太陽(yáng)模擬器的常識(shí)介紹 中文

1、一太陽(yáng)模擬器的用途太陽(yáng)模擬器是室內(nèi)模擬太陽(yáng)光的設(shè)備，廣泛應(yīng)用在生物、美容、太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光 熱等行業(yè)，在太陽(yáng)能光伏行業(yè)模擬器主要用于太陽(yáng)電池和組件的電性能測(cè)試、光老練試驗(yàn)、 熱斑耐久試驗(yàn)等，.根據(jù)光源的種類(lèi)的不同，主要分為脈沖閃光式太陽(yáng)模擬器和穩(wěn)態(tài)太陽(yáng)模擬 器.脈沖閃光式太陽(yáng)模擬器主要用于量產(chǎn)電池片和組件的電性能測(cè)試,在使用過(guò)程中還需要 配以I-V測(cè)試系統(tǒng)（包括電子負(fù)載、數(shù)據(jù)采集處理和控制儀器等兒可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電池/組件 的 Pmax, Imax, Vmax,Isc,Voc,FF,Eff, Rs, Rsh以及 I-V 曲線(xiàn)等測(cè)試.穩(wěn)態(tài)模擬器主要用于太陽(yáng)電池單片電性能測(cè)試和太陽(yáng)電池組件光老練試

2、驗(yàn)和熱 斑耐久試驗(yàn)，通過(guò)在一定輻射總量條件下的照射，可對(duì)被測(cè)電池/組件在實(shí)際使用中的 穩(wěn)定性做出評(píng)估，并以此為依據(jù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，向用戶(hù)提供穩(wěn)定的光伏產(chǎn)品.太陽(yáng)模擬器的測(cè)試結(jié)果，不僅能夠從一定程度上反應(yīng)出電池的性能，也關(guān)系到電池最 后出廠的等級(jí)，價(jià)格和使用過(guò)程中的穩(wěn)定性.因此，一臺(tái)可靠的太陽(yáng)模擬器，不僅對(duì)生產(chǎn) 工藝有參考意義，更關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)和制造廠商的利潤(rùn)和信譽(yù).生產(chǎn)出來(lái)的電池/組件在市場(chǎng)上銷(xiāo)售時(shí)，會(huì)根據(jù)電池 /組件的峰瓦值來(lái)確定電池/ 組件的市場(chǎng)流通價(jià)值。但是，光伏電池/組件的電輸出因照射光的強(qiáng)度、光譜（不同經(jīng) 度和緯度的陽(yáng)光照射下輸出的電性能皆有差異）的不同電輸出會(huì)有很大差異；此外， 光

3、伏電池/組件的電性能輸出也會(huì)隨著溫度的變化而變化。為了規(guī)范市場(chǎng)，減少商品 流通中的爭(zhēng)議，特?cái)M定了 IEC60904的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)市場(chǎng)上流通的光伏電池/組件的瓦數(shù)在 何種測(cè)試條件下做了明確規(guī)定，即在 AM1.5、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)下，25攝氏度的條 件下（簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)條件STC）測(cè)試出來(lái)的瓦數(shù)為國(guó)際都認(rèn)可的數(shù)值。于是，為了適應(yīng)市 場(chǎng)需求，提供標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光的設(shè)備應(yīng)用而生-太陽(yáng)模擬器。IEC60904的標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)對(duì)模擬器的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做了嚴(yán)格的定義。如何來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)太陽(yáng)模擬器的品質(zhì)和等級(jí)呢？二太陽(yáng)模擬器的等級(jí)IEC 60904-9對(duì)用于地面光伏電池測(cè)試的太陽(yáng)模擬器給出了相應(yīng)的要求，并就等級(jí)劃分, 評(píng)定方式和計(jì)算方法均給

4、出了詳細(xì)的說(shuō)明.總輻照度模擬器必須能夠在測(cè)試平面上達(dá)到 1000W/m 2的標(biāo)準(zhǔn)輻照度（用標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)定）, 并根據(jù)需要可對(duì)輻照度在標(biāo)準(zhǔn)輻照度值上下進(jìn)行一定的調(diào)節(jié).光譜匹配模擬器光譜輻照度分布應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布匹配 .在400nm到1100nm波段 范圍內(nèi)，等級(jí)A的匹配度在0.751.25,等級(jí)B的匹配度在0.61.4,等級(jí)C的匹配度在 0.42.0不均勻度在測(cè)試平面上，指定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的輻照度應(yīng)該達(dá)到一定的均勻度，輻照度用合適的 探測(cè)器量測(cè).等級(jí)A的輻照不均勻度=+/-2%,等級(jí)B的輻照不均勻度=+/-5%,等級(jí)C 的輻照不均勻度=+/-10%.探測(cè)器的尺寸應(yīng)是以下兩個(gè)中較小的1、有效輻照面

5、積的1/642、400cm2.不均勻度=+/-（最大幅照度-最小輻照度）/（最大幅照度+最小輻照度）*100%其中，最大輻照度和最小輻照度是指在指定范圍內(nèi)探測(cè)器在任意指定點(diǎn)的測(cè)量值.探測(cè)器可用尺寸合適的參考電池替代，并用參考電池的短路電流Isc作為參考數(shù) 據(jù)，并以此衡量輻照度的強(qiáng)弱.輻照不穩(wěn)定度輻照穩(wěn)定度分為長(zhǎng)時(shí)輻照不穩(wěn)定度（Long Term Instability或LTI）和短時(shí)輻照不 穩(wěn)定度（Short Term Instability 或 STI）.LTI指在整個(gè)數(shù)據(jù)采集期間輻照度的不穩(wěn)定度.等級(jí)A的不穩(wěn)定度在=+/-2%,等 級(jí)B的不穩(wěn)定度在=+/-5%,等級(jí)C的不穩(wěn)定度在=+/-1

6、0%.STI指在某組數(shù)據(jù)（一組數(shù)據(jù)包括電壓，電流和輻照度）采集期間輻照度的不穩(wěn)定情 況.等級(jí)A的不穩(wěn)定度在=+/-0.5%,等級(jí)B的不穩(wěn)定度在=+/-2%,等級(jí)C的不穩(wěn)定 度在=+/-10%.如果每組數(shù)據(jù)的電壓，電流和輻照度同步采集，則不存在采集期間輻照 度的波動(dòng),這種情況下默認(rèn)為STI為A級(jí).輻照不穩(wěn)定度=+/-（最大幅照度-最小輻照度）/（最大幅照度+最小輻照度）*100% 其中，最大輻照度和最小輻照度是數(shù)據(jù)采集期間在測(cè)試平面內(nèi)探測(cè)器在任意指定 點(diǎn)的測(cè)量值.5、脈沖寬度：脈沖光太陽(yáng)模擬器有脈沖寬度指標(biāo)，該指標(biāo)有兩重意義，一是描述脈沖模擬器發(fā) 出的穩(wěn)定的脈沖光時(shí)間寬度，二是描述脈沖模擬器發(fā)出

7、的整個(gè)脈沖光的時(shí)間寬度，例 如一個(gè)模擬器的整個(gè)脈沖光寬度是120ms，其中穩(wěn)定的脈沖光寬度是100ms，我們一般稱(chēng)該模擬器的脈沖寬度是100ms太陽(yáng)模擬器光源等級(jí)對(duì)測(cè)試的影響光伏行業(yè)發(fā)展初期，晶體硅電池和組件達(dá)到批量化生產(chǎn)時(shí)，BAA級(jí)的模擬器被行業(yè)普 遍使用，但隨著行業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是現(xiàn)在各種不同技術(shù)類(lèi)型和不同規(guī)格的 光伏電池/組件的產(chǎn)品的涌現(xiàn)，其B級(jí)光譜的限制性和對(duì)多標(biāo)準(zhǔn)板的要求以及測(cè)試誤差的過(guò) 大，對(duì)AAA級(jí)的模擬器成為行業(yè)的必然需求，即A （光譜等級(jí)）A （輻照不均勻度等級(jí)）A （輻照不穩(wěn)定性等級(jí)，通常指LTI）。光譜對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響不同基材的電池光譜響應(yīng)差別很大。實(shí)際上，

8、即使基材相同的電池在生產(chǎn)過(guò)程中由于晶體生 長(zhǎng)或其它條件和工藝等的差異，也會(huì)導(dǎo)致光譜響應(yīng)的差異.由于無(wú)法保證校準(zhǔn)設(shè)備時(shí)使用的 標(biāo)準(zhǔn)電池和其它被測(cè)電池的絕對(duì)一致性，因此如果要得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果，就需要高等級(jí)光 譜的太陽(yáng)模擬器.光強(qiáng)均勻性對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響晶體硅太陽(yáng)電池組件中單體電池之間焊接不良及同串單體電池IV特性不匹配等因素會(huì) 導(dǎo)致輸出功率降低。在工業(yè)上，為了防止由以上原因造成的熱斑效應(yīng)和功率消耗，在組件制 造時(shí)一般都會(huì)在每十幾片串聯(lián)的電池片兩端并上旁路二極管。這樣做雖可降低組件的熱斑效 應(yīng)，但同時(shí)也可能會(huì)使組件的IV特性曲線(xiàn)出現(xiàn)畸變。造成熱斑效應(yīng)的原因有很多，其中兩個(gè) 主要的原因是：一是電池組件

9、本身工藝或品質(zhì)造成的單體電池IV特性不匹配,二是遮蓋等外 界原因造成的組件受光不均勻.因此,一個(gè)光強(qiáng)均勻性良好的太陽(yáng)模擬器，可以通過(guò)測(cè)試從一定程度上反映出太陽(yáng)電池 組件的單體電池IV特性不匹配的問(wèn)題.模擬器的光均勻性還會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的FF，如果模擬器的光均勻度不好，一般情況下， 測(cè)試IV曲線(xiàn)的FF就會(huì)比實(shí)際值偏小。輻照不穩(wěn)定度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響輻照穩(wěn)定度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響是很容易理解的.，模擬器輻照不穩(wěn)定，就必然會(huì)造成測(cè) 試結(jié)果不穩(wěn)定，輻照穩(wěn)定度保證了所測(cè)試的I-V特性是在同一條件下量測(cè)的，為數(shù)據(jù)的可參 考性提供了前提.不同電池材料對(duì)太陽(yáng)模擬器脈沖寬度的要求太陽(yáng)電池的基材種類(lèi)眾多,目前技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

10、的有晶體硅電池/組件如單晶硅電池組件和 多晶硅電池組件，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的還有薄膜電池，這包括非晶硅電池、CIGS電池、GaAs電池、 CdTe電池，其中非晶硅電池有分為單結(jié)非晶硅電池、雙結(jié)非晶硅電池、多結(jié)非晶硅電池。 除此之外有機(jī)染料敏化電池有實(shí)驗(yàn)性的量產(chǎn)，處于實(shí)驗(yàn)室階段的是第三代太陽(yáng)電池如量子阱 太陽(yáng)電池，不同材料制成的太陽(yáng)電池對(duì)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)程度有著很大的差別，比如說(shuō)一般晶 體硅的電池組件光譜相應(yīng)主要集中在(400nm-1100nm)；而單結(jié)非晶硅電池組件的光譜響 應(yīng)卻是(400nm-900nm)。除了光譜相應(yīng)的差異很大外，不同材質(zhì)的電池對(duì)光的響應(yīng)靈敏度 也有很大差別。如傳統(tǒng)的晶體硅電池組件

11、的響應(yīng)速度快，脈沖模擬器脈沖寬度有2ms就足 夠克服測(cè)試時(shí)晶體硅電池的電容效應(yīng)，但是薄膜電池如非晶硅電池測(cè)試所需要的脈沖模擬器 的脈沖寬度要在60ms以上，.太陽(yáng)模擬器的脈沖寬度只有達(dá)到一定寬度，足以克服測(cè)試時(shí) 被測(cè)電池的電容效應(yīng)，測(cè)試的結(jié)果才可信.，因此，對(duì)于閃光脈沖式的模擬器來(lái)講,閃光脈沖的時(shí) 間寬度，尤其是穩(wěn)定光持續(xù)的脈沖寬度也是太陽(yáng)模擬器的一個(gè)重要指標(biāo).以下舉晶體硅電池和硅基薄膜電池的測(cè)試對(duì)比做定性說(shuō)明.晶體硅電池和薄膜電池在結(jié)構(gòu)和材料上有較大的區(qū)別，從電池測(cè)試的角度考慮，兩者對(duì) 光照的響應(yīng)速度存在較大的差異，同樣的脈沖模擬器測(cè)試時(shí)等效電容效應(yīng)就有差異。晶體硅 電池的電容效應(yīng)可以從它的交流電模型中得到解釋釋(如圖1)，它的時(shí)間常數(shù)一般是在微 秒量級(jí)。圖1中CD、CT分別是擴(kuò)散電容和渡越區(qū)電容。圖1晶體硅電池交