无负载组件测试

使用万用表进行简单的组件测试

继续操作之前请阅读安全说明。

测试太阳能组件的全功率输出需要负载。然而,作为第一步,我们可以使用简单的万用表空载测试以获得开路电流电压(VOC)和短路电流(ISC)。对于大型室外组件,任何电流刻度为 10 A(安培)和 50 V(伏特)的万用表都可以工作。有关较小组件的要求,请参见下文。  在特别炎热的天气里,用于测量面板温度的热风枪非常有用。选择一个晴天并将组件指向太阳。确保没有任何组件被遮挡。即使组件一个角落的一部分被遮挡也会导致输出的巨大损失。


手持式万用表。太阳能面板的测量使用 10 A 和 200 V 设置。(图片来源

在典型的万用表中,负极端子是黑色引线,标记为 COM。将红色引线插入 V 端子以测量电压,将 10 A 引线插入大电流。如果您不熟悉万用表,这里有一个描述什么是万用表的网站,这里有一个关于如何使用万用表的链接。 youtube上还有一个视频。

Heat gun for temperature
测温枪 (图片来源)

只有在非常热的日子里才真正需要测温枪。应在组件背面测量温度,因为组件反射的阳光会扭曲读数。材料发射率也会影响读数,因此即使传感器处于相同的温度,将传感器指向金属表面也会给背板带来不同的读数。在大多数情况下,枪可以指向背板上的任何位置并提供可靠的读数。然而,也可以使用组件上的一块黑色胶带来提供更可靠的读数。

测量 Voc

对于 VOC,将万用表设置为大于组件电压预期值的直流电压刻度。如果不确定,请使用 200 V 刻度设置。如下所示将万用表引线连接到太阳能面板引线(电源对电源、地对地)并记录电压。随着组件升温,VOC 读数将会减少,这种变化将在下面说明。记录面板表面的温度以及一天中进行测量的时间。


200 V 直流电压设置。


 


正确的电压测量引线连接。如果电压读数为负,请尝试交换引线。


测量 Isc

更改设置之前,请断开万用表与组件的连接。对于 ISC,将万用表设置为大于组件电流预期值的直流电流刻度。如果不确定,请使用 10 A 刻度设置。将电源(红色)导线更换至 10 A 插座,以防止在测量时烧断万用表内部的保险丝。将万用表导线连接到太阳能面板导线并记录电压。

有关如何使用万用表测量电流的视频可以在 youtube上找到。


连接有万用表的组件。



连接有万用表的组件。 10A,直流电流设置。


 


正确连接导线以测试直流电流。确保万用表的导线连接到 10A 插座。


讨论

将 VOC 和 ISC 相乘即可粗略估计功率。在此示例中,Voc 等于 35.8 V,电流等于 10.07,乘积为 363.5 W。但是,我们还必须考虑填充因子。最大功率(PMAX,有时也写作 MPP)方程为:

$$P_{MAX} = V_{OC} \times I_{SC} \times FF$$

我们无法在没有负载的情况下测量填充系数,但它通常约为 0.7,因此在本例中我们的 PMAX为 254.5 W。通过确定面板的实际 VOC、ISC 和估计 PMAX,并将其与组件的额定值进行比较,人们可以快速评估面板的性能是否接近最佳。下图中包含该面板评级的图片。由于面板的 VOC 和 ISC 与这些测量中确定的结果非常相似,因此面板可能表现良好。

 


制造商提供的面板规格示例。


局限性

尽管这是了解某些有关组件质量信息的快速而简单的方法,但存在一些明显的局限。虽然这种方法表明太阳能组件功能正常并且正在输出一定量的电力,但它无法表征组件的效率或给出任何进一步的规格。这种方法也无法生成 IV 曲线,这意味着虽然可以估计 PMAX,但无法准确确定它,也无法显示面板可能如何受到并联或串联电阻的影响。为了更好地了解面板如何带负载运行并获取这些缺失的数据点,请参阅下一页。 VOC 的测量精度将在 10% 以内,但 ISC 可能会误差 50% 或更多。

VOC的变化

VOC 很大程度上取决于温度,并且在较小程度上取决于阳光的强度。组件中的每个电池都会下降约 2.2 mV/°C。组件测量的标准是 25 °C,因此超过 25 °C 每升高一度,我们需要对每个电池校正 2.2 mV。要校正硅组件中的温度,请使用以下公式:

$$V_{corrected} = V_{measured} + 0.0022 \times N \times (T_{measured} - 25)$$

其中 Vmeasured 是在 VOC 下测得的电压, Tmeasured 是组件温度(以摄氏度为单位),N 是组件中的电池数量。

ISC 的变化

ISC 与太阳强度成正比,而太阳强度随位置和一天中的时间而变化。测量太阳的强度具有挑战性,后续几页将对此进行介绍。通过测量多个组件来提供粗略的估计。如果它们都具有大致相同的测量 ISC,那么它们很可能都工作正常。阴天测量时的输出约为额定输出的 10-20%。在阴凉处或车库中进行测量。

致谢

该组件测试内容由QESST教师研究体验(RET)项目于2018年夏季开发。团队成员(按字母顺序排列)

  • Scott Currier (Fourth Grade Science Teacher, Highland Lakes School, Deer Valley Unified School District
  • Lauren D'Amico (Science Teacher, Barcelona Middle School, Alhambra Elementary School District)
  • Mark Calhoun (Physics Teacher, Camelback High School, Phoenix Union School District)
  • Elliot Hall (Science Teacher, Barcelona Middle School, Alhambra School District) 
  • Alyssa Johnson (Akimel-A-al Middle School, Kyrene Elementary School District) 
  • Milt Johnson (Physics and Engineering Teacher, Bioscience High School, and Maricopa Community College Instructor)
  • Leah Moran (Sonoran Trails Middle School, Cave Creek Unified School District) 
  • Meredith Morrissey (Science Teacher, Tempe High School, Tempe Unified School District)
  • Myra Ramos (Math and Science Teacher, Alhambra Elementary School District) 
  • Tamara Waller (Fourth Grade Teacher, Alhambra Elementary School District)
  • Allison Wolf (High School Science and Sustainability Teacher, Tempe High School, Tempe Unified School District)