太陽(yáng)能電池的測(cè)試條件與太陽(yáng)模擬器

1、太陽(yáng)能電池的測(cè)試,光強(qiáng)：1000W/m2 光譜分布：AM1.5 電池溫度：25,太陽(yáng)電池制造過(guò)程10-測(cè)試分選,通過(guò)模擬太陽(yáng)燈光照射到電池片表面 測(cè)試太陽(yáng)電池的電性能參數(shù),太陽(yáng)電池電性能參數(shù),太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)： Isc、Voc Imp Vmp、Pmax、 Rs、Rsh、 FF、EFF,短路電流（Isc）： 理想情況下，等于光生電流IL。 影響因素：面積、光強(qiáng)、溫度 125太陽(yáng)電池 5A左右 156太陽(yáng)電池 8A左右 開(kāi)路電壓（Voc）：影響因素：光強(qiáng)、溫度、材料特性 晶體硅太陽(yáng)電池 600mV左右 填充因子（FF）： 最大輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積之比 FF=Pm/VOCISC=Vm

2、Im/VOCISC 影響因素：串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻 轉(zhuǎn)換效率（,太陽(yáng)電池電性能參數(shù),3.1太陽(yáng)模擬器,3.1.1概述,太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來(lái)考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測(cè)量的，而這種測(cè)量必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下進(jìn)行才有參考意義。如果測(cè)試光源的特性和太陽(yáng)光相差很遠(yuǎn)，則測(cè)得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽(yáng)光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無(wú)法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽(yáng)光本身隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光條件，才能使測(cè)量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對(duì)比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光下的測(cè)試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽(yáng)電池的性能參數(shù),3.1.2太陽(yáng)輻射的基本特性,3

3、.1.2.1幾個(gè)描述光的物理概念,1）發(fā)光強(qiáng)度,按照1979年第16屆國(guó)防計(jì)量會(huì)議（CGPN）確定，以坎德拉（cd）為發(fā)光強(qiáng)度的計(jì)量單位?？驳吕且还庠丛诮o定的方向上的光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為5401012Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683WSr-1,2）光通量,光通量的單位是流明（lm），它用來(lái)計(jì)量所發(fā)出的總光量，發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源，向周圍空間均勻發(fā)出4流明的光能量,3）光強(qiáng)度,指照射于一表面的光強(qiáng)度，它用勒克斯（lx）作為單位，當(dāng)1lm光通量的光強(qiáng)射到1m2面積上時(shí)，該面積所受的光照度（簡(jiǎn)稱照度）就是1lx,4）輻射度,通常稱為光強(qiáng)，即入射到單位面積上的光功率，單位是

4、W/m2或mw/cm2,3.1.2.2輻照度及其均勻性,對(duì)空間應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1367w/m2（另一種較早的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1353 w/m2），對(duì)地面應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1000 w/m2。實(shí)際上地面陽(yáng)光和很多復(fù)雜因素有關(guān)，這一數(shù)值僅在特定的時(shí)間及理想的氣候和地理?xiàng)l件下才能獲得。地面上比較常見(jiàn)的輻射照度是在600900 w/m2范圍內(nèi)，除了輻照度數(shù)值范圍以外，太陽(yáng)輻射的特點(diǎn)之一是其均勻性，這種均勻性保證了同一太陽(yáng)電池方陣上各點(diǎn)的輻照度相同,3.1.2.3光譜分布,太陽(yáng)電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的響應(yīng)，就是說(shuō)輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽(yáng)電池上，其效果是不同的，太陽(yáng)光是各種波

5、長(zhǎng)的復(fù)合光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點(diǎn)、時(shí)間及其它條件的差異而不同，在大氣層外情況很單純，太陽(yáng)光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。在地面上，由于太陽(yáng)光透過(guò)大氣層后被吸收掉一部分，這種吸收和大氣層的厚度及組成有關(guān)，因此是選擇性吸收，結(jié)果導(dǎo)致非常復(fù)雜的光譜分布。而且隨著太陽(yáng)天頂角的變化，陽(yáng)光透射的途徑不同吸收情況也不同。所以地面陽(yáng)光的光譜隨時(shí)都在變化。因此從測(cè)試的角度來(lái)考慮，需要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽(yáng)光譜分布。目前國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定，在晴朗的氣候條件下，當(dāng)太陽(yáng)透過(guò)大氣層到達(dá)地面所經(jīng)過(guò)的路程為大氣層厚度的1.5倍時(shí)，其光譜為標(biāo)準(zhǔn)地面太陽(yáng)光譜，簡(jiǎn)稱AM

6、1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜。此時(shí)太陽(yáng)的天頂角為48.19，原因是這種情況在地面上比較有代表性,綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)地面陽(yáng)光條件具有1000 w/m2的輻照度，AM1.5的太陽(yáng)光譜以及足夠好的均勻性和穩(wěn)定性，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光在室外能找到的機(jī)會(huì)很少，而太陽(yáng)電池又必須在這種條件下測(cè)量，因此，唯一的辦法是用人造光源來(lái)模擬太陽(yáng)光，即所謂太陽(yáng)模擬器,321輻照不均勻度的檢測(cè),32太陽(yáng)模擬器某些光學(xué)特性的檢測(cè),輻照不均勻度（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度）100,在測(cè)量單體電池時(shí)，輻照不均勻度應(yīng)使用不超過(guò)待測(cè)電池面積1/4的檢測(cè)電池來(lái)檢測(cè)。在測(cè)量組件時(shí)，應(yīng)使用不超過(guò)待測(cè)組件面積1/10的檢測(cè)電池來(lái)檢測(cè),33

7、2輻照不穩(wěn)定的檢測(cè),輻照不穩(wěn)定度（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度,333光譜失配誤差計(jì)算,光譜失配誤差,式 中,分別是被測(cè)電池（T）和標(biāo)準(zhǔn)電池（S）在AM1.5狀態(tài)下的相對(duì)光譜電流，即光譜電流i()與短路電流I之比,3.3.1,3.3.1,B()1定義為光譜，它表示太陽(yáng)模擬器光譜輻照度sim()和AM1.5的光譜輻照度,AM1.5()的相對(duì)偏差,即,太陽(yáng)能模擬器分類,1.穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬器 2.脈沖式太陽(yáng)模擬器,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光（光譜和輻照度）、標(biāo)準(zhǔn)溫度 光譜取決于電光源種類和濾光、反光系統(tǒng) 輻照度可以用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池短路電流的標(biāo)定值來(lái)校準(zhǔn)。 為了減少光譜失配誤差，模擬陽(yáng)光的

8、光譜應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光光譜，或選用和被測(cè)量電池光譜響應(yīng)基本相同的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池,模擬器光源,3.3 單體太陽(yáng)電池測(cè)試,圖29 測(cè)量伏安特性的電路框圖,3.3.1測(cè)試項(xiàng)目,3.3.2電性能測(cè)試的一般規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光光譜采用總輻射的AM1.5標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光光譜,地面陽(yáng)光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2,對(duì)定標(biāo)測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度的允許差為+ 1C。對(duì)非定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度允許差為+2C,如受客觀條件所限，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測(cè)試，則必須將測(cè)量結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度規(guī)定為25C,3.3.3測(cè)量?jī)x器與裝置,1）標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池,標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池用于校準(zhǔn)測(cè)試光源的輻射照度,對(duì)AM1.5工作

9、標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池作定標(biāo)測(cè)試時(shí)，用AM1.5二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池校準(zhǔn)輻射度。 在非定標(biāo)測(cè)試中，一般用AM1.5工作標(biāo)準(zhǔn)輻照度，要求時(shí)用AM1.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)電池,2）電壓表,電壓表的精度應(yīng)不低于0.5級(jí),3）取樣電阻,取樣電阻的精確度應(yīng)不低于+0.2%。必須采用四端精密電阻 電池短路電流和取樣電阻值的乘積應(yīng)不超過(guò)電池開(kāi)路電壓的3,4）負(fù)載電阻,負(fù)載電阻應(yīng)能從零平滑地調(diào)節(jié)到10K以上。必須有足夠的功率容量，以保證在通電測(cè)量時(shí)不會(huì)因發(fā)熱而影響測(cè)量精度。當(dāng)可變電阻不能滿足上述條件時(shí)，應(yīng)采用等效的電子可變負(fù)載,5）函數(shù)記錄儀,函數(shù)記錄儀有于記錄太陽(yáng)電池的伏安特性曲線。函數(shù)記錄儀的精密應(yīng)不低于0.5級(jí)。對(duì)函數(shù)記錄儀

10、內(nèi)阻的要求和對(duì)電壓表內(nèi)阻的要求相同,6）溫度計(jì),溫度計(jì)或測(cè)溫系統(tǒng)的儀器誤差應(yīng)不超過(guò)+0.5C測(cè)量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)不超過(guò)1秒。測(cè)量探頭的體積和形狀應(yīng)保證它能盡量靠近太陽(yáng)電池的pn結(jié)安裝,7）室內(nèi)測(cè)試光源,輻照度、輻照和均勻度、穩(wěn)定度、準(zhǔn)直性及光譜分布均應(yīng)符合一定的要求,所規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目中，開(kāi)路電壓和短路電流可以用電直接測(cè)量，其它參數(shù)從伏安特性求出,3.3.4從非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件換算到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件,電流和電壓換算公式: 當(dāng)測(cè)試溫度、輻照度和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件不一致時(shí)，可用以下?lián)Q算公式校正到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件,3.4.1,如果受客觀條件限制，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量，則測(cè)試結(jié)果應(yīng)轉(zhuǎn)換為STC條件,3.3.5室外陽(yáng)光下測(cè)

11、試,1)測(cè)試場(chǎng)地及周圍環(huán)境,測(cè)試場(chǎng)地周圍的地面空曠，不遮光。反光及散光的任何物體。測(cè)試場(chǎng)地周圍地面上應(yīng)無(wú)高反射的物體，如冰雪、白灰和亮沙子等,2)氣候及陽(yáng)光條件,天氣及晴朗，太陽(yáng)周圍無(wú)云,3)安裝要求被測(cè)電池、標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)安裝在同一平面上，并盡量靠近，測(cè)試平面的法線和入射光線的夾角應(yīng)不大于5,3.4太陽(yáng)電池組件測(cè)試方法,3.4.1組件的額定工作溫度(NOCT,組件的額定工作溫度和它的實(shí)際工作溫度tr以及環(huán)境溫度te之間有如下的經(jīng)驗(yàn)公式,3.4.1,式中E為測(cè)量時(shí)的實(shí)際輻照度,以下是一組參考（NOCT,3.4.2絕緣電阻的測(cè)量,絕緣電阻測(cè)量是測(cè)量組件輸出端和金屬基板或框架之間的絕緣電阻。在某些環(huán)境

12、試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行前后都需測(cè)量絕緣電阻。在測(cè)量前先作安全檢查，對(duì)于已經(jīng)安裝使用的方陣首先應(yīng)檢查對(duì)地電位、靜電效應(yīng)，以及金屬基板、框架、支架等接地是否良好等，建議最好光用容量足夠大的開(kāi)關(guān)設(shè)備把待測(cè)方陣的輸出端短路后再進(jìn)行測(cè)量，可以用普通的兆歐表來(lái)測(cè)量絕緣電阻，但應(yīng)選用電壓等級(jí)大致和待測(cè)方陣的開(kāi)路電壓相當(dāng)?shù)恼讱W表。測(cè)量絕緣電阻時(shí)，大氣相對(duì)溫度應(yīng)不大于75,3.5 地面用硅太陽(yáng)電池組件環(huán)境試驗(yàn)概況,351溫度交變,從高溫到低溫反復(fù)交替變化稱為溫度交變。交變的溫度范圍規(guī)定為40+3+35+2C。凡用鋼化玻璃為蓋板的組件應(yīng)交變200次，用優(yōu)質(zhì)玻璃作蓋板的組件應(yīng)交變50次。在進(jìn)行每項(xiàng)試驗(yàn)前后均應(yīng)測(cè)量電性能參數(shù)，

13、并觀察試驗(yàn)后外表有列異常,352高溫貯存,地面用太陽(yáng)電池組件應(yīng)放在85+2C的高溫環(huán)境下存貯16小時(shí),353低溫貯存,地面用太陽(yáng)電池組件應(yīng)放在40+3C的低溫環(huán)境下貯存16小時(shí),354恒定濕熱貯存,地面用太陽(yáng)組件應(yīng)放應(yīng)相對(duì)濕度為9095%，溫度為40+2C的濕熱環(huán)境下存放4天。試驗(yàn)結(jié)束電性能測(cè)試及外觀檢查絕緣電阻，小于1M者為不合格,355振動(dòng)、沖擊,356鹽霧試驗(yàn),在近海環(huán)境中使用的太陽(yáng)電池組件應(yīng)進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，即在溫度35+2C5%氯化鈉水溶液的霧氣中貯存96小時(shí)后，檢查外觀、最大輸出功率及絕緣電阻,357冰雹試驗(yàn),模擬冰雹試驗(yàn)所用的鋼球重227+2g，下落高度視組件蓋板材料而定，鋼化玻璃：高度100cm，優(yōu)質(zhì)玻璃：50cm。向太陽(yáng)電池組件中心下落 1次,358地面太陽(yáng)光輻照試