太陽模擬器的常識介紹 中文

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

2、,通過在一定輻射總量條件下的照射,可對被測電池/組件在實際使用中的穩(wěn)定性做出評估,并以此為依據(jù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝,向用戶提供穩(wěn)定的光伏產(chǎn)品.太陽模擬器的測試結(jié)果,不僅能夠從一定程度上反響出電池的性能,也關(guān)系到電池最后出廠的等級,價格和使用過程中的穩(wěn)定性.因此,一臺可靠的太陽模擬器,不僅對生產(chǎn)工藝有參考意義,更關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)和制造廠商的利潤和信譽(yù).生產(chǎn)出來的電池/組件在市場上銷售時，會根據(jù)電池/組件的峰瓦值來確定電池/組件的市場流通價值。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)度和緯度的陽光照射下輸出的電性能皆有差異)的不同電輸出會有很大差異；此外，光伏電池/組件的電性能輸出也會隨著

3、溫度的變化而變化。為了標(biāo)準(zhǔn)市場，減少商品流通中的爭議，特擬定了IEC60904的標(biāo)準(zhǔn)，對市場上流通的光伏電池/組件的瓦數(shù)在何種測試條件下做了明確規(guī)定，即在AM1.5、一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下，25攝氏度的條件下簡稱標(biāo)準(zhǔn)條件STC測試出來的瓦數(shù)為國際都認(rèn)可的數(shù)值。于是，為了適應(yīng)市場需求，提供標(biāo)準(zhǔn)太陽光的設(shè)備應(yīng)用而生-太陽模擬器。IEC60904 的標(biāo)準(zhǔn)同時對模擬器的評價標(biāo)準(zhǔn)做了嚴(yán)格的定義。如何來評價一個太陽模擬器的品質(zhì)和等級呢？二太陽模擬器的等級IEC 60904-9對用于地面光伏電池測試的太陽模擬器給出了相應(yīng)的要求,并就等級劃分,評定方式和計算方法均給出了詳細(xì)的說明.1.總輻照度模擬器必須能夠在測試

4、平面上到達(dá)1000W/m2的標(biāo)準(zhǔn)輻照度(用標(biāo)準(zhǔn)電池標(biāo)定),并根據(jù)需要可對輻照度在標(biāo)準(zhǔn)輻照度值上下進(jìn)展一定的調(diào)節(jié).2.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A的匹配度在0.751.25,等級B的匹配度在0.61.4,等級C的匹配度在0.42.03.不均勻度在測試平面上,指定測試區(qū)域內(nèi)的輻照度應(yīng)該到達(dá)一定的均勻度,輻照度用適宜的探測器量測.等級A的輻照不均勻度=+/-2%,等級B的輻照不均勻度=+/-5%,等級C的輻照不均勻度=+/-10%.探測器的尺寸應(yīng)是以下兩個中較小的1、有效輻照面積的1/642、3、400cm2.4、不均勻度=+/

5、-(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)探測器在任意指定點的測量值.探測器可用尺寸適宜的參考電池替代,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.4.輻照不穩(wěn)定度輻照穩(wěn)定度分為長時輻照不穩(wěn)定度(Long Term Instability或LTI)和短時輻照不穩(wěn)定度(Short Term Instability或STI).LTI指在整個數(shù)據(jù)采集期間輻照度的不穩(wěn)定度.等級A的不穩(wěn)定度在=+/-2%,等級B的不穩(wěn)定度在=+/-5%,等級C的不穩(wěn)定度在=+/-10%.STI指在某組數(shù)據(jù)(一組數(shù)據(jù)包括電壓,電流和

6、輻照度)采集期間輻照度的不穩(wěn)定情況. 等級A的不穩(wěn)定度在=+/-0.5%,等級B的不穩(wěn)定度在=+/-2%,等級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,那么不存在采集期間輻照度的波動,這種情況下默認(rèn)為STI為A級.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)采集期間在測試平面內(nèi)探測器在任意指定點的測量值.5、脈沖寬度：脈沖光太陽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)定的脈沖光時間寬度，二是描述脈沖模擬器發(fā)出的整個脈沖光的時間寬度，例如一個模擬器的整個脈沖光寬度是1

7、20ms，其中穩(wěn)定的脈沖光寬度是100ms，我們一般稱該模擬器的脈沖寬度是100ms三. 太陽模擬器光源等級對測試的影響光伏行業(yè)開展初期，晶體硅電池和組件到達(dá)批量化生產(chǎn)時，BAA級的模擬器被行業(yè)普遍使用，但隨著行業(yè)的開展和科學(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級光譜的限制性和對多標(biāo)準(zhǔn)板的要求以及測試誤差的過大，對AAA級的模擬器成為行業(yè)的必然需求，即A光譜等級A輻照不均勻度等級A輻照不穩(wěn)定性等級，通常指LTI。1.光譜對測試結(jié)果的影響不同基材的電池光譜響應(yīng)差異很大。實際上,即使基材一樣的電池在生產(chǎn)過程中由于晶體生長或其它條件和工藝等的差異,也會導(dǎo)

8、致光譜響應(yīng)的差異.由于無法保證校準(zhǔn)設(shè)備時使用的標(biāo)準(zhǔn)電池和其它被測電池的絕對一致性,因此如果要得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果,就需要高等級光譜的太陽模擬器.2.光強(qiáng)均勻性對測試結(jié)果的影響晶體硅太陽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，在組件制造時一般都會在每十幾片串聯(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)，但同時也可能會使組件的IV特性曲線出現(xiàn)畸變。造成熱斑效應(yīng)的原因有很多，其中兩個主要的原因是：一是電池組件本身工藝或品質(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.

9、因此,一個光強(qiáng)均勻性良好的太陽模擬器,可以通過測試從一定程度上反映出太陽電池組件的單體電池IV特性不匹配的問題.模擬器的光均勻性還會影響測試結(jié)果的FF，如果模擬器的光均勻度不好，一般情況下，測試IV曲線的FF就會比實際值偏小。3.輻照不穩(wěn)定度對測試結(jié)果的影響輻照穩(wěn)定度對測試結(jié)果的影響是很容易理解的.，模擬器輻照不穩(wěn)定，就必然會造成測試結(jié)果不穩(wěn)定，輻照穩(wěn)定度保證了所測試的I-V特性是在同一條件下量測的,為數(shù)據(jù)的可參考性提供了前提.四. 不同電池材料對太陽模擬器脈沖寬度的要求太陽電池的基材種類眾多,目前技術(shù)實現(xiàn)量產(chǎn)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，實現(xiàn)量產(chǎn)的還有薄膜電池，這包括

10、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)染料敏化電池有實驗性的量產(chǎn)，處于實驗室階段的是第三代太陽電池如量子阱太陽電池，不同材料制成的太陽電池對標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜的響應(yīng)程度有著很大的差異，比方說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)的電池對光的響應(yīng)靈敏度也有很大差異。如傳統(tǒng)的晶體硅電池組件的響應(yīng)速度快，脈沖模擬器脈沖寬度有2ms就足夠抑制測試時晶體硅電池的電容效應(yīng)，但是薄膜電池如非晶硅電池測

11、試所需要的脈沖模擬器的脈沖寬度要在60ms以上，.太陽模擬器的脈沖寬度只有到達(dá)一定寬度，足以抑制測試時被測電池的電容效應(yīng),測試的結(jié)果才可信.,因此,對于閃光脈沖式的模擬器來講,閃光脈沖的時間寬度,尤其是穩(wěn)定光持續(xù)的脈沖寬度也是太陽模擬器的一個重要指標(biāo).以下舉晶體硅電池和硅基薄膜電池的測試比照做定性說明.晶體硅電池和薄膜電池在構(gòu)造和材料上有較大的區(qū)別，從電池測試的角度考慮，兩者對光照的響應(yīng)速度存在較大的差異，同樣的脈沖模擬器測試時等效電容效應(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，它的時間常數(shù)一般是在微秒量級。圖1中CD、CT分別是擴(kuò)散電容和渡越區(qū)電容。圖1 晶體

12、硅電池交流模型而薄膜太陽電池的電容效應(yīng)那么比較突出，其時間常數(shù)一般在毫秒量級甚至更大量級。對硅基薄膜的研究顯示：其時間響應(yīng)常數(shù)到達(dá)幾十毫秒。如圖2與圖3所示：圖2 硅基薄膜電池的交流模型與時間響應(yīng)3與晶體硅電池相比，薄膜電池還存在著明顯的光致衰減現(xiàn)象，對非晶硅薄膜電池在AM1.5條件下的光致衰減情況被展示在圖3中：圖3 非晶硅薄膜電池的光致衰減情況5因此，在薄膜電池測試前，需預(yù)先將待測電池經(jīng)過一段時間的光老練實驗使其性能趨于穩(wěn)定，然后用持續(xù)時間大于60ms穩(wěn)定模擬光的光源進(jìn)展測試。如果此條件不能滿足，就很難抑制薄膜電池的結(jié)電容效應(yīng)。而通過2次或者屢次閃光補(bǔ)償?shù)姆绞?，雖然也可以模擬出I-V曲線，實際上，模擬出的I-V曲線和實際的I-V曲線有較大的偏差。圖4不同光脈沖光寬度時屢次閃光下的薄膜電池測試結(jié)果比較7圖5三種不同模擬光下的薄膜電池測試結(jié)果比較7對于有機(jī)染料敏化電池,目前多處于實驗階段,電池的面積和電流密度均比較小,電池的轉(zhuǎn)換效率較低,在測試的時候一般的脈沖模擬器無法滿足需求,需要使用穩(wěn)態(tài)的太陽模擬器以使其能產(chǎn)生持續(xù)的電流,并配備高精度的數(shù)字源表進(jìn)展量測.五XX赫爽的太陽模擬器簡介1、模擬光譜和脈沖寬度氙燈是目前的光譜最接近太陽光譜的人造光源。氙燈內(nèi)的高壓氙氣只有充分電離，放電產(chǎn)生的光才與太陽光有較高的匹配度，要讓氙氣充分電離就必須讓氙氣放電時處于高電壓大電流的狀態(tài)，這