本发明涉及一种用于测试聚光光伏模块(1)的装置，所述聚光光伏模块包括至少一个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述装置的特征在于包括：光源(2)；抛物面反射镜(4)，所述抛物面反射镜联接到所述源(2)，在垂直于所述模块的表面的方向上以几乎准直的光束将由所述光源发射的光朝向待测试模块(1)发送；以及强度过滤器(11)，在所述待测试模块(1)的上游将所述强度过滤器放在几乎准直的光束的路径上，所述过滤器(11)包括相对于所述光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域被布置成面对光束的较大强度区域，以使所述光束的强度差衰减。
用于测试聚光光伏模块的装置
技术领域
[0001] 本发明涉及用于测试聚光光伏模块的装置和方法。
背景技术
[0002] 聚光光伏模块(CPV)主要包括(例如多结)光伏电池和聚光器，该聚光器被设计成使太阳辐射朝向所述电池聚光。
[0003] 在多结电池的情况下，不同的结串联布置，每个结均适应太阳光的特定光谱带。
[0004] 大小小于由硅制成的常规太阳电池的多结电池的优点是提供更好的效率，但需要更高的光强度来运行。
[0005] 在CPV模块中，电池与例如菲涅尔透镜的聚光器关联，该聚光器使太阳辐射朝向电池聚光。
[0006] 另外，光伏模块被设计成安装在太阳跟随系统(也被称为“跟踪器”)上，以使模块根据太阳轨迹而最佳取向，使得聚光器将太阳的光线聚焦在电池上。
[0007] 在制造这样的光伏模块期间，经常验证每个模块的操作和性能，为的是检测任何一个结的任何故障、聚光器的质量或定位缺陷或模块在加快之前的任何其它异常。
[0008] 模块通过完全或部分串联安装而频繁组合。在这种情况下，整体系统的性能将受限于最弱的元件。因此可以证明有用的是在组合模块之前选择模块，使得模块的响应是均质的。为此，重要的是能够测量该模块的性能。
[0009] 出于该目的，已知借助一般称为“闪光器”的照明装置来模拟太阳的照明，该照明装置生成的光束具有接近太阳的光照强度、光谱功率分布和角发散度。待测试模块的整个表面都符合这些特性。
[0010] 目前市售的CPV模块具有相对较小的尺寸(具有0.5到1.5m2的量级)。存在着在这种类型的模块上模拟太阳照明的照明装置。
[0011] Soitec公司销售大尺寸太阳模块，具有若干m2的表面，包括由单个机壳连接的若干CPV子模块。
[0012] 所以例如，8m2的模块可以由可以任选地串联连接的两行各六个子模块形成。
[0013] 因此，能够测试大尺寸模块是成问题的。事实上，因为子模块完全或部分串联地连接并且其机械完整性由单个机壳保证，所以子模块不能单独地测试。
[0014] 另一方面，重要的是在安装之前确保组件的操作。
[0015] 因此有必要能够通过模拟最可能接近太阳辐射的照明来验证完整模块的性能。
[0016] 为此，照明装置必须考虑的约束如下：
[0017] -比得上太阳在地面水平产生的光照强度，即1kW/m2量级；
[0018] -通过考虑光谱密度再现从紫外到红外的完整太阳光谱；
[0019] -接近太阳光的角发散度，即0.5°(±0.25°)；
[0020] -光照强度的相当大的空间均匀性(目的是光照强度的不均质性小于或等于5％)。
[0021] 已知照明装置不响应于大尺寸模块的这些需求。
[0022] 事实上，这些装置提供更减少的领域或特性(尤其是角发散度)(太远难以从太阳中除去)。
[0023] 设计照明装置时考虑的另一约束是测试设施的紧凑。
[0024] 所以，将光源远离模块放置以获得较低角发散度是不可行的，因为给定模块的表面，这将暗示数十米的距离，与工业设施不兼容。
[0025] 保持测试装置的紧凑需要使用多个反射镜。
[0026] 但这带来与抛物面反射镜的成本相关联的经济问题。
[0027] 事实上，在一定程度上，照明装置的抛物面反射镜的表面缺陷有可能影响发送给模块的光强度的同质化，一般使用非常高质量的反射镜，诸如天文学中采用的反射镜。
[0028] 这些反射镜是非常昂贵的。
[0029] 对于仅使用单个反射镜的已知装置，这种成本是可接受的。
[0030] 然而，在规划的测试装置中使用多个这样的反射镜将在经济上是非常不利的。
[0031] 还可以通过模制或热成形塑料材料板然后在塑料材料板上沉积反射薄膜来制造反射镜。
[0032] 然而，该技术获得的表面状态是不理想的。
[0033] 即使最小幅度的表面缺陷存在于反射镜上，由于反射镜与待测试模块之间的距离，也可能造成抵达模块处的光强度的实质性变化。
[0034] 因此，有必要找到一种对于由所述源传送的光强度能够获得预期同质化的方案，比现有技术更便宜。
[0035] 本发明的目的是设计一种用于测试大尺寸的聚光光伏模块的装置，其考虑上述约束并提供尤其非常良好的光强度同质化，并且成本低于现有装置。
发明内容
[0036] 按照本发明，提出了一种用于测试聚光光伏模块的装置，所述聚光光伏模块包括至少一个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述聚光器相对于所述电池布置成将以正交入射抵达的辐射朝向所述电池聚光，所述装置的特征在于包括：
[0037] -至少一个光源；
[0038] -至少一个抛物面反射镜，所述至少一个抛物面反射镜联接到所述源，以便在垂直于所述模块的表面的方向上将来自所述源的光以几乎准直的光束往回发送到待测试模块；以及
[0039] -强度过滤器，在所述待测试模块的上游将所述强度过滤器放在几乎准直的光束的轨迹上，所述过滤器包括相对于所述光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域被布置成面对光束的最大强度区域，以使所述光束的强度差衰减。
[0040] 在本文中，几乎准直的光束指的是发散度低，通常小于1°的光束。在本发明中，为了再现太阳的发散，几乎准直的光束具有+/-0.25°的发散度。
[0041] 如本身已知的，通过将每个光源的孔放置在与之联接的抛物面反射镜的焦点处或焦点附近而获得每个几乎准直的光束，技术人员能够限定孔的尺寸特性以及源–反射镜对的尺寸特性，以获得这样的几乎准直的光束。
[0042] 尽管本发明对包括多个子模块的大尺寸模块是特别有利的，上文描述的装置还具有对于测试尺寸减小的单一模块的显著优点，在一定程度上，所述强度过滤器是比为确保光束的强度的均匀分布而公知的非常高质量反射镜更便宜的方案。
[0043] 根据一个实施方式，所述强度过滤器包括可透过所述几乎准直的光束的支撑件并且包括附着在所述支撑件上的膜，所述膜包括相对于所述几乎准直的光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域对应于所述光束的最大强度区域。
[0044] 替代地，所述强度过滤器包括可透过所述几乎准直的光束的支撑件，所述支撑件包括印刷层，所述印刷层包括相对于所述几乎准直的光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域对应于所述光束的最大强度区域。
[0045] 所述过滤器的所述至少部分吸收区域有利地由基本图案组成，所述图案包括可透过光束的图案和不可透过光束的图案。
[0046] 根据特定实施方式，所述基本图案具有方形或矩形形状。
[0047] 所述抛物面反射镜可以有利地包括覆盖有反射膜或一叠薄反射层的玻璃板。
[0048] 根据优选实施方式，测试装置适于测试包括多个光伏子模块的聚光光伏模块，每个光伏子模块均包括至少一个由光伏电池和聚光器构成的组件。
[0049] 在这种情况下，所述装置包括多个光源和多个抛物面反射镜，所述抛物面反射镜联接到所述源以将几乎准直的光束发送到所述待测试模块，并且在所述待测试模块的上游将强度过滤器放在每个几乎准直的光束的轨迹上，每个强度过滤器均包括相对于光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域被布置成面对所述光束的最大强度区域，以使每个光束的强度差衰减。
[0050] 所述装置可以进一步包括用于所述待测试模块的支撑件，所述光源按照在所述支撑件上的模块放置点的两侧延伸的两行进行布置。
[0051] 可优选地，所述抛物面反射镜被布置为形成面对所述待测试模块的所述支撑件的水平两行。
[0052] 另一目的涉及一种用于测试聚光光伏模块的方法，所述模块包括至少一个由光伏电池和聚光器构成的组件，所述聚光器相对于所述电池布置成将以正交入射抵达的辐射朝向所述电池聚光，所述方法的特征在于：借助联接到抛物面反射镜的至少一个光源将至少一个几乎准直的光束发送到所述模块，并且在待测试模块的上游将强度过滤器放在所述几乎准直的光束的轨迹上，所述强度过滤器包括相对于所述光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域被布置成面对光束的最大强度区域，以使所述光束的强度差衰减。
[0053] 根据一个实施方式，通过将膜附着在可透过所述几乎准直的光束的支撑件上而形成所述强度过滤器，所述膜包括相对于所述几乎准直的光束的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域对应于所述光束的最大强度区域。
[0054] 根据另一实施方式，通过将至少部分吸收区域印刷在可透过所述几乎准直的光束的支撑件上而形成所述强度过滤器，所述至少部分吸收区域相对于所述几乎准直的光束具有中性光谱密度，所述至少部分吸收区域对应于所述光束的最大强度区域。
[0055] 通过使玻璃板或塑料板热成形然后覆盖反射膜或一叠薄反射层而有利地形成所述抛物面反射镜。
[0056] 根据本发明的优选实施方式，待测试光伏模块包括多个光伏子模块，并且借助联接到多个抛物面反射镜的多个光源将多个几乎准直的光束发送到所述模块；在所述待测试模块的上游将强度过滤器放在每个几乎准直的光束的轨迹上，所述强度过滤器包括相对于光束具有零光谱密度的至少部分吸收区域，所述至少部分吸收区域被布置成面对光束的最大强度区域，以使每个光束的强度差衰减。
[0057] 可以使用与所述待测试光伏模块的子模块一样多的光源、抛物面反射镜和强度过滤器，每个光源和每个抛物面反射镜均被联接以将几乎准直的光束发送到对应的子模块。
[0058] 根据特定实施方式，所述待测试模块的表面大于或等于8m2。
[0059] 如特别有利的，所述强度过滤器的所述至少部分吸收区域通过实施以下步骤来限定：
[0060] -采集源自所述抛物面反射镜的几乎准直的光束的图像；
[0061] -在所述图像上确定最大强度的光束的区域；
[0062] -将所述图像的所述区域分解为基本图案；
[0063] -归因于相对于光流的可透过或不可透过特性的每个基本图案，以面对光束的最大强度的所述区域形成由所述图案组成的至少部分吸收区域。
附图说明
[0064] 本发明的其它特性和优点将参考附图从以下详细描述中出现，其中：
[0065] -图1A是包括串联连接的若干子模块的聚光光伏模块的示意图；
[0066] -图1B是属于这样的模块的子模块的光伏电池—聚光器组件的示意图；
[0067] -图2是根据本发明实施方式的测试装置的概略图；
[0068] -图3是属于根据本发明的测试装置的光源、反射镜和强度过滤器组件的示意图；
[0069] -图4是用于限定放在光束轨迹上的强度过滤器的装置的示意图；
[0070] -图5A和图5B分别是由光源—抛物面反射镜组件和负过滤器产生的光强度的图像，所述负过滤器用于补偿所述反射镜的表面缺陷对光束强度的影响；
[0071] -图6示出了过滤器的包括一组可透过图案和不可透过图案的至少部分吸收区域的示例。
具体实施方式
[0072] 图1A是本发明允许测试的光伏模块的示意图。
[0073] 待测试的所述模块1包括多个聚光子光伏模块10。
[0074] 每个子模块10均包括多个电池—聚光器组件。
[0075] 如图1B中图示的，每个组件100主要包括(例如多结)光伏电池101和聚光器102，该聚光器102被设计成将以正交入射抵达的太阳辐射朝向所述电池101聚光。任选地，电池101放置在散热器103上以限制其温度上升。
[0076] 例如，聚光器102包括菲涅尔透镜。
[0077] 在本文中，待测试模块的表面是聚光器的表面。
[0078] 任选地，形成模块1的子模块10可以串联或并联地电连接。
[0079] 每个子模块10的表面一般具有矩形形状，其宽度和高度分别在以下范围中：宽度介于30到80cm之间，例如为60cm；并且高度介于60到150cm之间，例如为120cm。
[0080] 子模块10通常布置成行和/或列的形状以形成所述模块。
[0081] 例如，8m2的模块可以由两行各六个子模块形成，每个子模块具有约0.7m2的表面。
[0082] 图2是根据本发明的测试装置的概略图。
[0083] 所述装置包括用于待测试模块1的支撑件3。
[0084] 可优选地，支撑件3被布置成使得待测试模块的表面是竖直的。
[0085] 本文中的“竖直”指的是垂直于供测试装置安装的建筑物的地板的方向。
[0086] 在支撑件3前面，测试装置包括多个光源2和多个抛物面反射镜4，该抛物面反射镜4联接到光源，以便在垂直于模块表面的方向上以几乎准直的光束反射从每个源始发的光。
[0087] 根据优选实施方式，每个源均布置在对应抛物面反射镜的焦点处。
[0088] 在这种情况下，测试装置因此包括与反射镜一样多的源。
[0089] 这利用多个相同的反射镜，其位置和取向被调整为朝向待测试模块往回发送垂直于所述模块的表面的几乎准直的光束。
[0090] 根据另一实施方式，每个光源均可以联接到若干反射镜，在一定程度上这些反射镜被布置成使其焦点重合，所述源布置在放置这些焦点的地方。
[0091] 在图2图示的实施方式中，模块1包括水平两行各六个子模块10，测试装置包括位于模块1任一侧的按照水平两行放置的十二个光源2，并且包括面对模块1的按照水平两行放置的十二个抛物面反射镜4。
[0092] 每个源及对应的抛物面反射镜相对于彼此取向，使得由反射镜发送回的光束垂直于对应子模块的表面。
[0093] 所述源与抛物面反射镜之间的距离被限定成使得由每个反射镜发送回的几乎准直的光束以优选的特性照射对应子模块的整个表面。
[0094] 该距离以及反射镜的表面因此取决于待测试模块的子模块的表面。
[0095] 不希望限制，应考虑的是，抛物面反射镜与光源之间的在地面处测量的2米到6米量级的距离是合理的，该距离确定了在测试装置的地面处的大部分表面。
[0096] 但并非必不可少的是，光源和抛物面反射镜的数目与待测试光伏模块的子模块的数目相同。
[0097] 事实上，如果每个子模块的表面足够低，则可以归结为：光源—抛物面反射镜对会照射若干子模块并且保留对于测试装置和反射镜大小而言可接受的地面空间，这不损害其制造成本。
[0098] 另一方面，在相邻的几乎准直的光束之间的边界处可能存在强度不能满足均匀性或发散标准的区域。
[0099] 在这种情况下，光源和抛物面反射镜有利地布置成使得未被反射镜所发送的几乎准直的光束照射的区域与将子模块从待测试模块分离的区域重合，就光电转换而言这是不实用的。
[0100] 出于组装模块的原因，从图1A中可以看到的，事实上在两个相邻的子模块10之间存在空间，在该空间处，不发生光电转换。
[0101] 以这种方式，如果在这些区域中发生均匀性的任何缺陷，则这些缺陷对测试质量没有负面影响。
[0102] 为了允许这种调整，测试装置被设计成使得可以调整每个反射镜的位置和取向。
[0103] 间隙有利地设置在反射镜之间以实现这样的调整。
[0104] 如图3中示出的，为了补偿抛物面反射镜4的的形状缺陷(其影响几乎准直的光束的强度均匀性)，在模块1的上游将强度过滤器11放在光束的轨迹上。
[0105] 强度过滤器11包括相对于光束具有中性光谱密度的至少部分吸收区域。
[0106] “具有中性光谱密度的吸收区域”是指与过滤器对所有光束波长以等同的方式阻挡强度有关的区域。在这种情况下并非选择性地吸收确定范围的波长。
[0107] 过滤器11特别适合反射镜4，即过滤器的至少部分吸收区域被布置成面对光束的最大强度区域。
[0108] 任选地，过滤器11可以特别适合反射镜—光源对，该反射镜—光源对补偿除了反射镜以外的源的任何均匀性缺陷。
[0109] 所以，至少部分吸收区域减小了穿过其中的光束的强度。
[0110] 过滤器的其它区域是可透过的或不那么可吸收的，以在呈现较低强度的光束的区域中发送整个光束或大多数强度(针对不那么可吸收的情况)。
[0111] 在实践中，至少部分吸收区域在过滤器上的分布以及所述区域的吸收程度基本上对应于负的光束强度分布。
[0112] 以这种方式，过滤器使光束强度差衰减并且产生抵达模块处的强度的改进的均匀性。
[0113] 实施这样的过滤器使用质量小于已知闪光器中使用的反射镜的抛物面反射镜，大幅降低了反射镜的成本。
[0114] 特别是，可以使用以低成本方法(例如通过使玻璃板或塑料材料热成形，随后涂覆反射膜或一叠薄反射层)制成的抛物面反射镜。
[0115] 根据图3中图示的实施方式，过滤器11包括可透过所述几乎准直的光束的支撑件110并且包括附着在所述支撑件110上的膜111，所述膜111包括上述吸收区域。
[0116] 根据在此未示出的另一实施方式，强度过滤器包括可透过几乎准直的光束的支撑件并且包括施加到所述支撑件以形成所述吸收区域的印刷层。
[0117] 支撑件是平面的以使几乎准直的光束不变形，并且垂直于所述光束定位。
[0118] 如特别有利的是，支撑件是玻璃板。
[0119] 图4图示了用于限定适合确定反射镜的强度过滤器的装置的布置。
[0120] 光源2布置在反射镜4的焦点F处，使得反射镜4将由所述源发射的光以几乎准直的光束发送回去。
[0121] 均匀着色的屏幕12放置在所述光束的轨迹上，垂直于所述光束。
[0122] 图像传感器放置在位置C处面对屏幕12，并且投射到屏幕12上的光束的图像被记录。
[0123] 结果是诸如图5A中图示的光束强度的绘图。
[0124] 清楚可见，光束的强度以灰度(最亮的区域具有最大的强度)显示，并非均匀的。
[0125] 创建图5B中图示的该图像的负像，具有面对光束图像的亮区的更暗吸收区，并且具有面对光束图像的暗区的可透过或不那么可吸收的亮区。
[0126] 该负像用于形成强度过滤器11。
[0127] 根据一个实施方式，该负像印刷在膜上，膜又施加到可透过光束的支撑件。
[0128] 如特别有利的，该膜是可透过自粘膜，旨在在印刷之后附着在支撑件上。
[0129] 替代地，负像通过印刷方法直接形成在可透过支撑件上。
[0130] 如特别有利的，在制造过滤器之前，负像被转换为二进制组基本图案，包括可透过光束的图案11a和不可透过光束的图案11b。
[0131] 在图6的示例中，以放大方式示出了呈棋盘形状的过滤器的区域，由可透过方形11a和可吸收黑色方形11b组成。
[0132] 自然地，可以选择任何其它形式的基本图案，如此并不脱离本发明的范围，图案的形状和尺寸进一步能够从过滤器的一个区域到另一个区域变化。
[0133] 事实上，过滤器相对于光束的吸收度可以通过不同图案的形状和尺寸进行调节。
[0134] 根据过滤器的区域，不同形式和/或尺寸的图案可以因此促使优选吸收。
[0135] 纯粹通过指出的方式，对于方形形式的图案，边长介于0.5到10mm之间。
[0136] 负像的该二值化简单地通过使用黑色油墨印刷以形成基本可吸收的图案而产生过滤器。
[0137] 在测试大尺寸模块的情况下，对于测试装置的每个抛物面反射镜制成对应的强度过滤器，并且每个过滤器均装设在由对应反射镜发送回的光束的轨迹上。
