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  陽光模擬知識

 

太陽模擬器是用來完整模擬地球表面或者太空區域中真實太陽光的一種工業化設備,太陽模擬器需要真實的還原太陽光照射特定區域的表現。

工業化的太陽模擬器具備第一層次的模擬:
1. 太陽光強度(NASA標準或ASTM標準規范)
2. 太陽光光譜(AM1.50,AM1.0, 或AM0等)
3. 照射特定區域的均勻度:真實太陽光入射到地球,在特定的工業化裝備現實區域內,在沒有樹葉和附近垂直物遮擋下,光的強度分布是非常均勻的。
4. 照射特定區域的穩定度:真實太陽光入射到地球,在特定的工業化裝備現實區域內,在特定的天氣條件短時間內,比如15分鐘內,光的強度是幾乎不會波動的。

對特定行業的太陽模擬器,需要專業層次的模擬:
1. 太陽光的動態強度(真實還原晝夜或變化的太陽光強度)或者高倍數太陽模擬器
2. 模擬光譜區間的定義,不同行業需要對該行業特征光譜響應,或材料或生物敏感光譜段進行模擬。諸如,大于3000nm以上光譜輸出的熱效應,將導致部分生物敏感測試系統的大幅度測試誤差。而光伏行業只對350-1100nm或400-1100nm半導體材料敏感波段進行模擬評估。小于400nm以下的光譜輸出的紫外效應,將導致大部分有機材料的強烈老化。
3. 雜散光和垂直入射光比例的模擬,地球表面雜散光的比例接近20%,直射光接近80%。對平行入射的模擬系統,將不能真實模擬工業裝備區域內受光的條件。

對更高級別的模擬系統:
1. 三維輪廓光模擬
2. 風速和風向
3. 工業裝備的表面溫度和周邊環境溫度
4. 濕度和氣體含量

較早的太陽光模擬用于軍事工業和航空航天行業,比如NASA較早開發的大型光模擬器,以及我們國家開發的軍事裝備太陽光老化測試系統。

新興光伏領域太陽模擬器的設計和制造基本沿用早期相關工業的設計方法,由于大面積穩態模擬器光源設計非常復雜,另一方面,開發和使用用戶一般需獲得響應速度非?斓墓夥妳导纯,使得單次閃光ms級的脈沖太陽光模擬器快速發展。從發光方式上可以區分為兩大類:
1. 脈沖模擬器:根據脈沖寬度可區分為短脈沖和長脈沖模擬器,用以考察光伏器件的即時光電性能
2. 穩態模擬器:根據調制方式上可區分為頻閃和無頻閃模擬器,用于考察光伏器件的長期光電性能

對脈沖模擬器,必須配置電子負載,數據采集和計算等設備,用來測試光伏器件(包括太陽電池片,太陽電池組件等)的電性能,如Pmax, Imax, Vmax,Isc,Voc,FF,Eff, Rs, Rsh以及I-V曲線等。通過這些快速測試參數一定程度上反應出電池的短期性能。脈沖模擬的發展,使得對太陽光的光譜、均勻度和穩定度的模擬達到非常精確的等級,目前主流系統必須具備AAA級的基本要求。

高等級的穩態模擬器,也能實現脈沖模擬器的即時光電性能的采集,更重要的是進行光伏器件的長期光電性能評估。對穩態模擬器,根據進一步的系統構造出發,可分為開放式和可靠性試驗箱測試系統兩大類。
1. 開放式太陽模擬器:多為小型電池片模擬器或大型早期設計的模擬器。在室內安置支架型光發生器,并通過室內空調系統進行溫度的平衡控制。優點:系統變換靈活。缺點:室內周邊諸如空調配置投資大,溫度控制波動大非常大。除了用于電池片測試的小型穩態模擬器外,對需要重復精確度高要求的光伏測試應用,正逐漸為行業淘汰。
2. 可靠性試驗箱測試系統:80年代隨大功率電子式功率整流電源發展,使得大面積光源陣列小型化和穩定化,在可靠性試驗箱體的結合上,成為完美的工業設計,最大程度地得以模仿更多參數的太陽光輸出,重復測試精度和設備穩定安全性達到了非常高的等級。

不同的規范定義了不同的模擬器要求,比如比較寬松的模擬要求如光伏行業:

一. 模擬器要求
1.總輻照度
模擬器必須能夠在測試平面上達到1000W/平方米的標準輻照度(用標準電池測量),并根據需要可對輻照度在標準輻照度值上下進行80%-100%的光強調節。
2.光譜匹配
模擬器光譜輻照度分布應與標準光譜AM1.5G輻照度分布匹配。等級A的匹配度在0.75~1.25,等級B的匹配度在0.6~1.4,等級C的匹配度在0.4~2.0。
3.均勻度
在測試平面上,指定測試區域內的輻照度應該達到一定的均勻度,輻照度用合適的探測器量測。等級A的輻照均勻度<=+/-2%,等級B的輻照均勻度<=+/-5%,等級C的輻照均勻度<=+/-10%。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%
4.輻照穩定度
數據采集期間,輻照度應該具有一定的穩定度。等級A的穩定度在<=+/-2%,等級B的穩定度在<=+/-5%,等級C的穩定度在<=+/-10%。輻照不穩定度=+/-((最大幅照度-最小輻照度)/(最大幅照度+最小輻照度))*100%
  
二. 測試規范
1. 光伏產品認證:IEC61215 和 IEC61646
2. 光伏產品安全:IEC61730 和 UL1703
3. 光伏產品性能:IEC61853 和 PTC‐PVUSA Power Rating

三. 產品概況
尚信在國內大面積穩態模擬器上與國內外機構和科研單位開發的SUN和SUV系列穩態太陽模擬器,已經提供中國光伏領先企業超過10臺大面積步入式穩態太陽模擬(含快速紫外測試系統)。第一代光模擬系統具備從CCB到BBA的光模擬等級和一周內完成紫外測試的快速能力,并已經結合不同環境控制參數的綜合測試模塊,部分系統配置監測電性能諸如電子負載和I-V測試單元。第二代產品和服務將隨光伏企業的進一步要求,持續領先推出:
1. 戶內戶外聯合測試系統,幫助企業獲得戶內和真實戶外光伏組件的加速老化系數
2. 高倍數太陽多參數模擬系統或超級紫外模擬用于光伏器件效率的快速衰減和封裝可靠性加速老化評估
3. 太陽光動態強度自動模擬系統

 

 

 
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