太陽能電池的測試條件與太陽模擬器.ppt

太陽能電池的測試,光強(qiáng)：1000W/m2 光譜分布：AM1.5 電池溫度：25,太陽電池制造過程10-測試分選,通過模擬太陽燈光照射到電池片表面 測試太陽電池的電性能參數(shù),太陽電池電性能參數(shù),太陽電池的電性能參數(shù)： Isc、Voc Imp Vmp、Pmax、 Rs、Rsh、 FF、EFF,短路電流（Isc）： 理想情況下，等于光生電流IL。 影響因素：面積、光強(qiáng)、溫度 125太陽電池 5A左右 156太陽電池 8A左右 開路電壓（Voc）：影響因素：光強(qiáng)、溫度、材料特性 晶體硅太陽電池 600mV左右 填充因子（FF）： 最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比 FF=Pm/VOCISC=VmIm/VOCISC 影響因素：串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻 轉(zhuǎn)換效率（）：,太陽電池電性能參數(shù),3.1太陽模擬器,3.1.1概述,太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的半導(dǎo)體器件，從應(yīng)用和研究的角度來考慮，其光電轉(zhuǎn)換效率、輸出伏安特性曲線及參數(shù)是必須測量的，而這種測量必須在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)太陽光下進(jìn)行才有參考意義。如果測試光源的特性和太陽光相差很遠(yuǎn)，則測得的數(shù)據(jù)不能代表它在太陽光下使用時(shí)的真實(shí)情況，甚至也無法換算到真實(shí)的情況，考慮到太陽光本身隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化，因此必須規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)陽光條件，才能使測量結(jié)果既能彼此進(jìn)行相對比較，又能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)陽光下的測試數(shù)據(jù)估算出實(shí)際應(yīng)用時(shí)太陽電池的性能參數(shù)。,3.1.2太陽輻射的基本特性,3.1.2.1幾個(gè)描述光的物理概念：,（1）發(fā)光強(qiáng)度,按照1979年第16屆國防計(jì)量會(huì)議（CGPN）確定，以坎德拉（cd）為發(fā)光強(qiáng)度的計(jì)量單位?？驳吕且还庠丛诮o定的方向上的光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為5401012Hz的光學(xué)輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683WSr-1,（2）光通量,光通量的單位是流明（lm），它用來計(jì)量所發(fā)出的總光量，發(fā)光強(qiáng)度為1cd的點(diǎn)光源，向周圍空間均勻發(fā)出4流明的光能量。,（3）光強(qiáng)度,指照射于一表面的光強(qiáng)度，它用勒克斯（lx）作為單位，當(dāng)1lm光通量的光強(qiáng)射到1m2面積上時(shí)，該面積所受的光照度（簡稱照度）就是1lx。,（4）輻射度,通常稱為光強(qiáng)，即入射到單位面積上的光功率，單位是W/m2或mw/cm2。,3.1.2.2輻照度及其均勻性,對空間應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1367w/m2（另一種較早的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1353 w/m2），對地面應(yīng)用，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)輻照度為1000 w/m2。實(shí)際上地面陽光和很多復(fù)雜因素有關(guān)，這一數(shù)值僅在特定的時(shí)間及理想的氣候和地理?xiàng)l件下才能獲得。地面上比較常見的輻射照度是在600900 w/m2范圍內(nèi)，除了輻照度數(shù)值范圍以外，太陽輻射的特點(diǎn)之一是其均勻性，這種均勻性保證了同一太陽電池方陣上各點(diǎn)的輻照度相同。,3.1.2.3光譜分布,太陽電池對不同波長的光具有不同的響應(yīng)，就是說輻照度相同而光譜成分不同的光照射到同一太陽電池上，其效果是不同的，太陽光是各種波長的復(fù)合光，它所含的光譜成分組成光譜分布曲線，而且其光譜分布也隨地點(diǎn)、時(shí)間及其它條件的差異而不同，在大氣層外情況很單純，太陽光譜幾乎相當(dāng)于6000K的黑體輻射光譜，稱為AMO光譜。在地面上，由于太陽光透過大氣層后被吸收掉一部分，這種吸收和大氣層的厚度及組成有關(guān)，因此是選擇性吸收，結(jié)果導(dǎo)致非常復(fù)雜的光譜分布。而且隨著太陽天頂角的變化，陽光透射的途徑不同吸收情況也不同。所以地面陽光的光譜隨時(shí)都在變化。因此從測試的角度來考慮，需要規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的地面太陽光譜分布。目前國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定，在晴朗的氣候條件下，當(dāng)太陽透過大氣層到達(dá)地面所經(jīng)過的路程為大氣層厚度的1.5倍時(shí)，其光譜為標(biāo)準(zhǔn)地面太陽光譜，簡稱AM1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜。此時(shí)太陽的天頂角為48.19，原因是這種情況在地面上比較有代表性。,綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)地面陽光條件具有1000 w/m2的輻照度，AM1.5的太陽光譜以及足夠好的均勻性和穩(wěn)定性，這樣的標(biāo)準(zhǔn)陽光在室外能找到的機(jī)會(huì)很少，而太陽電池又必須在這種條件下測量，因此，唯一的辦法是用人造光源來模擬太陽光，即所謂太陽模擬器。,321輻照不均勻度的檢測,32太陽模擬器某些光學(xué)特性的檢測,輻照不均勻度（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度）100,在測量單體電池時(shí)，輻照不均勻度應(yīng)使用不超過待測電池面積1/4的檢測電池來檢測。在測量組件時(shí)，應(yīng)使用不超過待測組件面積1/10的檢測電池來檢測。,332輻照不穩(wěn)定的檢測,輻照不穩(wěn)定度（最大輻照度最小輻照度）/（最大輻照度最小輻照度）,333光譜失配誤差計(jì)算,光譜失配誤差=,式 中：,分別是被測電池（T）和標(biāo)準(zhǔn)電池（S）在AM1.5狀態(tài)下的相對光譜電流，即光譜電流i()與短路電流I之比：,(3.3.1),(3.3.1),B()1定義為光譜，它表示太陽模擬器光譜輻照度sim()和AM1.5的光譜輻照度。,AM1.5()的相對偏差：,即 :,太陽能模擬器分類,1.穩(wěn)態(tài)太陽模擬器 2.脈沖式太陽模擬器,標(biāo)準(zhǔn)測試條件：標(biāo)準(zhǔn)太陽光（光譜和輻照度）、標(biāo)準(zhǔn)溫度 光譜取決于電光源種類和濾光、反光系統(tǒng) 輻照度可以用標(biāo)準(zhǔn)太陽電池短路電流的標(biāo)定值來校準(zhǔn)。 為了減少光譜失配誤差，模擬陽光的光譜應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜，或選用和被測量電池光譜響應(yīng)基本相同的標(biāo)準(zhǔn)太陽電池。,模擬器光源,3.3 單體太陽電池測試,圖29 測量伏安特性的電路框圖,3.3.1測試項(xiàng)目,3.3.2電性能測試的一般規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定地面標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜采用總輻射的AM1.5標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜。,地面陽光的總輻照度規(guī)定為1000 w/m2。,對定標(biāo)測試，標(biāo)準(zhǔn)測試溫度的允許差為+ 1C。對非定標(biāo)準(zhǔn)測試，標(biāo)準(zhǔn)測試溫度允許差為+2C。,如受客觀條件所限，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行測試，則必須將測量結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)測試條件。,標(biāo)準(zhǔn)測試溫度規(guī)定為25C,3.3.3測量儀器與裝置,（1）標(biāo)準(zhǔn)太陽電池,標(biāo)準(zhǔn)太陽電池用于校準(zhǔn)測試光源的輻射照度。,對AM1.5工作標(biāo)準(zhǔn)太陽電池作定標(biāo)測試時(shí)，用AM1.5二級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池校準(zhǔn)輻射度。 在非定標(biāo)測試中，一般用AM1.5工作標(biāo)準(zhǔn)輻照度，要求時(shí)用AM1.5級標(biāo)準(zhǔn)太陽電池。,（2）電壓表,電壓表的精度應(yīng)不低于0.5級。,（3）取樣電阻,取樣電阻的精確度應(yīng)不低于+0.2%。必須采用四端精密電阻 電池短路電流和取樣電阻值的乘積應(yīng)不超過電池開路電壓的3%。,（4）負(fù)載電阻,負(fù)載電阻應(yīng)能從零平滑地調(diào)節(jié)到10K以上。必須有足夠的功率容量，以保證在通電測量時(shí)不會(huì)因發(fā)熱而影響測量精度。當(dāng)可變電阻不能滿足上述條件時(shí)，應(yīng)采用等效的電子可變負(fù)載。,（5）函數(shù)記錄儀,函數(shù)記錄儀有于記錄太陽電池的伏安特性曲線。函數(shù)記錄儀的精密應(yīng)不低于0.5級。對函數(shù)記錄儀內(nèi)阻的要求和對電壓表內(nèi)阻的要求相同。,（6）溫度計(jì),溫度計(jì)或測溫系統(tǒng)的儀器誤差應(yīng)不超過+0.5C測量系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)不超過1秒。測量探頭的體積和形狀應(yīng)保證它能盡量靠近太陽電池的pn結(jié)安裝。,（7）室內(nèi)測試光源,輻照度、輻照和均勻度、穩(wěn)定度、準(zhǔn)直性及光譜分布均應(yīng)符合一定的要求。,所規(guī)定的測試項(xiàng)目中，開路電壓和短路電流可以用電直接測量，其它參數(shù)從伏安特性求出。,3.3.4從非標(biāo)準(zhǔn)測試條件換算到標(biāo)準(zhǔn)測試條件,電流和電壓換算公式: 當(dāng)測試溫度、輻照度和標(biāo)準(zhǔn)測試條件不一致時(shí)，可用以下?lián)Q算公式校正到標(biāo)準(zhǔn)測試條件：,(3.4.1),如果受客觀條件限制，只能在非標(biāo)準(zhǔn)條件下測量，則測試結(jié)果應(yīng)轉(zhuǎn)換為STC條件。,3.3.5室外陽光下測試,(1)測試場地及周圍環(huán)境,測試場地周圍的地面空曠，不遮光。反光及散光的任何物體。測試場地周圍地面上應(yīng)無高反射的物體，如冰雪、白灰和亮沙子等。,(2)氣候及陽光條件,天氣及晴朗，太陽周圍無云。,(3)安裝要求被測電池、標(biāo)準(zhǔn)電池應(yīng)安裝在同一平面上，并盡量靠近，測試平面的法線和入射光線的夾角應(yīng)不大于5,3.4太陽電池組件測試方法,3.4.1組件的額定工作溫度(NOCT),組件的額定工作溫度和它的實(shí)際工作溫度tr以及環(huán)境溫度te之間有如下的經(jīng)驗(yàn)公式：,(3.4.1),式中E為測量時(shí)的實(shí)際輻照度。,以下是一組參考（NOCT）：,3.4.2絕緣電阻的測量,絕緣電阻測量是測量組件輸出端和金屬基板或框架之間的絕緣電阻。在某些環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行前后都需測量絕緣電阻。在測量前先作安全檢查，對于已經(jīng)安裝使用的方陣首先應(yīng)檢查對地電位、靜電效應(yīng)，以及金屬基板、框架、支架等接地是否良好等，建議最好光用容量足夠大的開關(guān)設(shè)備把待測方陣的輸出端短路后再進(jìn)行測量，可以用普通的兆歐表來測量絕緣電阻，但應(yīng)選用電壓等級大致和待測方陣的開路電壓相當(dāng)?shù)恼讱W表。測量絕緣電阻時(shí)，大氣相對溫度應(yīng)不大于75%。,3.5 地面用硅太陽電池組件環(huán)境試驗(yàn)概況,351溫度交變,從高溫到低溫反復(fù)交替變化稱為溫度交變。交變的溫度范圍規(guī)定為40+3+35+2C。凡用鋼化玻璃為蓋板的組件應(yīng)交變200次，用優(yōu)質(zhì)玻璃作蓋板的組件應(yīng)交變50次。在進(jìn)行每項(xiàng)試驗(yàn)前后均應(yīng)測量電性能參數(shù)，并觀察試驗(yàn)后外表有列異常.,352高溫貯存,地面用太陽電池組件應(yīng)放在85+2C的高溫環(huán)境下存貯16小時(shí)。,353低溫貯存,地面用太陽電池組件應(yīng)放在40+3C的低溫環(huán)境下貯存16小時(shí)。,354恒定濕熱貯存,地面用太陽組件應(yīng)放應(yīng)相對濕度為9095%，溫度為40+2C的濕熱環(huán)境下存放4天。試驗(yàn)結(jié)束電性能測試及外觀檢查絕緣電阻，小于1M者為不合格。,355振動(dòng)、沖擊,356鹽霧試驗(yàn),在近海環(huán)境中使用的太陽電池組件應(yīng)進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，即在溫度35+2C5%氯化鈉水溶液的霧氣中貯存96小時(shí)后，檢查外觀、最大輸出功率及絕緣電阻。,357冰雹試驗(yàn),模擬冰雹試驗(yàn)所用的鋼球重227+2g，下落高度視組件蓋板材料而定，鋼化玻璃：高度100cm，優(yōu)質(zhì)玻璃：50cm。向太陽電池組件中心下落 1次。,358地面太陽光輻照試