應(yīng)用于光伏組件測試的3A級太陽模擬器的設(shè)計

世界光伏產(chǎn)能近十年內(nèi)的平均增幅高達(dá)30%以上，中國已經(jīng)是世界級的光伏產(chǎn)能大國，同時也是光伏產(chǎn)業(yè)增長速度最快的國家之一。我們知道，光伏發(fā)電應(yīng)用在中國卻非常少見，和其產(chǎn)能大國的身份很不相稱，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試技術(shù)的輔佐和推動。太陽電池工藝改進(jìn)、產(chǎn)品定型、耐候?qū)嶒?yàn)等都離不開光伏測試。為了使光伏測試報告具有可比性，國際組織規(guī)定了光伏器件的地面標(biāo)準(zhǔn)測試條件(簡稱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。光伏組件測試尤其是太陽電池生產(chǎn)線上的測試，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) 國際電子電工委員會82技術(shù)委員會為地面用光伏組件的額定電氣參數(shù)提出了“標(biāo)準(zhǔn)測試條件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)國際電工委員會(ⅢC)制定了太陽能模擬器的等級劃分標(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)測試光伏組件的太陽能模擬器體積龐大。

圖1為光均勻性計算示意圖，d為點(diǎn)光源到測試屏的距離，r為測試半徑。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，計算得到滿足3A級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,因此國際上有些設(shè)備廠家為了勻光的需要，組件測試和光源距離達(dá)13 m,距離的增加導(dǎo)致光的衰減非常厲害，因此需要一個龐大的電源系統(tǒng)，整套系統(tǒng)制造昂貴，能耗高。

本設(shè)計對光學(xué)勻光系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)設(shè)計，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。

整個測試在封閉環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，減少了外界光線對測試結(jié)果的影響，電池板能夠自動通過流水線輸入和輸出，整個高度約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)計軟件Tracepro仿真設(shè)計，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)，基于這個思想建立模型如圖3所示。

基于這個模型系統(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)際測試不均勻度小于1.5%符合IEC60904.9-2007的規(guī)定。[!--empirenews.page--]

3.2濾光系統(tǒng)

濾光系統(tǒng)委托國內(nèi)光學(xué)研究機(jī)構(gòu)設(shè)計，采用對紅外和紫外反射的方式使氙燈的光譜符合砸C60904-9-2007規(guī)定，由于采用了先進(jìn)的反射鍍膜的方法降低了濾光光學(xué)系統(tǒng)的熱效應(yīng)，提高了光學(xué)濾光系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長了壽命。

4 太陽模擬器電源系統(tǒng)

太陽模擬器電源系統(tǒng)采用PWM充電控制，充電電壓可預(yù)先設(shè)定，脈沖平頂寬度可調(diào)整，充電過程采用PID控制確保充電電壓的精準(zhǔn)，電源系統(tǒng)控制流程圖如圖5所示。

5 結(jié)論

隨著太陽能行業(yè)不斷發(fā)展，太陽能生產(chǎn)廠家對檢測設(shè)備的要求越來越高，成本要求越來越低，太陽能電池組件的質(zhì)量會更好。

作為設(shè)備制造商來講，要想做出好用、實(shí)用、耐用的專業(yè)設(shè)備，就要研究相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)和客戶的實(shí)際需求，研發(fā)出既滿足客戶工藝需求又滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的高效率高穩(wěn)定的檢測設(shè)備。