Panimula: Bakit Mahalaga ang Pagkakalibrate ng Solar Simulator

Sa pagsubok ng photovoltaic module, ang maaasahang pagsukat ay nagsisimula sa isang bagay: isang maayos na naka-calibrate na solar simulator. Kung ang output ng simulator ay hindi kontrolado nang tumpak, ang sinusukat na kapangyarihan, kasalukuyang, at kahusayan ng module ay maaaring lumihis mula sa tunay na halaga. Sa isang merkado kung saan ang 500 W at mas mataas na kapangyarihan na mga module ay karaniwan na, kahit isang 0.5% na error ay maaaring maging makabuluhan sa komersyo.

Ang solar simulator ay isang aparato na idinisenyo upang muling likhain ang sikat ng araw sa ilalim ng kontroladong kondisyon ng laboratoryo. Ito ay malawakang ginagamit para sa pagsubok ng pagganap ng PV module, lalo na sa ilalim ng STC, o Standard Test Conditions. Sa simpleng salita, ito ang pangunahing pinagmumulan ng liwanag sa likod ng propesyonal na PV electrical testing.

Figure 1 A+ A+ A+ solar simulator

Pinagmulan ng larawan: Internet

Pagkakalibrate ng Irradiance sa Ilalim ng STC

Para sa karamihan ng gawaing pagkakalibrate sa laboratoryo, ang unang target ay ang irradiance. Sa ilalim ng STC, ang simulator ay dapat i-adjust sa 1000 W/m² na may AM1.5G spectrum at temperatura ng cell na 25°C.

Sa industriya ng PV, ang isang WPVS cell ay karaniwang ginagamit bilang Primary Reference Device. Ang mga kwalipikadong metrology institute tulad ng PTB o NREL ay nagbibigay ng naka-calibrate na short-circuit current, o Isc, ng WPVS cell sa ilalim ng AM1.5G at 1000 W/m² irradiance. Ang halaga ng pagkakalibrate na ito ay traceable sa International System of Units, at ang kawalan ng katiyakan nito ay maaaring kasing baba ng humigit-kumulang 0.5%.

Dahil sa traceability at stability na ito, ang WPVS cell ay madalas na ginagamit upang ilipat ang isang low-uncertainty calibration value sa mga pangalawang reference device.

Gayunpaman, ang calibration ng solar simulator sa antas ng module ay hindi lamang tungkol sa pagtatakda ng isang numero sa software. Ang test area ay malaki, kadalasang nasa 2.6 m × 1.5 m o kahit 3 m × 2 m. Bago ang huling pagsasaayos ng irradiance, dapat sukatin ang distribusyon ng irradiance sa buong test plane nang punto-por-punto. Ayon sa IEC 60904-9, ang non-uniformity test area ay dapat sumaklaw ng hindi bababa sa 80% ng simulator test area. Pagkatapos nito, maaaring kalkulahin ang average na irradiance ng buong test plane at gamitin bilang batayan para sa calibration.

Figure 2 WPVS cell

Pinagmulan ng larawan: Internet

Pagsubaybay ng WPVS Reference Cell: Mahalaga ang Maliit na Error sa Posisyon

Sa panahon ng calibration, ang WPVS cell ay karaniwang inilalagay sa posisyon ng reference cell upang subaybayan ang real-time na irradiance habang tumatakbo ang simulator. Ang signal ng kasalukuyang mula sa WPVS cell ay ginagawang signal ng boltahe sa pamamagitan ng amplifier o resistor, at pagkatapos ay binabasa ng simulator system.

Ang calibration ay natatapos sa pamamagitan ng pagsasaayos ng kaugnay na parameter ng software. Halimbawa, ang ilang Halm simulator ay gumagamit ng setting ng calibration value, habang ang ilang Pasan system ay gumagamit ng sensitivity settings. Sa ilang sistema, ang relasyon sa pagitan ng kasalukuyang at sensitivity ay direktang ibinibigay bilang conversion formula.

Ngunit may isang madaling makaligtaang detalye: ang reference cell ay madalas na inilalagay sa labas ng pangunahing test area. Ang irradiance sa posisyong iyon ay maaaring mas mababa kaysa sa average na irradiance sa module test plane. Kung ang metrology value ay direktang ginamit nang walang kompensasyon, ang aktwal na irradiance sa module test area ay maaaring maging masyadong mataas, na makakaapekto sa sinusukat na kapangyarihan.

Kahit na ang reference cell ay inilagay sa loob ng test area, hindi ganap na nawawala ang isyu. Para sa isang A+ class simulator na may non-uniformity na mas mababa sa 1%, ang reference cell ay madalas na nakaposisyon malapit sa gilid ng test zone. Ito ay maaari pa ring magdulot ng deviation na humigit-kumulang 0.5% hanggang 1%. Sa PV testing, ito ay hindi maliit na numero.

Ang temperatura ng reference cell ay kailangan ding kontrolin malapit sa 25°C. Bagama't ang temperature coefficient ng Isc ay karaniwang medyo maliit, ang pagbabagu-bago ng temperatura ay nag-aambag pa rin sa kawalan ng katiyakan sa pagsukat. Kung ang katumpakan ang target, ang impluwensya ng temperatura ay dapat bawasan hangga't maaari.

Figure 3 Solar simulator test area and reference cell position

Pag-calibrate sa Iba't Ibang Antas ng Irradiance

Ang mga WPVS cell ay hindi lamang matatag; mayroon din silang magandang linearity. Ginagawa nitong kapaki-pakinabang ang mga ito para sa pag-calibrate ng simulator irradiance sa iba't ibang antas ng liwanag. Halimbawa, kung ang target na irradiance ay 200 W/m², ang naka-calibrate na Isc value sa 1000 W/m² ay maaaring i-multiply sa 0.2 upang makuha ang inaasahang reference current.

Para sa mga xenon-lamp solar simulator, ang malalaking pagbabago sa irradiance ay kadalasang nakakamit gamit ang iba't ibang filter. Pagkatapos magpalit ng filter, inirerekomendang muling sukatin ang non-uniformity ng irradiance, dahil maaaring magbago ang optical distribution kasabay ng intensity.

Spectral Calibration: Xenon at LED Simulators

Para sa mga xenon solar simulator, ang spectrum ay pangunahing tinutukoy ng lamp source at optical filters. Sa karamihan ng mga laboratoryo, ang spectrum ay hindi malayang mai-adjust. Kaya naman, ang tamang paraan ay ang paggamit ng naka-calibrate na spectrometer upang sukatin ang spectrum sa ilang posisyon sa test area. Ayon sa IEC 60904-4, kinakailangan ang hindi bababa sa apat na measurement point.

Ang susi ay hindi gawing perpekto ang spectrum sa isang lokasyon lamang, kundi kumpirmahin na ang simulator ay nakakatugon sa kinakailangang spectral class sa buong test area.

Figure 4 Spectral measurement positions

Ang mga LED-based solar simulator ay mas flexible. Ang kanilang spectral distribution ay karaniwang maaaring i-adjust sa pamamagitan ng software, na ginagawang mas madali ang pagtugon sa A+ spectral requirements sa IEC 60904-9. Gayunpaman, ang spectral deviation, na madalas tinatalakay sa pamamagitan ng SPD-related evaluation, ay dapat panatilihing kasing baba hangga't maaari.

Isang praktikal na alalahanin ay ang mga LED simulator ay karaniwang binuo mula sa maraming LED circuit boards. Ito ay maaaring magdulot ng kapansin-pansing spectral non-uniformity sa buong test plane. Dahil dito, mas mainam na sukatin ang mas maraming puntos sa halip na umasa lamang sa minimum na kinakailangan.

Isa pang mahalagang punto: ang mga LED simulator ay maaaring makamit ang malalaking pagbabago sa irradiance nang walang filter, ngunit ang kanilang spectrum ay maaaring magbago sa iba't ibang antas ng irradiance. Sa tuwing malaki ang pagbabago ng irradiance setting, dapat suriin muli ang spectrum sa halip na ipalagay na hindi ito nagbabago.

Buod: Ang Pag-calibrate ay Pundasyon ng PV Measurement

Ang pagkakalibrate ng solar simulator ay isa sa mga pundasyon ng tumpak na pagsubok ng PV module. Sa laboratoryo, ang pangunahing layunin ay makamit ang tumpak na pagsukat at pagkatapos ay ilipat ang mataas na kalidad na mga halaga ng pagkakalibrate sa pangalawang reference device.

Sa mga linya ng produksyon, ang estratehiya ng pagkakalibrate ay maaaring magkaiba dahil ang bilis, repeatability, katatagan ng kagamitan, at kontrol ng proseso ng pabrika ay nagiging bahagi ng sistema ng pagsukat. Ngunit ang pangunahing prinsipyo ay nananatiling pareho: ang pinagmumulan ng liwanag ay dapat kontrolin, beripikahin, at unawain.

Parehong nangangailangan ng maingat na trabaho ang pagkakalibrate ng irradiance at pagsukat ng spectral. Ang posisyon ng reference cell, non-uniformity ng test area, pagbabago ng filter, spectral distribution ng LED, at kontrol ng temperatura ay maaaring makaapekto sa huling resulta ng kuryente. Sa pagsubok ng PV, ang maliliit na pagkakamali ay hindi nananatiling maliit nang matagal.

Pananaw ng Ooitech

Bilang isang supplier ng kagamitan na nagtatrabaho sa mga linya ng produksyon ng solar module, nakikita ng Ooitech ang pagkakalibrate ng solar simulator hindi bilang isang beses na setting, kundi bilang bahagi ng buong sistema ng kontrol ng kalidad ng pabrika. Para sa high-throughput na paggawa ng module, ang IV tester at solar simulator ay dapat na itugma sa malinaw na mga routine ng pagkakalibrate, matatag na reference device, at praktikal na pagsasanay ng operator; kung hindi, ang katumpakan ng laboratoryo ay maaaring hindi maisalin sa repeatability ng linya ng produksyon. Ang tunay na hamon ay balansehin ang katumpakan sa pang-araw-araw na kahusayan ng paggawa, lalo na kapag ang mga advanced na teknolohiya ng module at mas mataas na power rating ay nagpapakita ng mas nakikita ang maliliit na paglihis sa pagsukat.