太陽模擬器校準(zhǔn)規(guī)范

1太陽模擬器校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于太陽光伏和其他相關(guān)行業(yè)用穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)太陽模擬器的性能校準(zhǔn)。IEC60904-9:2007《光伏器件第9部分：太陽模擬器性能要求》(Photovoltaicdevices—Part9:Solarsimulatorperformancerequirements)凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。以下術(shù)語和定義適用于本校準(zhǔn)規(guī)范3.1AMO條件AM0condition標(biāo)定和測試空間用(AM=0,即地球的大氣層外，大氣質(zhì)量為0,未受到大氣層的反射和吸收)太陽電池所規(guī)定的太陽輻照度和光譜輻照度分布。標(biāo)定和測試地面用(AM=1.5,即太陽光通過大氣的實(shí)際距離為大氣垂直厚度的1.5倍，對應(yīng)的天頂角約為48°)太陽電池所規(guī)定的太陽輻照度和光譜輻照度分布。太陽模擬器光源的光譜相對于標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜輻照度的匹配程度。在整個有效工作區(qū)域內(nèi)，太陽模擬器的輻照度最大值(Em)和最小值(Em)之間的相對偏差。輻照度不均勻度=(Emx—Emin)/(Emx+Emi)×100%。3.5輻照度不穩(wěn)定度irradianceinstabi有效輻照面內(nèi)任意給定位置上，在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，太陽模擬器的輻照度最大值輻照度不穩(wěn)定度=(Emx—Emin)/(Emx+Emin)×100%太陽模擬器是模擬自然太陽光譜和輻照度的一種光源設(shè)備，通常由光源和電源、光學(xué)部件和濾光片、以及控制操作系統(tǒng)組成，如圖1所示。依據(jù)IEC60904-9:2007,衡量太陽模擬器優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)主要包括三個方面：光譜匹配特性(與AM0或AM1.5G太陽光譜輻照度分布作比較),輻照度不均勻度和輻照度不穩(wěn)定度。25.1太陽模擬器光譜輻照度：光譜匹配度，即與AM0或者AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度對比，偏離范圍在[0.75,1.25],則為A級；(0.6,0.75)或者(1.25,1.4],則為B級；(0.4,0.6)或者(1.4,2.0],則為C級。5.2太陽模擬器輻照度不均勻度：小于或等于2%,則為A級；(2%,5%)為B級；a)短期不穩(wěn)定度：小于或等于0.5%,則為A級；(0.5%,2%)為B級；(2%,b)長期不穩(wěn)定度：小于或等于2%,則為A級；(2%,5%)為B級；(5%,6.1.1溫度：校準(zhǔn)過程中溫度變化范圍為23℃±5℃;6.1.2相對濕度：≤80%RH;6.1.3電源電壓：交流電源[220(1±10%)]V;6.1.4其他條件：環(huán)境清潔通風(fēng)，無影響儀器正常工作的電磁場、機(jī)械振動，光學(xué)暗校準(zhǔn)用計(jì)量器具和測量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)經(jīng)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定合格或校準(zhǔn)，并在有效期要求能夠采集響應(yīng)速度為ms量級的光輻射。工作波長范圍需覆蓋300nm～1100nm,6.2.2檢測器：用于測量太陽模擬器的輻照度，測量過程中穩(wěn)定性優(yōu)于±0.2%,溫度3系數(shù)小于0.1%/℃,可采用硅探測器或單晶硅太陽電池片。6.2.3I-V轉(zhuǎn)換器：用于將太陽電池片在太陽模擬器輻射下產(chǎn)生的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，轉(zhuǎn)換器的負(fù)載阻值大小與短路電流的乘積應(yīng)小于開路電壓值的3%,并滿足響6.2.4數(shù)據(jù)采集卡或數(shù)字電壓表：用于采集在太陽模擬器的輻射下檢測器所產(chǎn)生的信號，準(zhǔn)確度等級為0.01級，并可滿足響應(yīng)時間要求。6.2.5校準(zhǔn)結(jié)果需要給出對應(yīng)校準(zhǔn)不確定度，評定方式參考附錄C。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)前檢查7.1.1核對檢查被校太陽模擬器的名稱、規(guī)格型號、生產(chǎn)廠商、出廠編號等。7.1.2確認(rèn)被校太陽模擬器的正常工作狀態(tài)，有效工作面積以及周圍環(huán)境狀況等。7.2校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目包括光譜匹配特性(與AM0或AM1.5G太陽光譜輻照度分布作比較)、輻照度不均勻度、輻照度不穩(wěn)定度三項(xiàng)指標(biāo)。7.2.1光譜匹配度校準(zhǔn)7.2.1.1用光譜輻照度計(jì)，測試太陽模擬器輸出的光譜輻照度分布，在有效波段范圍內(nèi)(AM0為300nm～1100nm,AM1.5G為400nm～1100nm)計(jì)算其積分輻照度。7.2.1.2計(jì)算各波長間隔內(nèi)的光譜輻照度分布(即占積分輻照度的百分比),與表1中標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布(AM0或AM1.5G)的百分比之比值為光譜匹配度。占有效波段內(nèi)積分輻照度的百分比/%AM0條件(有效波段300nm~AM1.5G條件(有效波段400nm~7.2.1.3將各波段的比值與表2中數(shù)值范圍進(jìn)行比較，由最差的光譜匹配度等級確定太陽模擬器的光譜匹配級別。4表2光譜匹配等級劃分等級光譜匹配特性(與表1中AM0或AM1.5G條件下百分比的偏離范圍AB(0.6,0.75)或者(1.25,1.4]C(0.4,0.6)或者(1.4,2.0]本規(guī)范所采用校準(zhǔn)方法的原理是：根據(jù)檢測器短路電流與輻照度成正比的關(guān)系，用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集太陽模擬器輻射下檢測器的短路電流經(jīng)I-V采集輻照度。輻照度不均勻度的校準(zhǔn)典型裝置示意圖如圖2所示，其中作為檢測器的硅硅電池?cái)?shù)據(jù)采集卡同軸電纜圖2輻照度不均勻度和不穩(wěn)定度校準(zhǔn)裝置示意圖(1)將太陽模擬器的工作面均等劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域的有效受光面積不得大于400cm2,區(qū)域的個數(shù)由太陽模擬器總的有效工作面積所決定，一般不少于64個。(2)對于穩(wěn)態(tài)太陽模擬器，用檢測器沿著工作面內(nèi)選定的方向移動，采集其在每個(3)對于瞬態(tài)太陽模擬器，其檢測器移動測量過程同穩(wěn)態(tài)太陽模擬器，由于單次閃光脈沖檢測器只能測量到一個區(qū)域的輻照度，因此整個測量過程需要多次閃光脈沖才可完成。為避免多次閃光脈沖重復(fù)性影響不均勻度校準(zhǔn)，需要放置另一檢測器于有效工作面的固定位置，以監(jiān)視多次閃光脈沖的變化。(4)在整個有效工作面各測試區(qū)域內(nèi)，找出檢測器信號的最大值(Vm)和最小值(Vmin),對最大值和最小值位置進(jìn)行復(fù)測，以確定是否因偶然因素導(dǎo)致誤判。然后根據(jù)公式(1)進(jìn)行不均勻度計(jì)算：不均勻度%=(Emx-Emm)/(Emx+Emi)×100%=(Vmax—Vmm)/(Vmax+Vmi)×100%(5)對比表3中等級劃分的數(shù)值，得出太陽模擬器輻照不均勻度的等級5表3太陽模擬器輻照度不均勻度和不穩(wěn)定度的等級劃分范圍等級%%短期不穩(wěn)定度長期不穩(wěn)定度A22B525C7.2.3.1校準(zhǔn)原理和裝置示意圖(1)將檢測器放置在有效工作面內(nèi)任意固定位置。(2)太陽模擬器的短期不穩(wěn)定度測量：a)如果I-V測試用太陽模擬器可同時采集輻照度、電壓和電流信號，則無需進(jìn)行測量，即可判定其短期不穩(wěn)定度為A級；b)如果I-V測試用太陽模擬器是非同時采集輻照度、電壓和電流信號，分別測量I-V曲線上每個數(shù)據(jù)所對應(yīng)的上述三個信號采集時間間隔內(nèi)檢測器信號的變化，取其中(3)瞬態(tài)太陽模擬器的長期不穩(wěn)定度測量：a)對于長脈沖太陽模擬器，其長期不穩(wěn)定度是指在單個脈沖數(shù)據(jù)采集時間內(nèi)的輻照度變化，如圖3。將檢測器置于有效工作面內(nèi)選定位置，并確定脈沖數(shù)據(jù)采樣時間范圖3長脈沖太陽模擬器數(shù)據(jù)采集示意圖b)對于短脈沖太陽模擬器，其長期不穩(wěn)定度是指在測試整條I-V曲線過程中所需的多個單脈沖中數(shù)據(jù)采樣時間內(nèi)的最大輻照度變化，如圖4。方法同a)6(4)穩(wěn)態(tài)太陽模擬器的長期不穩(wěn)定度測量將檢測器置于有效工作面內(nèi)選定位置，在一定總時間內(nèi)，根據(jù)設(shè)備要求每隔固定時間測量檢測器信號。(5)在整個測量過程中，找出檢測器信號的最大值和最小值，按照公式(2)進(jìn)行(6)對比表3中等級劃分的范圍，得出太陽模擬器輻照度不穩(wěn)定度的等級。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書上反映。校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標(biāo)識；g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱及代號；j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及其有效性說明k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述；l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；m)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明；n)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識；o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校太陽電池有效的聲明p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書的聲明。7具體參照附錄A,格式上可依據(jù)實(shí)際情況做合理改動。被校太陽模擬器的光譜輻照度分布、輻照度不均勻度和不穩(wěn)定度校準(zhǔn)過程中采集的數(shù)據(jù)應(yīng)記入校準(zhǔn)原始記錄，按附錄B的格式給出。9復(fù)校時間間隔復(fù)校時間間隔建議為1年。由于復(fù)校時間間隔的長短是由太陽模擬器的使用情況、使用者及其本身質(zhì)量等諸因素所決定的，送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定是否縮8校準(zhǔn)結(jié)果內(nèi)頁推薦格式1.太陽模擬器光源與AM0或者AM1.5G光譜匹配度(以AM1.5G為例)如下圖1太陽模擬器與AM1.5G光譜輻照度分布圖序號波段內(nèi)積分輻照度的百分比/%內(nèi)積分輻照度的百分比/%光譜匹配度1234569圖2不均勻度校準(zhǔn)區(qū)域劃分示意圖12345ABCDEFG6789ABCDEFG不均勻度/%=(Vmx-Vmin)/(校準(zhǔn)設(shè)備如果太陽模擬器可同時采集輻照度、電壓和電流信號，則短期不穩(wěn)定度判定為如果太陽模擬器是非同時采集輻照度、電壓和電流信號，則短期不穩(wěn)定度=(Vmx—Vmin)/(Vmx+Vmin)×100%。其長期不穩(wěn)定度/%=(Vmx-Vmn)/(Vmax+Vmin)×100%。其中Vmx=mV;結(jié)論：太陽模擬器等級為等級光譜匹配度在400～500nm范圍內(nèi)()在500～600nm范圍內(nèi)()在600～700nm范圍內(nèi)()在700～800nm范圍內(nèi)()在800～900nm范圍內(nèi)()在900～1100nm范圍內(nèi)()不均勻度()短期不穩(wěn)定度()長期不穩(wěn)定度()等級()等級()等級()附錄B校準(zhǔn)原始記錄內(nèi)頁推薦格式太陽模擬器性能校準(zhǔn)記錄型號規(guī)格出廠編號生產(chǎn)廠家計(jì)量器具證書號濕度：校準(zhǔn)員：核驗(yàn)員：校準(zhǔn)日期年月日序號太陽模擬器有效波段內(nèi)光譜匹配度23456B.2.2輻照度不均勻度校準(zhǔn)記錄整個有效工作面內(nèi)，表示各對應(yīng)位置檢測器信號的數(shù)據(jù)(以指定測試規(guī)格7×10為例)如下。12345ABCDEFG6789ABCDEFGB.2.3輻照度不穩(wěn)定度校準(zhǔn)附錄C校準(zhǔn)不確定度評定示例C.1太陽模擬器光譜匹配度校準(zhǔn)不確定度的評定C.1.1由光譜輻照度計(jì)校準(zhǔn)引入的不確定度u?通過改變光譜輻照度計(jì)探頭角度，確定由余弦修正帶來的誤差。角度偏差15°以波長范圍比值%比值%比值%同等條件下重復(fù)測量同一太陽模擬器的光譜輻照度分布，其測量偏差如表C.2所示，不確定度u?=0.6%。波長范圍比值/%比值/%比值/%比值/%比值/%0C.1.4溫度偏差引起的不確定度u?在10℃、25℃和30℃條件下分別測量同一太陽模擬器的光譜輻照度分布(M1、M2、M3),其測量偏差如表C.3所示，不確定度u?=0.6%。C.1.5太陽模擬器光譜匹配度(SM)校準(zhǔn)的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：uc(SM)=√uì+ui+u+ul相對擴(kuò)展不確定度為：波長400nm～1100nm,Ug(SM)=2u。(SM)=6.4%(k=2)。C.2太陽模擬器輻照度不均勻度校準(zhǔn)不確定度評定C.2.1檢測器不穩(wěn)定度引入的不確定度us將檢測器放置于高穩(wěn)定度光源下，穩(wěn)定30min后，測量其輸出信號，不穩(wěn)定度數(shù)據(jù)如圖C.1所示。Imax=0.02471A,Imin=0.0246檢測器不穩(wěn)定度計(jì)算如下：不穩(wěn)定度us=(Imax—Imim)/(Imax+Imin)×100%=0.06%C.2.2位置重復(fù)性引起的不確定度us由于劃分區(qū)域與檢測器幾何尺寸不一致，因放置位置不同引入的不確定度C.2.3太陽模擬器重復(fù)性引起的不確定度u?以某一瞬態(tài)太陽模擬器為例，在30min內(nèi)，同一區(qū)域重復(fù)測量，其輻照度的重復(fù)性引入的不確定度u?=0.8%。C.2.4儀器讀數(shù)有效位數(shù)引起的不確定度ug使用的采集系統(tǒng)測量電壓信號，最低擋位為200mV,分辨力為16bit,1/216=1.5×10-5。由此引起的不確定度可忽略不計(jì)。C.2.5太陽模擬器輻照度不均勻度(NU)校準(zhǔn)的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ue(NU)=√u}+ui+uì+u(C.2)擴(kuò)展不確定度為：Ur(NU)=2uc(NU)=2%(k=