應用于光伏組件測試的3A級太陽(yáng)模擬器的設計

世界光伏產(chǎn)能近十年內的平均增幅高達30%以上，中國已經(jīng)是世界級的光伏產(chǎn)能大國，同時(shí)也是光伏產(chǎn)業(yè)增長(cháng)速度最快的國家之一。我們知道，光伏發(fā)電應用在中國卻非常少見(jiàn)，和其產(chǎn)能大國的身份很不相稱(chēng)，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(kāi)光伏組件測試技術(shù)的輔佐和推動(dòng)。太陽(yáng)電池工藝改進(jìn)、產(chǎn)品定型、耐候實(shí)驗等都離不開(kāi)光伏測試。為了使光伏測試報告具有可比性，國際組織規定了光伏器件的地面標準測試條件(簡(jiǎn)稱(chēng)STC)，但是這只是一種理想條件，現實(shí)中不可能直接獲得，所以需要一種模擬標準太陽(yáng)輻射的裝置來(lái)為光伏器件測試提供光照，這種用燈光來(lái)模擬太陽(yáng)輻射的裝置叫做太陽(yáng)能模擬器。光伏組件測試尤其是太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)上的測試，一般都是在太陽(yáng)能模擬器提供的模擬光下進(jìn)行的。

1 太陽(yáng)模擬器的相關(guān)標準

(1) 國際電子電工委員會(huì )82技術(shù)委員會(huì )為地面用光伏組件的額定電氣參數提出了“標準測試條件STC”,其具體規定為：

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(huì )(ⅢC)制定了太陽(yáng)能模擬器的等級劃分標準，見(jiàn)表1所示。

2 太陽(yáng)能模擬器外形結構

為了達到較好的輻照均勻性，絕大多數測試光伏組件的太陽(yáng)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。根據光在某點(diǎn)的強度和到電光源的距離平方成反比，根據IEC60904-9標準要求，計算得到滿(mǎn)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(cháng)度可達2 m,所以不依靠其他輔助光學(xué)系統的話(huà)，d的距離要大于9.9 m,因此國際上有些設備廠(chǎng)家為了勻光的需要，組件測試和光源距離達13 m,距離的增加導致光的衰減非常厲害，因此需要一個(gè)龐大的電源系統，整套系統制造昂貴，能耗高。

本設計對光學(xué)勻光系統進(jìn)行專(zhuān)業(yè)設計，光源離組件距離2.2 m,大大減少了設備的尺寸和電源的能耗，設備外觀(guān)圖如2所示。

整個(gè)測試在封閉環(huán)境內進(jìn)行，減少了外界光線(xiàn)對測試結果的影響，電池板能夠自動(dòng)通過(guò)流水線(xiàn)輸入和輸出，整個(gè)高度約3 m.

3 光源系統

3.1勻光系統

勻光系統采用專(zhuān)業(yè)光學(xué)設計軟件Tracepro仿真設計，Tracepro是一套可以做照明系統分析、傳統光學(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)標準的ACIS立體模型繪圖軟件所發(fā)展出來(lái)的光機軟件。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，提高周邊的光強，基于這個(gè)思想建立模型如圖3所示。

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