太陽模擬器概述

太陽模擬器是用來模擬太陽光的設備，在光伏領域里，再配以電子負載,數(shù)據(jù)采集和計算等設備，可以用來測試光伏器件(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。這些參數(shù)不僅能夠從一定程度上反應出電池的性能，也關系到電池最后出廠的等級和價格。因此，一臺可靠的太陽模擬器，不僅對生產(chǎn)工藝有參考意義，更關系到產(chǎn)品的品質(zhì)和制造廠商的利潤和信譽。

對于光伏性能測試,可用的商業(yè)化太陽模擬器有兩類：

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

由一個或者兩個長弧氙燈組成,這類模擬器由于在大面積范圍內(nèi)輻射度均勻性好,能夠更好地適應于大尺寸組件的測試.這類模擬器的另外一個優(yōu)點是,被測電池熱輸入可以忽略,這樣在測試時被測點出與環(huán)境測試溫度保持一致,而環(huán)境溫度是可以很容易精確測量的.脈沖發(fā)生網(wǎng)絡,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(jù)需要可對輻照度在標準輻照度值上下進行一定的調(diào)節(jié).

模擬器光譜輻照度分布應與標準光譜輻照度分布匹配.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

在測試平面上,指定測試區(qū)域內(nèi)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%.

對于單體電池和電池串的測試,探測器最大尺寸應小于電池最小尺寸的一半.

對于組件,探測器尺寸應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)探測器在任意指定點的測量值.

數(shù)據(jù)采集期間,輻照度應該具有一定的穩(wěn)定度.等級A的穩(wěn)定度在<=+/-2%,等級B的穩(wěn)定度在<=+/-5%,等級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)采集期間在測試平面內(nèi)探測器在任意指定點的測量值.

具體的測試方法請參考IEC 60904-9.

PASAN,SPIRE和BERGE的大面積太陽模擬器目前是國際上被廣泛認可的.在穩(wěn)定性和一致性上有較強的優(yōu)勢.但是百萬級的價格卻是國內(nèi)用戶很難接受的.再加上昂貴的售后服務費用,他們的設備并沒有成為國內(nèi)電池制造廠商的主力.

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

做太陽能電池及其他光電類研究主要關注以下幾點：

1、總輻照度

2、光譜匹配

3、均勻度

4、輻照穩(wěn)定度

由于近些年我國光伏事業(yè)的快速發(fā)展，在太陽能電池及光電測試方面的研究也日漸升溫，很多高校實驗室和研究所都開展了此類方向的研究，雖然很多太陽模擬器廠家將設備國產(chǎn)化，但是由于市場定位高端、配件成本高昂、市場競爭不激烈等原因，導致價格一直居高不下，進口太陽模擬器要數(shù)十萬或者上百萬，國產(chǎn)能達到3A級的太陽模擬器也要二三十萬元，高昂的價格阻礙了國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)基礎研究。北京泊菲萊科技有限公司深入研究進口太陽模擬器結構和原理，走訪搜集了大量客戶需求信息，終于研制成功在基礎光伏研究中替代太陽模擬器的光源產(chǎn)品CHF-XM500型太陽模擬光源。

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)實驗環(huán)境和要求的不同調(diào)整光強輸出，而且在燈泡長時間使用能量衰減后還可以通過調(diào)整光強輸出而保證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型太陽模擬光源采用AM1.5G標準光譜輸出，日光光譜擬合度達99%以上。另外可以根據(jù)實驗要求不同加裝各種規(guī)格濾光片，使實驗所需光譜范圍可以人為控制。

3、近似太陽模擬器的均勻度　　

3A級太陽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)。針對國內(nèi)太陽能電池方向研究，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)風冷系統(tǒng)，在一定程度上保證了光源輸出的穩(wěn)定度。

5、價格優(yōu)勢　　

進口太陽模擬器整機要數(shù)十萬到上百萬，國產(chǎn)相關產(chǎn)品也要二三十萬元，核心耗材市場上無法采購，廠家售后更換耗材價格昂貴。而CHF-XM500型太陽模擬光源整機價格僅幾萬元，耗材根據(jù)實驗需求不同，國產(chǎn)耗材幾百元，進口耗材也是針對購買產(chǎn)品客戶平價更換。

綜上所述，國內(nèi)一些小型研究機構或者研究經(jīng)費緊張的高校實驗室不妨可以考慮太陽模擬光源類產(chǎn)品進行光伏研究，因為如果花高昂價格購買非3A級太陽模擬器，實驗效果僅僅相仿甚至不及太陽模擬光源，那么就會造成科研經(jīng)費的嚴重浪費！太陽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:實現(xiàn)氙燈閃燈控制，電容充電/放電控制。

電容充電電路:實現(xiàn)對超級電容的充電和過壓保護，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，點亮氙燈。