應(yīng)用于光伏組件測(cè)試的3A級(jí)太陽模擬器的設(shè)計(jì)

世界光伏產(chǎn)能近十年內(nèi)的平均增幅高達(dá)30%以上，中國(guó)已經(jīng)是世界級(jí)的光伏產(chǎn)能大國(guó)，同時(shí)也是光伏產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家之一。我們知道，光伏發(fā)電應(yīng)用在中國(guó)卻非常少見，和其產(chǎn)能大國(guó)的身份很不相稱，主要原因是光伏發(fā)電的成本還是太高(約為火電發(fā)電的4倍)。

光伏組件制造業(yè)的健康快速發(fā)展離不開光伏組件測(cè)試技術(shù)的輔佐和推動(dòng)。太陽電池工藝改進(jìn)、產(chǎn)品定型、耐候?qū)嶒?yàn)等都離不開光伏測(cè)試。為了使光伏測(cè)試報(bào)告具有可比性，國(guó)際組織規(guī)定了光伏器件的地面標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(簡(jiǎn)稱STC)，但是這只是一種理想條件，現(xiàn)實(shí)中不可能直接獲得，所以需要一種模擬標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射的裝置來為光伏器件測(cè)試提供光照，這種用燈光來模擬太陽輻射的裝置叫做太陽能模擬器。光伏組件測(cè)試尤其是太陽電池生產(chǎn)線上的測(cè)試，一般都是在太陽能模擬器提供的模擬光下進(jìn)行的。

1 太陽模擬器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

(1) 國(guó)際電子電工委員會(huì)82技術(shù)委員會(huì)為地面用光伏組件的額定電氣參數(shù)提出了“標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件STC”,其具體規(guī)定為：

組件溫度：25℃輻照度：1000 W/m2光譜輻照分布：AMl.5(2)國(guó)際電工委員會(huì)(ⅢC)制定了太陽能模擬器的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表1所示。

2 太陽能模擬器外形結(jié)構(gòu)

為了達(dá)到較好的輻照均勻性，絕大多數(shù)測(cè)試光伏組件的太陽能模擬器體積龐大。

圖1為光均勻性計(jì)算示意圖，d為點(diǎn)光源到測(cè)試屏的距離，r為測(cè)試半徑。根據(jù)光在某點(diǎn)的強(qiáng)度和到電光源的距離平方成反比，根據(jù)IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)要求，計(jì)算得到滿足3A級(jí)光均勻性要求的公式為：

,所以有d^2≥7r.一般在生產(chǎn)中光伏電池組件的長(zhǎng)度可達(dá)2 m,所以不依靠其他輔助光學(xué)系統(tǒng)的話，d的距離要大于9.9 m,因此國(guó)際上有些設(shè)備廠家為了勻光的需要，組件測(cè)試和光源距離達(dá)13 m,距離的增加導(dǎo)致光的衰減非常厲害，因此需要一個(gè)龐大的電源系統(tǒng)，整套系統(tǒng)制造昂貴，能耗高。

本設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)勻光系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，光源離組件距離2.2 m,大大減少了設(shè)備的尺寸和電源的能耗，設(shè)備外觀圖如2所示。

整個(gè)測(cè)試在封閉環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，減少了外界光線對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，電池板能夠自動(dòng)通過流水線輸入和輸出，整個(gè)高度約3 m.

3 光源系統(tǒng)

3.1勻光系統(tǒng)

勻光系統(tǒng)采用專業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Tracepro仿真設(shè)計(jì)，Tracepro是一套可以做照明系統(tǒng)分析、傳統(tǒng)光學(xué)分析、輻射度以及光度分析的軟件，它也是第一套由符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ACIS立體模型繪圖軟件所發(fā)展出來的光機(jī)軟件。為了減少光源和電池板的測(cè)量距離，基本思想是減少中間的光強(qiáng)，提高周邊的光強(qiáng)，基于這個(gè)思想建立模型如圖3所示。

基于這個(gè)模型系統(tǒng)仿真光照度的分布圖如圖 4所示，從曲線分布可以看出這個(gè)模型在l m×2 m的區(qū)域不均勻度小于2%.進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)際測(cè)試不均勻度小于1.5%符合IEC60904.9-2007的規(guī)定。