太陽(yáng)模擬器概述

太陽(yáng)模擬器是用來(lái)模擬太陽(yáng)光的設(shè)備，在光伏領(lǐng)域里，再配以電子負(fù)載,數(shù)據(jù)采集和計(jì)算等設(shè)備，可以用來(lái)測(cè)試光伏器件(包括太陽(yáng)電池片，太陽(yáng)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。這些參數(shù)不僅能夠從一定程度上反應(yīng)出電池的性能，也關(guān)系到電池最后出廠的等級(jí)和價(jià)格。因此，一臺(tái)可靠的太陽(yáng)模擬器，不僅對(duì)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(rùn)和信譽(yù)。

對(duì)于光伏性能測(cè)試,可用的商業(yè)化太陽(yáng)模擬器有兩類：

例如濾光氙燈，雙色濾光鎢燈-ELH燈或改進(jìn)的汞燈，這類模擬器適用于單體電池和小尺寸組件的測(cè)試.

由一個(gè)或者兩個(gè)長(zhǎng)弧氙燈組成,這類模擬器由于在大面積范圍內(nèi)輻射度均勻性好,能夠更好地適應(yīng)于大尺寸組件的測(cè)試.這類模擬器的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,被測(cè)電池?zé)彷斎肟梢院雎?這樣在測(cè)試時(shí)被測(cè)點(diǎn)出與環(huán)境測(cè)試溫度保持一致,而環(huán)境溫度是可以很容易精確測(cè)量的.脈沖發(fā)生網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)通常做為模擬器的部件提供.

模擬器必須能夠在測(cè)試平面上達(dá)到1000W/平方米的標(biāo)準(zhǔn)輻照度(用標(biāo)準(zhǔn)電池測(cè)量),并根據(jù)需要可對(duì)輻照度在標(biāo)準(zhǔn)輻照度值上下進(jìn)行一定的調(diào)節(jié).

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.等級(jí)A的匹配度在0.75~1.25,等級(jí)B的匹配度在0.6~1.4,等級(jí)C的匹配度在0.4~2.0

在測(cè)試平面上,指定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的輻照度應(yīng)該達(dá)到一定的均勻度,輻照度用合適的探測(cè)器量測(cè).等級(jí)A的輻照均勻度<=+/-2%,等級(jí)B的輻照均勻度<=+/-5%,等級(jí)C的輻照均勻度<=+/-10%.

對(duì)于單體電池和電池串的測(cè)試,探測(cè)器最大尺寸應(yīng)小于電池最小尺寸的一半.

對(duì)于組件,探測(cè)器尺寸應(yīng)不大于組件中單體電池的尺寸.

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%

其中,最大輻照度和最小輻照度是指在指定范圍內(nèi)探測(cè)器在任意指定點(diǎn)的測(cè)量值.

數(shù)據(jù)采集期間,輻照度應(yīng)該具有一定的穩(wěn)定度.等級(jí)A的穩(wěn)定度在<=+/-2%,等級(jí)B的穩(wěn)定度在<=+/-5%,等級(jí)C的穩(wěn)定度在<=+/-10%,

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(cè)試平面內(nèi)探測(cè)器在任意指定點(diǎn)的測(cè)量值.

具體的測(cè)試方法請(qǐng)參考IEC 60904-9.

PASAN,SPIRE和BERGE的大面積太陽(yáng)模擬器目前是國(guó)際上被廣泛認(rèn)可的.在穩(wěn)定性和一致性上有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì).但是百萬(wàn)級(jí)的價(jià)格卻是國(guó)內(nèi)用戶很難接受的.再加上昂貴的售后服務(wù)費(fèi)用,他們的設(shè)備并沒(méi)有成為國(guó)內(nèi)電池制造廠商的主力.

鑒于國(guó)內(nèi)的狀況,國(guó)內(nèi)的不少科研單位和大學(xué)也一直致力于太陽(yáng)模擬器的研究開發(fā).主要代表是西安交通大學(xué)的陜西眾森電能科技有限公司和上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所的上海赫爽太陽(yáng)能科技有限公司。

做太陽(yáng)能電池及其他光電類研究主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1、總輻照度

2、光譜匹配

3、均勻度

4、輻照穩(wěn)定度

由于近些年我國(guó)光伏事業(yè)的快速發(fā)展，在太陽(yáng)能電池及光電測(cè)試方面的研究也日漸升溫，很多高校實(shí)驗(yàn)室和研究所都開展了此類方向的研究，雖然很多太陽(yáng)模擬器廠家將設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，但是由于市場(chǎng)定位高端、配件成本高昂、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不激烈等原因，導(dǎo)致價(jià)格一直居高不下，進(jìn)口太陽(yáng)模擬器要數(shù)十萬(wàn)或者上百萬(wàn)，國(guó)產(chǎn)能達(dá)到3A級(jí)的太陽(yáng)模擬器也要二三十萬(wàn)元，高昂的價(jià)格阻礙了國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究。北京泊菲萊科技有限公司深入研究進(jìn)口太陽(yáng)模擬器結(jié)構(gòu)和原理，走訪搜集了大量客戶需求信息，終于研制成功在基礎(chǔ)光伏研究中替代太陽(yáng)模擬器的光源產(chǎn)品CHF-XM500型太陽(yáng)模擬光源。

1、連續(xù)可調(diào)的輻照度　　

此光源電功率為500W，總輻照度自800W/平方米至3000W/平方米連續(xù)可調(diào)，不僅可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和要求的不同調(diào)整光強(qiáng)輸出，而且在燈泡長(zhǎng)時(shí)間使用能量衰減后還可以通過(guò)調(diào)整光強(qiáng)輸出而保證1000W/平方米（即100mw/平方厘米）的總輻照度。

2、光譜匹配和光譜選擇　　

CHF-XM500型太陽(yáng)模擬光源采用AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光譜輸出，日光光譜擬合度達(dá)99%以上。另外可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求不同加裝各種規(guī)格濾光片，使實(shí)驗(yàn)所需光譜范圍可以人為控制。

3、近似太陽(yáng)模擬器的均勻度　　

3A級(jí)太陽(yáng)模擬器采用三層以上透鏡光路，輸出光斑一般為100×100mm方形光斑，均勻度在99%以上，不均勻度小于1% 。而CHF-XM500減少透鏡光路，輸出光斑為60mm直徑圓斑（光斑大小可調(diào)整1mm-60mm)，不均勻度可控制在3%以內(nèi)。針對(duì)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池方向研究，電池片光照面積一般為20×20mm方形區(qū)域，所以60mm直徑圓斑已經(jīng)足夠使用，且光斑越小均勻度越好。

4、輻照穩(wěn)定度　　

CHF-XM500型氙燈光源采用高穩(wěn)定電源系統(tǒng)和循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)，在一定程度上保證了光源輸出的穩(wěn)定度。

5、價(jià)格優(yōu)勢(shì)　　

進(jìn)口太陽(yáng)模擬器整機(jī)要數(shù)十萬(wàn)到上百萬(wàn)，國(guó)產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品也要二三十萬(wàn)元，核心耗材市場(chǎng)上無(wú)法采購(gòu)，廠家售后更換耗材價(jià)格昂貴。而CHF-XM500型太陽(yáng)模擬光源整機(jī)價(jià)格僅幾萬(wàn)元，耗材根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求不同，國(guó)產(chǎn)耗材幾百元，進(jìn)口耗材也是針對(duì)購(gòu)買產(chǎn)品客戶平價(jià)更換。

綜上所述，國(guó)內(nèi)一些小型研究機(jī)構(gòu)或者研究經(jīng)費(fèi)緊張的高校實(shí)驗(yàn)室不妨可以考慮太陽(yáng)模擬光源類產(chǎn)品進(jìn)行光伏研究，因?yàn)槿绻ǜ甙簝r(jià)格購(gòu)買非3A級(jí)太陽(yáng)模擬器，實(shí)驗(yàn)效果僅僅相仿甚至不及太陽(yáng)模擬光源，那么就會(huì)造成科研經(jīng)費(fèi)的嚴(yán)重浪費(fèi)！太陽(yáng)能是今后人類最理想的清潔能源，讓我們共同努力，創(chuàng)造人類更加美好的明天。

控制電路:實(shí)現(xiàn)氙燈閃燈控制，電容充電/放電控制。

電容充電電路:實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的充電和過(guò)壓保護(hù)，在程序控制下穩(wěn)定電容電壓。

氙燈高壓電路:產(chǎn)生近9千伏的高壓，點(diǎn)亮氙燈。