柔性太阳能电池弯曲度对电气参数影响研究装置和方法

摘要

本发明公开了一种柔性太阳能电池弯曲度对电气参数影响研究装置及方法。该装置包括温室大棚、白炽灯灯泡组、控制器、计算机主机、显示器，温室大棚由支架上方覆盖透明塑料薄膜而成，薄膜的上方覆盖由柔性薄膜太阳能光伏板组成的光伏板阵列，连接光伏板阵列的数据线经控制器连接至计算机主机，计算机主机控制光伏板阵列在大棚不同弯曲度时接入电路数量、连接形式并获取电气参数。本发明不需要考虑实际太阳光源，通过实验室内搭建光源，模拟太阳光疏密、角度、高度等状态。通过搭建柔性薄膜太阳能光伏板阵列所覆盖的大棚弯曲度、改变光伏板阵列的连接形式测量电压、电流等电气参数，研究上述条件改变时电气参数变化规律。

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性薄膜太阳能电池弯曲度对电气参数影响研究方法。主要涉及搭建大棚并在大棚表面铺设柔性薄膜太阳能电池的装置，通过控制大棚支架、柔性太阳能电池弯曲以及实验室模拟光源的疏密、照射方向，研究不同连接形式的柔性薄膜太阳能电池阵列的电压、电流等电气参数变化规律。

背景技术

目前光伏温室逐渐成为应用新型能源促进农业可持续发展的新生事物。光伏温室的优势在于操作空间大，温室内环境性能稳定，可以实现蔬菜、瓜果和花卉立体化的种植。随着光伏电池板组件价格的日益下降，其成本、技术优势和温室的相互结合，引导光伏温室的发展进入新的发展时期。

但光伏温室适合占地面积大的地方，不适合小规模大棚温室；采用常规的单晶硅或多晶硅光伏电池板透光性差，其具有一定厚度和重量，不能弯曲，直接覆盖在光伏温室表面的，对表面具有损坏作用；此外，对于具有一定弯曲度的温室表面，采用较小的光伏电池板覆盖在表面，相同光照强度下相同表面积的太阳能电池转换率会降低。

柔性薄膜太阳能电池板由非晶硅制成，价格便宜，透光性好，可以弯曲和折叠，厚度为微米级、体积小重量轻，但转换率低于常规光伏电池板。对于占地面积小具有较大弯曲度的大棚温室，可以将大面积整块柔性薄膜太阳能电池板弯曲折叠覆盖于大棚表面，且其较轻的重量不会对大棚表面造成损坏。将薄膜太阳能板覆盖于大棚表面，相同光照强度下相同表面积的整块太阳能板电池转换率相比于常规多块太阳能光伏板电池转换率相差不大。

浙江大学周南、许贤研究单块柔性薄膜太阳能电池板在拉伸时电池输出电压的变化情况，上海交通大学阴悦研究单块柔性薄膜太阳能电池板在在拉伸时电池输出电压和表面温度的变化情况。但国内目前没有相关文献报道薄膜太阳能电池板弯曲时电压、电流、功率等电气参数的测量方法、装置以及上述参数的变化情况。

发明内容

本发明的目的：为了研究不同弯曲度大棚温室和所覆盖柔性薄膜太阳能电池电气参数间的关系，搭建大棚温室并在大棚表面铺设柔性薄膜太阳能电池，通过控制大棚支架、柔性太阳能电池弯曲度，改变实验室模拟光源的强度、照射方向，研究不同面积的单块、柔性薄膜太阳能电池阵列的电压、电流、功率等电气参数变化规律。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种柔性太阳能电池弯曲度对电气参数影响研究装置，包括弯曲度可调节的温室大棚、安装于温室大棚上方可上下移动的白炽灯灯泡组、控制器、计算机主机、显示器，所述温室大棚由具有弯曲度且具有韧性的多个第一支架上方覆盖透明塑料薄膜而成，在透明塑料薄膜的上方覆盖由柔性薄膜太阳能光伏板组成的光伏板阵列，连接光伏板阵列的数据线经控制器连接至计算机主机，计算机主机控制光伏板阵列在大棚不同弯曲度时接入电路数量、连接形式并获取电气参数。

进一步，在光伏板阵列两端下方固定第二支架，在第二支架上固定手动打包机，通过手动打包机调节第二支架的长度实现温室大棚的弯曲度的调节。

进一步，通过继电器控制任意数量光伏板的串联或并联。

进一步，所述白炽灯灯泡组通过机械支架安装于温室大棚上方，所述机械支架上设置有伺服电机和电动推杆，显示器和计算机主机发送指令到控制器经第一数据线控制步进电机实现光源的升降，控制器经第二数据线控制电动推杆实现光源的照射角度的变化以及控制灯泡亮暗个数。

本发明还提供一种柔性太阳能电池弯曲度对电气参数影响研究方法，搭建大棚并在大棚表面铺设柔性薄膜太阳能电池的装置，通过控制大棚支架、柔性太阳能电池弯曲以及实验室模拟光源的疏密、照射方向，研究不同连接形式的柔性薄膜太阳能电池阵列的电压、电流等电气参数变化规律。

进一步，该方法包括如下步骤：

步骤1：柔性薄膜太阳能光伏大棚温室的搭建；在具有弯曲度且具有韧性的第一支架上方覆盖透明塑料薄膜，在透明塑料薄膜上方覆盖弯曲度可调节的柔性薄膜太阳能光伏板；

步骤2：白炽灯模拟太阳光发热照射大棚；

步骤3：不同弯曲度大棚温室的控制；

步骤4：柔性薄膜太阳能电池电气参数的测量。

进一步，所述步骤2：

设置机械支架将白炽灯灯泡组安装于温室大棚的上方，并在机械支架上设置用于控制白炽灯灯泡组升降的伺服电机，以及用于控制白炽灯灯泡组照射角度、灯泡亮暗个数的电动推杆。

进一步，所述步骤3：

采用手动控制打包机实现弯曲度控制，即通过控制大棚下方第二支架上的手动控制打包机，实现两个不同长度支架的伸缩，即可实现不同弯曲度大棚的控制。

进一步，所述步骤4：

步骤4.1：检测系统的搭建；

显示器和计算机主机发送指令到控制器经第一数据线控制步进电机实现光源的升降，控制器经第二数据线控制电动推杆实现光源的照射角度的变化以及控制灯泡亮暗个数；

步骤4.2：柔性薄膜太阳能光伏板的控制及数据获取；

连接柔性薄膜太阳能光伏板的第三数据线经控制器连接至计算机主机，计算机控制光伏板阵列在大棚不同弯曲度时接入电路数量、连接形式并获取电气参数；

进一步，所述步骤4.2：

步骤4.2.1：光伏板阵列接入电路数量；

光伏板阵列电路包括多块柔性薄膜太阳能光伏板、导线和个继电器，其中继电器连接在每条导线，由计算机发出指令控制继电器的导通和截止，从而实现单板以及任意个光伏板的串联结构或并联结构；

步骤4.2.2：弯曲柔性薄膜太阳能电池阵列；

通过步骤4.2.1，改变不同光伏板阵列的连接方式、不同大棚的弯曲度，带动柔性光伏板的弯曲度，通过控制器内部电压和电流传感器实现电气参数的测量。

本发明的有益效果：采用此方法可以不需要考虑实际太阳光源，通过实验室内搭建光源，模拟太阳光疏密、角度、高度等状态。通过搭建柔性薄膜太阳能光伏板阵列所覆盖的大棚弯曲度、改变光伏板阵列的连接形式测量电压、电流等电气参数，研究上述条件改变时电气参数变化规律。从而为农业光伏大棚的建设提供参考和依据。

附图说明

图1为采用柔性薄膜太阳能光伏板搭建的温室大棚结构示意图。

图2为拖动式白炽灯模拟光源对温室大棚光伏板的照射示意图。

图3为打包机示意图。

图4为柔性薄膜太阳能电池电气参数检测装置。

图5为光伏板阵列电路连接图。

图6为光伏板串联结构示意图。

图7为光伏板并联结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

步骤1：柔性薄膜太阳能光伏大棚温室的搭建

图1为采用柔性薄膜太阳能光伏板搭建的温室大棚。在具有弯曲度且有一定韧性的多个支架1上方覆盖透明塑料薄膜2，在塑料薄膜上方覆盖柔性薄膜太阳能光伏板3，在光伏板两端下方固定2个支架4，在支架上方固定2个手动打包机5。

步骤2：白炽灯模拟太阳光发热照射大棚

图2为拖动式白炽灯模拟光源对温室大棚光伏板的照射示意图。其中机械支架7框下方为四个滚轮6。2组伺服电机10和丝杠9固定于机械支架框上。固定于丝杠上的灯泡连接架11下方为四排处于水平方向的白炽灯灯泡组13。白炽灯灯泡下方为柔性薄膜太阳能光伏板搭建的大棚14。灯泡连接架处有2个蝶形铰链8和2个电动推杆12。

该机构可以实现模拟太阳光光源的强弱、角度、疏密单独和组合控制。

步骤3：不同弯曲度大棚温室的控制

手动控制打包机可以实现不同弯曲度大棚的搭建。图3为打包机示意图。往下压锁扣18，将左端支架4放在压脚16下方，上拉锁扣将压脚下压固定住支架。支架右端放在压脚17下方，向右方向转动摇动手柄19将压脚下压固定右端支架。摇动手柄向左转动，齿轮20转动带动齿条21滑动，使右端支架向左端支架靠近。在拉伸过程中，如果右端支架过长，将右端支架放入压脚16下方。

同时控制大棚下方2个支架上的手动控制打包机，即可实现2个不同长度支架的伸缩，即可实现不同弯曲度大棚的控制。

步骤4：柔性薄膜太阳能电池电气参数的测量

步骤4.1：检测系统的搭建

图4为柔性薄膜太阳能电池电气参数检测装置。计算机显示器27和计算机主机26发送指令到控制器25经数据线22控制步进电机实现光源的升降，控制器经数据线23控制电动推杆实现光源的照射角度的变化以及控制灯泡亮暗个数。控制器25中包含电压和电流传感器。

步骤4.2：柔性薄膜太阳能光伏板的控制及数据获取

连接柔性薄膜太阳能光伏板的数据线24经控制器连接至计算机主机，计算机可控制光伏板阵列在大棚不同弯曲度时接入电路数量、连接形式并获取电压、电流等电气参数。

步骤4.2.1：光伏板阵列接入电路数量

图5为光伏板阵列电路连接图。包括标号a-d的6块柔性薄膜太阳能光伏板28、标号1-20的导线29和20个继电器30，其中继电器连接在每条导线，可由计算机发出指令控制继电器的导通和截止。

光伏板串联：通过继电器控制导线1、2、12、11、9、4、5、6、7、15、16、10、13、18、19、20导通，其他导线截止，通过上述连接实现a、b、c、d、e、f光伏板的串联(图6)。此外，通过a、b、c、d、e、f光伏板的手动换置正负极连接方式以及控制继电器可实现单板以及任意个光伏板的串联结构。

光伏板并联：通过继电器控制导线1、2、12、3、5、6、8、11、13、14、20导通，其他导线截止，通过上述连接实现a、c光伏板的并联(图7)。此外，通过a、b、c、d、e、f光伏板的手动换置正负极连接方式以及控制继电器可实现其他形式的光伏板的并联结构。

步骤4.2.2：弯曲柔性薄膜太阳能电池阵列

通过步骤4.2.1，改变不同光伏板阵列的连接方式、手动改变打包机实现不同大棚的弯曲度，带动柔性光伏板的弯曲度，通过控制器25(图4)内部电压和电流传感器实现电气参数的测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。