Калибровка PV: как откалибровать солнечный симулятор

Краткий ответ: Калибровка солнечного имитатора — это то, что делает каждый рейтинг модуля, производимого вашей линией, прослеживаемым. Калибровка задаёт облучённость и спектр имитатора относительно эталонного устройства, так что измерение при 1000 Вт/м2 и 25 °C означает на вашей линии то же самое, что и в сертификационной лаборатории. Процедура следует IEC 60904 и включает эталонную ячейку или модуль с известной калибровкой, измеряемые под имитатором и сравниваемые с их заявленным значением. Ключевые требования — стабильная облучённость по всей плоскости испытаний, спектр, соответствующий эталону, и контролируемая температура. Типичные рабочие значения включают эталонное устройство, калиброванное в диапазоне от 200 Вт до 500 Вт, и измерения тока примерно до 1 А. Имитатор, вышедший из калибровки, не отказывает громко; он молча занижает или завышает рейтинги модулей, поэтому интервал калибровки является пунктом соответствия.

Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech

Введение: Почему Солнечный симулятор калибровка важна

При тестировании фотоэлектрических модулей надежные измерения начинаются с одного: правильно откалиброванного солнечного симулятора. Если выходная мощность симулятора не контролируется точно, измеренные мощность, ток и КПД модуля могут отклоняться от истинных значений. На рынке, где модули мощностью 500 Вт и выше уже распространены, даже ошибка в 0,5% может иметь коммерческое значение.

Солнечный симулятор — это устройство, предназначенное для воспроизведения солнечного света в контролируемых лабораторных условиях. Он широко используется для тестирования характеристик фотоэлектрических модулей, особенно в условиях STC (стандартных тестовых условий). Простыми словами, это основной источник света для профессиональных электрических испытаний фотоэлектрических модулей.

Рисунок 1 Солнечный симулятор класса A+ A+ A+

Источник изображения: Интернет

Калибровка облученности в условиях STC

Для большинства лабораторных калибровочных работ первой целью является облученность. В условиях STC симулятор должен быть настроен на 1000 Вт/м² со спектром AM1.5G и температурой элемента 25°C.

В фотоэлектрической отрасли элемент WPVS обычно используется в качестве первичного эталонного устройства. Квалифицированные метрологические институты, такие как PTB или NREL, предоставляют калиброванный ток короткого замыкания (Isc) элемента WPVS при облученности AM1.5G и 1000 Вт/м². Это калибровочное значение прослеживается до Международной системы единиц, и его неопределенность может составлять всего около 0,5%.

Благодаря этой прослеживаемости и стабильности элемент WPVS часто используется для передачи калибровочного значения с низкой неопределенностью вторичным эталонным устройствам.

Однако калибровка солнечного симулятора на уровне модуля не сводится только к установке одного числа в программном обеспечении. Тестовая область большая, часто около 2,6 м × 1,5 м или даже 3 м × 2 м. Перед окончательной регулировкой облученности следует измерить распределение облученности по тестовой плоскости по точкам. Согласно IEC 60904-9, зона неравномерности теста должна покрывать не менее 80% тестовой площади симулятора. После этого можно рассчитать среднюю облученность всей тестовой плоскости и использовать её в качестве основы для калибровки.

Рисунок 2 WPVS элемент

Источник изображения: Интернет

Мониторинг эталонного элемента WPVS: Небольшие ошибки позиционирования имеют значение

Во время калибровки элемент WPVS обычно размещается в позиции эталонного элемента для мониторинга облученности в реальном времени во время работы симулятора. Токовый сигнал от элемента WPVS преобразуется в сигнал напряжения через усилитель или резистор, а затем считывается системой симулятора.

Калибровка завершается регулировкой соответствующего программного параметра. Например, некоторые симуляторы Halm используют настройку значения калибровки, в то время как некоторые системы Pasan используют настройки чувствительности. В некоторых системах соотношение между током и чувствительностью предоставляется непосредственно в виде формулы преобразования.

Но есть легко упускаемая из виду деталь: эталонный элемент часто размещается вне основной тестовой зоны. Облученность в этом месте может быть ниже средней облученности по тестовой плоскости модуля. Если использовать метрологическое значение напрямую без компенсации, фактическая облученность в тестовой зоне модуля может стать слишком высокой, что повлияет на измеряемую мощность.

Даже если эталонный элемент размещен внутри тестовой зоны, проблема полностью не исчезает. Для симулятора класса A+ с неравномерностью ниже 1% эталонный элемент часто располагается у края тестовой зоны. Это все еще может привести к отклонению около 0,5% до 1%. В тестировании фотоэлектрических модулей это не маленькое число.

Температура эталонного элемента также должна контролироваться близко к 25°C. Хотя температурный коэффициент тока короткого замыкания обычно относительно мал, колебания температуры все же вносят вклад в неопределенность измерений. Если целью является точность, влияние температуры следует минимизировать насколько это возможно.

Рисунок 3 Тестовая зона солнечного симулятора и положение эталонного элемента

Калибровка при различных уровнях облученности

Элементы WPVS не только стабильны; они также обладают хорошей линейностью. Это делает их полезными для калибровки облученности симулятора при различных уровнях интенсивности света. Например, если целевая облученность составляет 200 Вт/м², калиброванное значение тока короткого замыкания при 1000 Вт/м² можно умножить на 0,2, чтобы получить ожидаемый эталонный ток.

Для солнечных симуляторов с ксеноновой лампой большие изменения облученности часто достигаются с помощью различных фильтров. После смены фильтров рекомендуется повторно измерить неравномерность облученности, поскольку оптическое распределение может измениться вместе с интенсивностью.

Спектральная калибровка: ксеноновые и LED-симуляторы

Для ксеноновых солнечных симуляторов спектр в основном определяется источником лампы и оптическими фильтрами. В большинстве лабораторий спектр нельзя свободно регулировать. Поэтому правильным методом является использование калиброванного спектрометра для измерения спектра в нескольких точках тестовой области. Согласно IEC 60904-4, требуется как минимум четыре точки измерения.

Ключевым моментом является не сделать спектр идеальным только в одном месте, а подтвердить, что симулятор соответствует требуемому спектральному классу в соответствующей тестовой области.

Рисунок 4 Позиции спектральных измерений

Солнечные симуляторы на основе LED более гибкие. Их спектральное распределение обычно можно регулировать с помощью программного обеспечения, что упрощает соответствие требованиям спектрального класса A+ в IEC 60904-9. Тем не менее, спектральное отклонение, часто обсуждаемое через оценку SPD, должно быть как можно ниже.

Одной из практических проблем является то, что LED-симуляторы обычно состоят из нескольких LED-плат. Это может привести к заметной спектральной неравномерности по тестовой плоскости. По этой причине лучше измерять больше точек, а не полагаться только на минимальные требования.

Еще один важный момент: LED-симуляторы могут достигать больших изменений облученности без фильтров, но их спектр может изменяться при разных уровнях облученности. Всякий раз, когда настройка облученности значительно меняется, спектр следует проверять снова, а не предполагать, что он останется неизменным.

Резюме: Калибровка — основа PV-измерений

Калибровка солнечного симулятора является одной из основ точного тестирования PV-модулей. В лаборатории основная цель — достичь точных измерений, а затем передать высококачественные калибровочные значения вторичным эталонным устройствам.

На производственных линиях стратегия калибровки может быть иной, поскольку скорость, повторяемость, стабильность оборудования и контроль технологического процесса на заводе становятся частью измерительной системы. Но основной принцип остается тем же: источник света должен контролироваться, проверяться и быть понятным.

Как калибровка облученности, так и спектральные измерения требуют тщательной работы. Положение эталонной ячейки, неравномерность тестовой области, смена фильтров, спектральное распределение светодиодов и контроль температуры — все это может повлиять на конечный результат измерения мощности. В тестировании фотоэлектрических модулей небольшие ошибки не остаются малыми надолго.

Мнение Ooitech

Как поставщик оборудования, работающий с линиями производства солнечных модулей, Ooitech рассматривает калибровку солнечного симулятора не как разовую настройку, а как часть всей системы контроля качества на заводе. Для высокопроизводительного производства модулей тестер ВАХ и солнечный симулятор должны быть согласованы с четкими процедурами калибровки, стабильными эталонными устройствами и практическим обучением операторов; в противном случае лабораторная точность может не перейти в воспроизводимость на производственной линии. Настоящая задача — найти баланс между точностью и повседневной эффективностью производства, особенно когда передовые технологии модулей и более высокие номинальные мощности делают небольшие отклонения в измерениях более заметными.