光伏阵列I-V特性分析测试仪的原理是什么？？求解

【专家解说】：光伏阵列I-V特性分析测试仪已经成功应用于光伏电站验收，光伏发电站监造，光伏发电系统的年检、光伏发电站日常维护检测。是鉴衡认证中心应用于光伏电站金太阳认证的唯一指定检测工具，还应用于中国质量认证中心、中国电力科学研究院等与多家光伏检测签约实验室。光伏阵列I-V特性分析测试仪 产品详细介绍如下： 一、 背景介绍 光伏电站投入运行之前必须经过严格检测后验收，国家GBT 18210-2000 《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》给出了相应的技术要求。在投入运行后的20年内，电站运营方也要不断对光伏电站各子阵列的I-V特性进行测试，查找故障隐患，以便日常维护及维修。 光伏系统根据其对功率的需求配备或大或小的光伏阵列，这一光伏阵列是由太阳电池组件按串联、并联规则组合在一起的。如果各串联的太阳电池组件的工作特性由于离散性而导致不一致，在工作点的电流会不同，则必然会带来效率的损失；同理，如果太阳电池组件并联，则由于离散性，其相同工作电压条件下的最佳效率点会不一致，也会出现效率的损失。这种由于太阳电池组件特性曲线之间失配而带来的损失，称为“联结损耗"。由于“联结损耗"的存在，使得由众多太阳电池联成的阵列效率总是低于单个电池的发电效率。太阳电池的I-V特性曲线本身具有很强的实时性，易于受环境因素的影响，对于温度、照度的变化敏感。所以太阳电池安装环境条件的多变性，必然会使得太阳电池在不同环境条件下的实际发电量和负载工作点大相径庭。厂家提供的太阳电池组件的特征参数都是基于标准测试条件，而这些特征参数并不能反映太阳电池的实际工作情况。 由此可以看出，如果仅仅依靠厂家提供的太阳电池组件的特征参数进行系统设计，往往很难达到理想的设计效果。例如光伏电站，其所配用的光伏阵列容量可以通过计算得出，但事实证明许多理论计算配置的系统是不合理的，有时甚至是失败的，其原因就是由于光伏系统中的光伏阵列存在组合效率损失，并在不同日照强度、环境温度下的特性有很大差异。 所以在光伏发电站安装、光伏发电站监造、光伏发电站验收、光伏发电站年检时，一定要使用大功率的光伏阵列I-V特性测试仪对光伏阵列进行检验检测、核实光伏组件工作性能及安装合理性。 二、 工作原理 PV-8150K主机内置有满足大功率、高电压、时间常数τ精确计算的充放电的专用电容器，动态电容充电现场测试方法是根据电容的特性，将内置电容器当成光伏阵列的可变负载，通过对光伏阵列给电容充电整个过程进行电流和电压采样，来测试并用专用软件将数据处理成光伏阵列的伏安特性曲线。其测量工作原理如下图所示。 电容充放电法测量光伏阵列伏安特性的工作原理图 PV-8150K主机内置的电容器在刚开始充电时，阻抗很低几乎为零，充电回路相当于短路，此时的数据即为短路电流；当电容充电结束时，阻抗非常大，充电回路相当于开路，此时的数据即为开路电压。在电容的充电过程中，电容的阻抗从零变化到无穷大，这就相当于光伏阵列的负载从零变化到无穷大。由上图可知，电容上的电压V和充电电流I的关系也同时反映了阵列的当前电压和电流关系。对电容整个充电过程的电压电流进行采样，这些采样点的组合就构成了当前环境条件下的阵列IV特性曲线，知道了I-V的对应关系，专用软件就可以计算出最大功率并绘制成曲线。 对应上图，整个测量过程描述如下：首先采样控制电路发开关S2控制信号去使开关S2闭合，通过功率电阻R把电容上残余的电量消耗掉，使电容保持零初时状态。然后，采样控制电路发开关S2控制信号去使开关S2断开，发开关S1控制信号去使开关S1闭合，同时控制电压、电流采样电路按合适的采样速度对电容充电整个过程的电压、电流进行采样。Sl刚闭合时流过电容C的充电电流就是光伏阵列的短路电流I，当流过电容C的充电电流为零时，表示电容充电过程结束，此时采样的电压就是光伏阵列的开路电压V。这种方法只要选取适当的电容、开关管(容量足够大)，理论上可以测量任意光伏阵列的特性。 群菱公司根据IEC62446推荐的试验建议，专业研发生产的PV-8150K是采用电容充放电检测方式，具备测试速度快、精度高、光伏阵列的特性可以直接以曲线的形式显示出来、测试结果直观等特点。 PV-8150K产品根据电容充放电试验方法所制作的检测系统需要有复杂的自动化控制电路，复杂的工艺结构，对采样速度、元器件精度以及数据处理器的同步采集速度要求非常高，群菱公司克服了各种技术困难，成功研制出适用于光伏电站现场专用的大功率便携式光伏方阵I-V特性分析测试仪器。 三、 产品简介 群菱是中国唯一生产大功率太阳电池方阵测试仪、逆变器孤岛防护测量专用精密负载等产品的专业厂家，拥有雄厚的技术开发能力和良好的售后服务。 由于技术原因，光伏行业国内目前I-V特性测试仪器都是针对单个PV电池组件的，最大测试功率通常不超过1kW，而且只能配用脉冲式光源，用来测量光伏电站在实践中是不可行的。以10MW光伏电站为例，测量单位通常为50-100kW的汇流箱，或至少为工作电压600VDC、功率为3kW-5kW的电池组串。因此，大功率的光伏阵列性能测量和鉴定一直是光伏行业的难题。 光伏产业就光伏组件和光伏发电系统的检测目前面临以下三个技术难题： 1、光伏组件I-V特性检测使用脉冲式太阳光模拟器或者恒定光模拟器。但是由于以下因素： 1) 其光谱与太阳光光谱有高达25%的失配度的不同； 2) 脉冲式点光源照射在样品上的，因入射角度和光线距离的不同，而产生的照度不均匀性； 3) 光脉冲形状和持续时间的不同； 4) 组合灯光源中各个灯之间的光性能差异； 5) 测试环境温度； 这些因素都必然导致实验室的测试结果与太阳光下实际应用情况有较大差异，也导致各实验室之间的测试结果有较大差异。 2、对于聚光型光伏发电系统，由于聚光器曲线和光学轴心定位的特殊要求，使得测量用入射光必须为平行光，这一要求否定了点光源脉冲模拟器的使用，而恒定光模拟器也因其光源尺寸很难与聚光器尺寸匹配或测试功率过大而实际不可行。 3、就光伏阵列I-V特性测量而言，由于光伏阵列功率大（≥100kW）和要求瞬间测量，因而不可能现场使用传统的、例如程控电子负载等功率测量方法，包括使用程控电子负载等方法。而且由于光伏阵列电压高，电流大，目前也尚无可用的I-V特性数据采集系统。 群菱公司最新开发研制的PV-8150K正是为解决上述技术难题而研发生产的仪器，它利用自然太阳光为测试光源，使所有由于使用模拟光源产生的问题迎刃而解。仪器的测量原理和技术要求根据IEC 62446：2009《并网光伏发电系统：技术资料，委托检测和验收测试的最低要求》标准、以及国家认证认可监督管理委员会/北京鉴衡认证中心发布的CGC/GF003.1：2009《并网光伏发电系统工程验收技术规范第1部分：电气设备》的光伏电站验收等标准。 PV-8150K太阳能光伏电站子阵列I-V特性测试仪可用于功率200kW以下的光伏阵列系统，最大测试电压DC1000V，最大测试电流200A，是光伏电站验收鉴定检测、监造检测、年检、日常维护测试中是必不可少的工具，可广泛应用于光伏电站安装调试及日常维护检测、光伏电站鉴定和验收，高校、科研院所和光伏实验室等。PV-8150K也可用于建筑物光伏发电系统等大功率独立光伏系统的I-V特性测试。 PV-8150K研制成功将彻底解决光伏电站大功率太阳能光伏系统输出特性的检测难题，同时填补国内大功率光伏发电阵列鉴定检测仪器的空白。 四、 主要功能 1. PV-8150K测试简单，全自动调节装置的设置在测试时不需要任何烦琐的设定，可随时显示、保存测试数据； 2. PV-8150K通过直接测量光伏电站的短路电流和开路电压，而不是通过测量I-V特性得出短路电流和开路电压。可随着太阳辐照强度的变化实时监测、显示对应的短路电流和开路电压； 3. PV-8150K检测的数据由CPU处理为I-V曲线后通过液晶屏显示，可以实时观察I-V特性曲线形成的过程并通过波形畸变分析被测系统特性是否有失配或故障； 4. PV-8150K采用国际标准IEC62446推荐的“电容充电测试原理”，能客观检测I-V曲线及短路电流，开路电压，最大功率，填充系数以及最大功率下的电流和最大功率下的电压数据，能客观地给出光伏系统真实的I-V特性曲线，特别是最大输出功率点Pm以及此功率点下的电压及电流值。结合长期测试积累的经验，来分析被测光伏阵列矩阵中存在的问题，如热斑、接触不好、个别组串损坏等； 5. PV-8150K还有将现场测量的功率数据利用行业公认数据推算到标准条件（STC）下功率的功能； 6. PV-8150K测试系统不需要任何外部供电，非常适合于光伏电站的现场测试； 7. 依据标准可进行I-V特性测量测试，具体测量结果如下： 8. 开路电压Voc； 9. 短路电流Isc；； 10. 最大输出功率Pma； 11. 最大输出功率下的电压Vpm； 12. 最大输出功率下电流Ipm； 13. 填充因子FF； 14. 太阳光辐照度0～4000 W/m2； 15. 环境温度T； 16. PV-8150K系列测量软件功能强大，可实现自动测量，数据分类管理。软件功能可按使用要求升级和扩展； 17. PV-8150K的部分型号，可以按用户要求，配备远程脱机辐照度、温度监控传感器，可以方便用于建筑一体化光伏发电系统的测量和标准条件的推算。 五、 技术参数 1. 电压测量范围：10～1000V； 2. 电流测量范围：0.3～200A； 3. 日照测量范围：0～4000 W/M2；(可选项) 4. 环境温度测量范围：-55℃～125℃； 5. 电压测量精度：≤±1V； 6. 电流测量精度：≤±0.1A； 7. 光强不均匀度：≤±2％； 8. 温度测量精度：≤±1℃； 9. 表读数分辨率1W，热电堆传感器误差≤2%，仪表误差≤2％，美国NIST校准； 10. 环境温度监测仪：－40℃～＋100℃，±1℃; 11. 测试时间：≤15S；（短时测量，充电时间与波形有关） 12. 放电时间：30s； 13. 测试功率：5kW-200kW； 14. 测试误差：电压、电流、功率测量误差≤1%； 15. 辐照度灵敏度：7～14μV/W/㎡；（可选项） 16. 工作电源：内置电池，为仪表供电； 17. 测试记录：测试器内部可存储记录1000个测量数据，分组命名或编号；可记录测试日期和时间； 18. IP 等级：IEC60529-IP65； 19. 使用条件: －55℃～+75℃；相对湿度：20%R.H.—80%R.H.； 20. 绝缘电阻：≥4MΩ； 21. 耐电强度：介质耐压：3000VDC(面板可触及金属件与输入端之间) 3000VDC(面板可触及金属件与220V充电输入端之间) 22. 数据输出显示：触摸屏； 23. 重 量：10kG。 六、 外观图片 图片仅供参考，产品技术升级中，有所改动，请以实物为准。 七、 标准配置 序 号 名 称 数 量 1 主机：PV-8150K 1台 2 测试线 1套 3 USB数据传输线 1根 4 电源线 1根 5 软件光盘(Soft Disk) 1张 6 说明书（Manual） 1本 7 保修卡(Warranty card) 1份 八、 行业用户 1. 鉴衡认证中心---多次采购，用于光伏发电站金太阳认证验收 2. TUV莱茵（北京）实验室 3. 天祥质量技术服务有限公司 4. 许昌开普电气检测研究院 5. 浙江方圆检测集团 6. 中国电力科学研究院 7. 华北电力科学研究院 8. 内蒙古电力科学研究院 9. 新疆电力科学研究院 10. 常州华阳光伏检测技术有限公司 11. 宁夏发电集团 12. 陕西光伏产业有限公司、 如需更多资料，北京群菱能源科技