T-CPIA 0068-2024 適用于鈣鈦礦光伏器件的太陽模擬器性能要求

CCSF12SolarsimulatorperformancerequiremenIT/CPIA0068—2024前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4太陽模擬器要求 24.1總輻照度 24.2光譜匹配度 24.3輻照度空間不均勻度 44.4輻照度時間不穩(wěn)定度 54.5光譜分級標準 54.6性能檢查 55數(shù)據(jù)單 6T/CPIA0068—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國光伏行業(yè)協(xié)會標準化技術(shù)委員會提出。本文件由中國光伏行業(yè)協(xié)會標準化技術(shù)委員會歸口。本文件起草單位：中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司、中國電子技術(shù)標準化研究院、華能新能源股份有限公司、中國計量科學(xué)研究院、無錫市檢驗檢測認證研究院、陜西眾森電能科技有限公司、福建省計量科學(xué)研究院、德雷射科（廊坊）科技有限公司、江蘇益舜電工有限公司、天合光能股份有限公司、隆基綠能科技股份有限公司、杭州眾能光電科技有限公司、通威太陽能（成都）有限公司、華中科技大學(xué)。本文件主要起草人：趙志國、周養(yǎng)盈、張赟、李其聰、孟海鳳、王森、惲?xí)F、朱冰潔、黎健生、劉皎、張鶴仙、張志魁、張慶、夏銳、陳鵬、黃艷梅、龍巍、劉宗豪。1T/CPIA0068—2024適用于鈣鈦礦光伏器件的太陽模擬器性能要求本文件規(guī)定了適用于鈣鈦礦光伏電池及組件的太陽模擬器的參數(shù)術(shù)語和定義、測試及計算方法、設(shè)備分級要求和數(shù)據(jù)單。本文件適用于穩(wěn)態(tài)太陽模擬器的設(shè)計與制造。包括單光源太陽模擬器（例如濾光氙燈雙光源太陽模擬器（例如濾光氙燈-鹵素?zé)簦欢喙庠刺柲M器（例如基于LED的多通路光源）等。其用于為鈣鈦礦光伏電池及組件的電流-電壓（I-V）特性測量、長期穩(wěn)定性測試等提供室內(nèi)測試光源。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。IEC60904-3光伏器件第3部分：基于標準光譜輻照度數(shù)據(jù)的地面光伏器件測量原理（Photovoltaicdevices—Part3:Measurementprinciplesforterrestrialphotovoltaic(PV)solardeviceswithreferencespectralirradiancedata）IEC60904-9光伏器件第9部分：太陽模擬器特性分級（Photovoltaicdevices—Part9:Solarsimulatorperformancerequirements）3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1太陽模擬器solarsimulator光譜分布類似于自然太陽光的光源設(shè)備，用于評估光伏器件的特性。注1：模擬器通常由三個主要組件組成：a)光源和相關(guān)電源；b)用于調(diào)節(jié)輸出光束使其滿足分類要求所需的光學(xué)元注3：適用于鈣鈦礦光伏的太陽模擬器一般為穩(wěn)態(tài)單光源或多光源設(shè)備，待測光伏器件一般放置于單光源模擬器的3.2指定測試區(qū)域designatedtestarea用于樣品測試及太陽模擬器等級評價測試的平面區(qū)域。3.3光譜范圍spectralrange根據(jù)IEC60904-3定義的大氣質(zhì)量1.5G（AM1.5G）標準太陽光譜分布，用于評估太陽模擬器性能的波長范圍。3.4光譜能量匹配度spectralmatch在光譜范圍及劃分的各波段內(nèi)，太陽模擬器光譜輻照度與IEC60904-3中規(guī)定的AM1.5G參考光譜輻照度的匹配度。3.5光子輻照度photonirradiance；PI2T/CPIA0068—2024光照體在單位時間內(nèi)，接受所有方向入射到（光照）小球某一表面元的光子數(shù)（輻射量子數(shù)或光子通量）除以元的面積，單位為m-2·s-1·nm-1。3.6輻照度空間不均勻度spatialnon-uniformityofirradiance；NU太陽模擬器的輻照度空間不均勻度，按公式（1）計算：式中：NU——太陽模擬器在指定測試區(qū)域內(nèi)的輻照度空間不均勻度，單位為百分比（%）；Emax——在太陽模擬器的指定測試區(qū)域內(nèi)的最大輻照度，單位為瓦特每平方米（W/m2Emin——在太陽模擬器的指定測試區(qū)域內(nèi)的最小輻照度，單位為瓦特每平方米（W/m2）。3.7輻照度時間不穩(wěn)定度temporalinstabilityofirradiance；TI太陽模擬器的輻照度時間不穩(wěn)定度，按公式（2）計算：式中：TI——太陽模擬器的輻照度時間不穩(wěn)定度，單位為百分比（%）；Emax——在太陽模擬器的指定測試區(qū)域內(nèi)任意位置，在相關(guān)時間間隔內(nèi)測量的最大輻照度，單位為瓦特每平方米（W/m2Emin——在太陽模擬器的指定測試區(qū)域內(nèi)任意位置，在相關(guān)時間間隔內(nèi)測量的最小輻照度，單位為瓦特每平方米（W/m2）。輻照度、電壓、電流）的時間；b)長期不穩(wěn)定度，相關(guān)時間間隔指采集部分或整個I-V3.8太陽模擬器分級solarsimulatorclassification太陽模擬器從光譜匹配度、輻照度空間不均勻度、輻照度時間不穩(wěn)定度這三個方面進行分級，每個性能分為A+、A、B、C四個等級。太陽模擬器分級用三個字母表示，順序依次為光譜匹配度、輻照度空間不均勻度、輻照度時間不穩(wěn)定度。4太陽模擬器要求4.1總輻照度太陽模擬器應(yīng)能夠在指定測試區(qū)域內(nèi)達到測試指定的輻照度。對于標準測試條件，應(yīng)達到1000±50W·m-2的標準輻照度。4.2光譜匹配度4.2.1通則太陽模擬器光譜分布應(yīng)與標準AM1.5G光譜相匹配。根據(jù)IEC60904-9，在指定測試區(qū)域內(nèi)，利用合適的探測器對太陽模擬器光譜輻照度進行測試，計算各個波長范圍的光譜能量匹配度或光子輻照度匹配度，用于評估太陽模擬器的光譜匹配度。4.2.2光譜能量匹配度4.2.2.1針對單結(jié)鈣鈦礦光伏器件，設(shè)置通用波長范圍（300nm～900nm通用波長范圍劃分為6個波段，各波段的波長范圍、AM1.5G標準光譜下各波段輻照度占通用波長總輻照度的比例及累計積分輻照度比例如表1所示。3T/CPIA0068—2024表1通用波長范圍下AM1.5G標準光譜各波段對總輻照度貢獻%%1300～4532453～5273527～6034603～6835683～78264.2.2.2為了適應(yīng)不同帶隙的鈣鈦礦及疊層器件的測試，設(shè)置擴展波長范圍（300nm～1200nm），擴展波長范圍劃分為6個波段，各波段的波長范圍、AM1.5G標準光譜下各波段輻照度占擴展波長總輻照度的比例及累計積分輻照度比例如表2所示。表2擴展波長范圍下AM1.5G標準光譜各波段對總輻照度貢獻%%1300～4702470～5613561～6574657～77256919～1200光譜能量匹配度為每個波長范圍實際測試的總光譜輻照度的百分比與表1或表2列出的AM1.5G標準光譜輻照度分布的百分比的比率。4.2.3光譜光子輻照度匹配度4.2.3.1對于表1中通用波長范圍所劃分的6個波段，各波段的波長范圍、AM1.5G標準光譜下各波段光子輻照度占通用波長總光子輻照度的比例及累計積分光子輻照度比例如表3所示。表3通用波長范圍下AM1.5G標準光譜各波段對總光子輻照度貢獻%%1300～4532453～5273527～6034603～6835683～78264.2.3.2對于表2中擴展波長范圍所劃分的6個波段，各波段的波長范圍、AM1.5G標準光譜下各波段光子輻照度占擴展波長總光子輻照度的比例及累計積分光子輻照度比例如表4所示。4T/CPIA0068—2024表4擴展波長范圍下AM1.5G標準光譜各波段對總光子輻照度貢獻%%1300～4702470～5613561～6574657～77256919～1200光譜光子輻照度匹配度為每個波長范圍實際測試的總光子輻照度的百分比與表3或表4列出的AM1.5G標準光譜總光子輻照度的百分比的比率。4.2.4測試方法將光譜輻射計置于指定測試區(qū)域內(nèi)，測量太陽模擬器在光譜范圍內(nèi)各個波長范圍的光譜輻照度。光譜輻照度應(yīng)在指定測試區(qū)域的至少4個位置進行測量，以消除光譜分布的潛在空間非均勻性效應(yīng)。參考IEC60904-9，對于矩形或圓形指定測試區(qū)域，宜選擇圖1所示的測試位置。圖1矩形和圓形指定測試區(qū)域的光譜輻照度測試位置在指定測試區(qū)域內(nèi)所有測試位置采集的光譜輻照度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點波長間隔應(yīng)不大于5nm，數(shù)據(jù)應(yīng)在光譜范圍內(nèi)積分，確定表1或表2中定義的6個波長范圍的光譜輻照度對總積分輻照度的貢獻百分比。在指定測試區(qū)域內(nèi)所有測試位置采集的光譜光子輻照度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點波長間隔應(yīng)不大于5nm，數(shù)據(jù)應(yīng)在光譜范圍內(nèi)積分，確定表3或表4中定義的6個波長范圍的光譜光子輻照度對總光子輻照度的貢獻百分比。注：宜采用光譜輻射計測量太陽模擬器光譜輻照度分布，其光譜響應(yīng)4.3輻照度空間不均勻度在指定測試區(qū)域內(nèi)，利用合適的探測器對太陽模擬器輻照度進行測試，計算其輻照度空間不均勻度。宜采用封裝的晶體硅太陽電池或陣列模塊作為輻照探測器，通過測量其短路電流評估指定測試區(qū)域內(nèi)的輻照度空間不均勻度。對于指定測試區(qū)域面積較小的太陽模擬器，宜采用含掩膜板的晶體硅太陽電池或光敏二極管作為輻照探測器。對于單個電池和小型電池模組測試，輻照探測器最大有效測試面積應(yīng)不大于指定測試區(qū)域面積的1/25。對于組件測試，輻照探測器最大有效測試面積應(yīng)不大于指定測試區(qū)域面積的1/25或400cm2，二者中取較小值。5T/CPIA0068—2024光譜輻照度應(yīng)在指定測試區(qū)域的至少25個位置進行測量，對于雙光源或多光源模擬器，宜引入更多的測試位置進行測量。將太陽模擬器的指定測試區(qū)域均勻劃分為不少于25個測試位置。將其中一個位置作為輻照探測器的起始位置，在整個指定測試區(qū)域內(nèi)移動輻照檢測器，兩個空間方向的最小步長宜為探測器尺寸。用輻照探測器在每個測試位置測量輻照度，確定指定測試區(qū)域內(nèi)的最大輻照度和最小輻照度，根據(jù)公式（1）計算輻照度空間不均勻度。注：測試過程中需考慮探測器微裂痕、模擬器和環(huán)境光反射、測試電時間較長，可在任意位置引入第二探測器修正4.4輻照度時間不穩(wěn)定度4.4.1通則在相關(guān)時間間隔內(nèi)，在指定測試區(qū)域內(nèi)任一位置，利用合適的探測器對太陽模擬器輻照度進行測試，計算其輻照度時間不穩(wěn)定度。輻照度時間不穩(wěn)定度分為輻照度短期不穩(wěn)定度和輻照度長期不穩(wěn)定度。4.4.2輻照度短期不穩(wěn)定度對于I-V特性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能同時采集并儲存輻照度、電壓、電流數(shù)據(jù)集的太陽模擬器，其輻照度短期不穩(wěn)定度直接定義為A+級。對于I-V特性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能同時采集并儲存輻照度、電壓、電流數(shù)據(jù)集的太陽模擬器，其輻照度短期不穩(wěn)定度取決于數(shù)據(jù)采集期間連續(xù)兩個數(shù)據(jù)集間的輻照度變化。4.4.3輻照度長期不穩(wěn)定度對于輻照度、電流、電壓三通道I-V測試方法，太陽模擬器輻照度長期不穩(wěn)定度測試時間為I-V特性曲線測試時間。對于電流、電壓雙通道I-V測試方法，太陽模擬器輻照度長期不穩(wěn)定度取決于I-V測試過程中輻照度變化。對于長時輻照測試，使用合適的輻照探測器和合適的平均時間來記錄相關(guān)時間間隔中的輻照度變化。對于多燈系統(tǒng)，應(yīng)明確指定測試區(qū)域內(nèi)的代表性位置。宜在光照期間以不小于5分鐘的時間間隔采集至少100個輻照度值，確定最大輻照度和最小輻照度，根據(jù)公式（2）計算輻照度時間不穩(wěn)定度，用于評估太陽模擬器輻照度長期不穩(wěn)定度。4.5光譜分級標準太陽模擬器應(yīng)根據(jù)其光譜匹配度、輻照度空間不均勻度、輻照度時間不穩(wěn)定度的測量結(jié)果，按照表5的規(guī)定確定光譜匹配度、輻照度空間不均勻度、輻照度時間不穩(wěn)定度的級別，按照順序確定太陽模擬器的級別。對于光譜匹配度，以光譜能量匹配度和光子輻照度匹配度的最低評級為最終分級。對于輻照度時間不穩(wěn)定度，以輻照度長期不穩(wěn)定度為最終分級。表5太陽模擬器光譜分級標準0.875～1.1250.875～1.125A0.75～1.250.75～1.25B0.6～1.40.6～1.4C0.4～2.00.4～2.04.6性能檢查太陽模擬器遇到下列情況時，應(yīng)及時檢查4.1到4.4所描述太陽模擬器的特性：a)器件老化導(dǎo)致技術(shù)參數(shù)發(fā)生變化；6T/CPIA0068—2024b)太陽模擬器光源和相關(guān)的電源損壞更換或性能變化；c)用來調(diào)整輸出光線的光學(xué)器件或濾光片損壞更換或性能變化；d)測試腔室內(nèi)反射條件發(fā)生較大改變。這些變化可能造成模擬器超過允許的范圍。探測器應(yīng)該有足夠的視角，以便能夠接受測試面內(nèi)任意一點所有的入射光。5數(shù)據(jù)單每臺適用于鈣鈦礦光伏器件性能測試的太陽模擬器均應(yīng)附有一份數(shù)