技术白皮书|适用于高效组件测试的IV曲线测试仪的要求有哪些？
2019年HJT作为N型高效电池代表横空出世，2021年P型与N型之争如火如荼，2022年HJT与TOPCon之争胜负还未定。2023年以TOPCon为主的N型高效电池市占比尚未超越高效电池PERC，今又有爱旭隆基另掀起高效电池“BC”风暴。晶硅之外，尚有钙钛矿叠层技术虎视眈眈。由于此类高效光伏电池的高容性给准确测试IV曲线带来了不少困难，也给一些厂家的虚标组件功率留了可乘之机。打假|光伏组件功率虚标需警惕！
准确测量I-V曲线的重要性对于光伏电池研究来说不言而喻。干货|户外IV测试仪测试方法系统详述，以及如何利用I-V曲线去完成光伏电池组件的电性能的准确分析或故障分析，详细请参考：按图索骥|典型I-V曲线“症状”诊断分析
高效光伏组件具有高电容，如果测量不当，可能会导致测量I-V曲线时出现误差。电容也会导致较大的脉冲电流（in-rush current），这可能对IV曲线测试仪的测量构成挑战。详细请参考：户外I-V曲线测试仪该如何选型？
Solmetric IV曲线测试仪(“PVA”)是专门设计用于准确测量高效光伏组件和处理高效光伏组件串的脉冲电流（in-rush current）。
除了产生众所周知的直流电流外，光伏组件还具有交流或动态特性（ AC or dynamic characteristics），主要是光伏电池电容（PV cell capacitance），当工作点非常迅速地变化时，如在I-V曲线扫描期间，它就会发挥作用。
除了存在一定的平行板型结电容（plate-type junction capacitance）之外，在半导体中还存与激发电子相关的高得多的电容，这种所谓的扩散电容（diffusion capacitance increases）随着电池电压和辐照度的增加而增加，它也随着电池效率的增加而迅速增加，因为提高光伏电池效率的部分就是通过延长电池内电荷的寿命来获得的。
高效光伏组件的扩散电容值可达到微法拉范围，所有光伏组件都有一定的电容，效率超过19%的光伏组件一般可被归类为“高效率”。
这些储存的电荷从何而来?即使没有外部负载，光伏电池内部也会发生很多事情。本文最后在附录中描述了太阳能电池的等效电路模型。
太阳光的光子忙于激发半导体晶体中的电子。由于没有外部电路来排出电荷，这些电荷在半导体层外的导电体中四处漂移，由于没有外部电路来排出电荷，这些电荷在半导体导电体中四处漂移至PN结交界区域。
这些被激发的电子在重新组合之前的寿命很短，但在高效光伏电池中，寿命相对较长，导致大量的临时存储(被激发的)电荷。更多阐述，请参考：户外I-V曲线测试仪该如何选型？
IV曲线测试仪Solmetric PVA通过在光伏组串的两端切换一个完全放电的容性负载(即容性负载处于零电压)来启动每个I-V追踪或“扫描”。
这种容性负载架构使IV曲线测试仪在测量高效光伏组件和处理高脉冲电流时能够最大限度地减少误差，同时管理仪器内部的热能。Solmetric PVA中的容性负载与光伏组件的电容不同且不相关。
当I-V扫描启动时，有一个短的脉冲电流（a short in-rush current pulse），随后是一个更稳定的电流，即短路电流(Isc)。当容性负载积累电荷时，其电压上升，直到达到开路电压Voc，电流停止流动。
从脉冲电流之后开始，当曲线穿过0伏，在I-V扫描过程中，IV曲线扫描电路测量并保存了一系列电流-电压对数值。每个电流-电压对表示在现有太阳辐照度和光伏电池温度下光伏组件的一个对应工作点。
光伏组件电容虽然不影响普通太阳能发电，但会影响I-V曲线的扫描。由于负载上的电压在I-V扫描过程中不断增加，光伏电池的工作点会相应迅速变化，这会影响到半导体材料中电荷的数量和分布的变化。
电荷平衡需要很短的时间增量，所以如果I-V扫描太快，电压和电流之间会有时间延迟，扭曲I-V曲线，使最大功率点转移到更高或更低的电压，这取决于I-V扫描的方向(即从Isc开始，还是从Voc开始)。
延时是扩散电容和串联电阻共同作用的结果，随着扩散电容和串联电阻的增大，延时也随之增大。所以Solmetric在设计IV曲线测试仪PVA时考虑了这一效应。
I-V曲线采用连续跟踪方式(即不是采用脉冲方式)，并且IV曲线测试仪Solmetric PVA扫描速度足够慢，以避免I-V曲线失真
但另一方面，应该注意的是：I-V曲线不应该扫得太慢，否则可能会因太阳辐照度波动而产生误差。如果有云在太阳前面移动，这将导致辐照度波动(即在扫描I-V曲线所需的时间内辐照度会出现增加或减少的情况)。
此外，即使天空中没有可见的云，太阳的辐照度也经常会有一些变化。大气中的波动会导致它在几秒钟内发生变化。当辐照度在I-V扫描期间存在波动时，则测得的I-V曲线变得不那么有价值了（因为失真了）。
例如，如果在I-V扫描期间辐照度存在波动，则在Isc和Imp之间本应该的平坦的I-V曲线部分可能会有一个斜率。
户外IV曲线测试仪Solmetric PVA的扫描时间（扫描速度）被科学控制，扫描速度足够快，以尽量减少辐照度波动的影响，但也足够慢，以避免由于光伏组件的容性导致的测试误差。Solmetric大多数PVA型号 I-V扫描的持续时间控制在150-300ms之间。
扩散电容的第二个影响发生在I-V扫描开始时，当自由电荷涌进IV曲线测试仪时。在这个瞬间，一个短的“尖峰”大电流从光伏组串涌向IV曲线测试仪负载。如果这个电流浪涌（current surges）足够高，它可以阻止I-V曲线被测量。
在这种情况下，IV曲线测试仪Solmetric PVA将显示“过流脉冲”警告。其他品牌的IV曲线测试仪可能会显示电流“不稳定”。
所有光伏电池都有一定程度的扩散电容，会在I-V扫描开始时引起对应强度的电流浪涌。对于传统的光伏电池组件技术，该电流浪涌尖峰很小，IV曲线测试仪可以很容易地处理它。但是光伏电池组件的效率越高，扩散电容越大，电流浪涌电流也越大。
如上所述，IV曲线测试仪Solmetric PVA通过在光伏组串上切换一组容性负载并允许容性负载充电连续扫描光伏组串上的负载。
有些其他品牌的IV曲线测试仪在整个光伏阵列上切换电阻负载（resistive load）或在整个光伏组串上使用有源线性模式晶体管（an active linear-mode transistor）。
当使用阻性负载或有源负载时，负载施加的时间必须保持很短，以尽量减少仪器内部负载内的功耗。这种（阻性负载或有源负载）结构可以更紧凑，成本更低，但如果仪器在I-V曲线上的任何给定点上停留时间过长，则仪器可能会迅速过热。
当使用阻性负载或有源负载时，负载施加的时间必须保持很短，以尽量减少仪器内部负载内的功耗。
出于这个原因，这种类型的IV曲线测试仪通常要连续地扫描整个I-V曲线，就非常快(例如在几毫秒内)；否则就得非常慢，即I-V曲线上的每对IV数据，通过一次脉冲加载和关闭负载测试获得。
然后，将负载移除，将光伏组串调回Voc很长一段时间(例如大约100毫秒)，以便让IV曲线扫描电路冷却。
然后，对下一个点（IV数据对）重复这个脉冲和采样周期。对于150点的I-V曲线，循环重复150次。这就是为什么脉冲负载（pulse the load）的IV曲线测试仪通常需要15-20秒来扫描I-V曲线。
所有光伏电池都有一定程度的扩散电容，在I-V扫描开始时引起相应程度的电流浪涌。对于传统的光伏电池组件技术，尖峰很小，IV曲线测试仪可以很容易地处理它。但是光伏电池组件的效率越高，扩散电容越大，脉冲电流电流也越大。
但是，如上所述，在测量高效光伏电池组件时，脉冲负载的开启和关闭会迅速加剧误差，或者在许多情况下，根本无法测量高效光伏组件或组串。
在某些情况下，由单个快速脉冲引起的电容浪涌非常大，以至于测得的数据毫无意义，IV曲线测试仪不得不放弃。它是否也可以采用持续的缓慢第扫描高效光伏组串？这是不可能的，因为对于一个采用紧凑主动负载（a compact active-load）的IV曲线测试仪来说，它会存在严重过热的问题。
Solmetric PVA-1500HE独特的设计可用于测试高达30A的高效光伏组件单串或并联串的脉冲电流电流。“HE”代表“高效率”!了解更多PVA-1500HE请参考：还有谁？|满足高效组件测试要求！
如前所述，I-V曲线不应扫得太慢，否则可能会因太阳辐照度波动而产生误差。由于这个原因，PVA通常在大约100-300毫秒内完成I-V扫描。
这平衡了扫描速度不能太快（在测量高效光伏组串时尽量减少误差），同时也平衡了扫描速度不能太慢的要求（尽量减少辐照度上升带来的误差）。而且，Solmetric PVA系列也很便携，手提肩背都行。
该视频是2015年的老款PVA，新款设备更美观紧凑
IV曲线测试仪Solmetric PVA之所以能够实现这条完美的技术路径，是因为它的电容测量架构设计合理（基于科学理论及实际经验相结合）。
相比之下，使用脉冲主动负载技术的IV曲线测试仪对单个样品的采集速度太快，无法准确测量高容性光伏组串，而总扫描时间(即采集IV曲线里所有IV数据对的时间)又太慢，无法避免因辐照度上升而产生的误差。
此外，如果IV曲线测试仪扫描从Voc到Isc的高效光伏组串的I-V曲线，那么在给定的扫描时间内，I-V测量的误差比从Isc到Voc的扫描误差更大。这就是Solmetric PVA从Isc扫向Voc的原因之一。脉冲主动负载型IV曲线测试仪通常沿较不利的方向从Voc到Isc进行扫描。
由于高效光伏组件的高电容，在测量其I-V曲线时需要小心。如果扫描太快，高电容会导致I-V曲线出现误差，如果测量不当，脉冲电流会阻止所有测量。
使用容性负载的IV曲线测试仪是测量高效光伏组件和组串时的首选，因为它们能够缓慢地扫描I-V曲线以避免误差，但足够快以避免太阳辐照度波动，同时也避免过热。这与国标GB-T 18210-2000及国际标准IEC61829里“采用容性负载”的要求是一致的。该标准要求请参考：户外I-V曲线测试仪该如何选型？
为了准确测试高效光伏电池组件，请使用PVA-1500HE。详细PVA-1500HE介绍请参考：还有谁？|满足高效组件测试要求！
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这是第26届欧洲光伏太阳能会议上Hiroshi等人的文章《测量脉冲电流波形用于光伏电池组件的电抗特性的建模》中扩散电容的公式
其中Co为基极电容值，Vcell为电池电压，T为温度，n为理想因数，n和k为物理常数。
这是一个光伏电池的等效电路，显示电池电容，来自《太阳能电池电容性对光伏组件I-V曲线测量的影响》，作者：Stephan Mau和Thomas Krametz
其中依赖光的电流源在左边，二极管表示太阳能电池的二极管性质，C是电池电容性，Rs和Rp是串联和并联(并联)电阻，U是电池的终端电压。
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