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太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的成長(cháng)增加了對太陽(yáng)能電池（及太陽(yáng)能模組）測試和測量解決方案的需求，而且隨著(zhù)太陽(yáng)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。 通常需要測量太陽(yáng)能電池的幾項關(guān)鍵參數。這些參數是： ● VOC——開(kāi)路電壓。在電流等于0時(shí)的電池電壓。 ● ISC——短路電流。當負載電阻等于0時(shí)，從電池流出的電流。 ● Pmax——電池的最大功率輸出。電池輸出最大功率時(shí)的電壓值和電流值。I-V曲線(xiàn)（圖1）上的Pmax點(diǎn)通常被稱(chēng)為最大功率點(diǎn)（MPP）。 
圖1 這張太陽(yáng)能電池的I-V曲線(xiàn)顯示了Pmax及其與Imax和Vmax的關(guān)系 ● Vmax——在Pmax點(diǎn)，電池的電壓值。 ● Imax——在Pmax點(diǎn)，電池的電流值。 ● η——器件的轉換效率。當太陽(yáng)能電池連接到某個(gè)電路時(shí)，這個(gè)值等于被轉換的能量（從吸收的太陽(yáng)光到電能）與被采集的能量的百分比。這個(gè)值可以通過(guò)將 Pmax除以輸入的光輻照度（E，單位是W/m2，在標準測試條件下進(jìn)行測量），再乘以太陽(yáng)能電池的表面積（AC, 單位是平方米）計算得到。 ● 填充因子（FF）—Pmax除以VOC再乘上ISC 。 ● 電池二極管屬性。 ● 電池串聯(lián)電阻。 ● 電池旁路電阻（或并聯(lián)電阻）。 常見(jiàn)解決方案 現在，太陽(yáng)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(yáng)能電池最大輸出功率時(shí)進(jìn)行測試，許多研究實(shí)驗室都具備低功耗四象限電源（有時(shí)也稱(chēng)為SMU），并具有以下功能： ● 提供精確的正電壓和負電壓（“提供”也可稱(chēng)為“施加”）。 ● 提供精確的正向和反向電流（提供反向電流也被稱(chēng)為電流流入到電源中）。 ● 精確地測量待測器件（DUT）的電壓和電流（測量也被稱(chēng)為檢測）。 大多數高精度四象限電源都只能提供3A的電流或20W的連續功率。 在測試較小的單個(gè)電池時(shí)，這些最大電流和功率是可接受的，但是隨著(zhù)電池技術(shù)向更高的效率、更大的電流密度和更大的電池尺寸推進(jìn)，電池的功率輸出將很快會(huì )超出這些四象限電源的最大額定值。太陽(yáng)能模組的輸出通常會(huì )超過(guò)50W，而且可能會(huì )爬升至300W或更高，這意味著(zhù)許多針對模組的測試都無(wú)法使用四象限電源來(lái)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(jìn)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(lái)掃描環(huán)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。 戶(hù)外測試 有些工程師會(huì )使用交鑰匙的太陽(yáng)能電池測試設備來(lái)進(jìn)行測試，這種設備采用一種太陽(yáng)能模擬器，這是一種標準化的光源，可用于控制進(jìn)入太陽(yáng)能電池的光能。不過(guò)，如果太陽(yáng)能電池或模組非常大，太陽(yáng)能模擬器將無(wú)法產(chǎn)生充足的光。 例如，被測的太陽(yáng)能模組可能是大型戶(hù)外太陽(yáng)能采集系統的一部分。在這種情況下，太陽(yáng)本身將是測試中唯一實(shí)際可用的光源。既然在戶(hù)外實(shí)際上不可能運輸一套無(wú)太陽(yáng)能模擬器的完整的交鑰匙測試系統，所以這種測試就需要使用由標準測試儀器改進(jìn)而成的某些其他測試解決方案來(lái)執行。 戶(hù)外測試需要考慮的另一項因素是溫度。因為電池的性能會(huì )受到溫度的影響，因此需要在測試中監視溫度。不僅電池性能依賴(lài)于溫度，而且測試設備的性能也依賴(lài)于溫度。 許多儀器供應商沒(méi)有指明他們的測試設備在溫度處于室溫附近極窄范圍（如25℃±5℃）之外時(shí)的性能。其他供應商則提供了一項溫度系數規格，能夠調整測試設備的精度規范，以針對工作在其指定工作溫度范圍之外進(jìn)行校正。 適用于更高功率測試的負載 對于大功率應用，標準的電子負載可用于測試太陽(yáng)能電池。許多工程師不會(huì )想到使用電子負載來(lái)測試太陽(yáng)能電池，因為他們習慣于使用交鑰匙系統或四象限電源。 考慮到太陽(yáng)能電池會(huì )產(chǎn)生能量，當使用四象限電源對它進(jìn)行測試時(shí)，電源的實(shí)際工作模式是：太陽(yáng)能電池在電源的端子上施加一個(gè)正電壓。同時(shí)，電流從太陽(yáng)能電池流入四象限電源的端子，這意味著(zhù)四象限電源看到的是反向電流（就其端子而言）。在這些條件下，也可以稱(chēng)四象限電源是“電源沉”。 從電學(xué)上講，兩端加有正電壓并有電流流入（也就是反向電流）的儀器被稱(chēng)為電子負載。因此，對于大多數有光照射并且太陽(yáng)能電池也產(chǎn)生能量的太陽(yáng)能電池測試而言，四象限電源實(shí)際上發(fā)揮著(zhù)電子負載的作用。 使用電子負載的優(yōu)勢在于這種負載可用在各種電流和功率水平。使用額定50W或高達數千瓦特和數百安培的電子負載，可以輕松克服四象限電源帶來(lái)的3A，20W的限制。 電子負載可在恒壓模式下工作，也稱(chēng)為CV模式。在CV模式下，負載可以通過(guò)調節流經(jīng)自己的電流，從而調整它兩端的電壓，以保持恒定的電壓值。因此，CV模式可用于創(chuàng )建電壓掃描，使用負載來(lái)控制太陽(yáng)能電池輸出端的電壓，然后測量產(chǎn)生的電流（如圖2所示）。
圖2 可以使用電子負載的CV模式來(lái)測量太陽(yáng)能電池的I-V曲線(xiàn) 有些負載（如Agilent N3300系列）可以快速地執行一系列CV定位點(diǎn)，以便在CV模式下掃描輸出電壓，從而快速地描繪出I-V曲線(xiàn)。同時(shí)，負載可以將從太陽(yáng)能電池流出到負載內的電流波形數字化，類(lèi)似于捕獲示波器曲線(xiàn)。 通過(guò)畫(huà)出由掃描控制的CV電壓對數字化實(shí)際電流的圖形，就可以創(chuàng )建出I-V曲線(xiàn)。而且因為這是通過(guò)快速掃描得到的，所以整個(gè)測試可以在大約1秒內完成，這時(shí)電池還不會(huì )因為強烈的光源而發(fā)熱并發(fā)生溫度變化。 但是，許多電子負載都具有低電壓工作極限，需要在負載的正負輸入端之間施加最小的工作電壓。常見(jiàn)電子負載的最小輸入電壓是2～3V。為了克服這個(gè)限制，可以為負載串聯(lián)一個(gè)直流電源（如圖3所示）。這個(gè)直流電源被稱(chēng)為偏置電源，因為它為負載提供了一個(gè)偏置電壓。
圖3 可以使用直流偏置電源來(lái)配置電子負載，以便用于太陽(yáng)能電池測試 通常，偏置電源被設置為3V，以保證始終滿(mǎn)足負載的最低電壓需求。直流源的電壓對太陽(yáng)能電池沒(méi)有任何影響，后者是電壓浮動(dòng)器件；直流源僅僅是將太陽(yáng)能電池的電壓提高了3V。更多信息，請參考安捷倫科技公司提供的應用指南《太陽(yáng)能電池及模組測試》（Solar Cell and Module Testing），出版號5990-3262EN。 作者：安捷倫科技公司 Bob Zollo |
