芯片(单片机)控制，整套系统可自动完成相应的采集存储、自我保护工作，测试人员定期取数即可。
87.4)同时间轴采集信息包含电压、电流、环境参数等，且采样频率较高，可高度还原真实信号，保证测试样本的真实有效。
88.5)测试系统在测、控、解算三方面综合设计，根据采集的数据对柔性光伏组件1性能衰减进行多元体系化评价，电气性能测试结果可以直接评估组件的性能衰减情况，同时结合测得的相关环境数据，建立预测模型并训练预测模型，挖掘某些重要影响因素并反馈到设计层面，加速迭代过程，缩短研发周期。
89.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。