Calibrazione FV: come calibrare un simulatore solare

Risposta rapida: La calibrazione di un simulatore solare è ciò che rende tracciabile ogni rating dei moduli prodotto dalla vostra linea. La calibrazione imposta l'irraggiamento e lo spettro del simulatore rispetto a un dispositivo di riferimento, in modo che una misurazione a 1000 W/m2 e 25 °C significhi la stessa cosa sulla vostra linea come in un laboratorio di certificazione. La procedura segue la IEC 60904 e prevede una cella o un modulo di riferimento con una calibrazione nota, misurato sotto il simulatore e confrontato con il suo valore dichiarato. I requisiti chiave sono un irraggiamento stabile su tutto il piano di prova, uno spettro corrispondente a quello di riferimento e una temperatura controllata. I valori di lavoro tipici includono un dispositivo di riferimento calibrato nell'intervallo 200 W - 500 W e misurazioni di corrente fino a circa 1 A. Un simulatore che si discosta dalla calibrazione non fallisce in modo evidente; classifica silenziosamente i moduli in modo errato, ed è per questo che l'intervallo di calibrazione è un elemento di conformità.

Produzione di moduli fotovoltaici · di Jerry, Ooitech

Introduzione: perché Simulatore solare la calibrazione è importante

Nei test sui moduli fotovoltaici, una misurazione affidabile inizia da una cosa: un simulatore solare correttamente calibrato. Se l'uscita del simulatore non è controllata con precisione, la potenza, la corrente e l'efficienza misurate del modulo possono discostarsi dal valore reale. In un mercato dove i moduli da 500 W e di potenza superiore sono già comuni, anche un errore dello 0,5% può diventare commercialmente significativo.

Un simulatore solare è un dispositivo progettato per riprodurre la luce solare in condizioni di laboratorio controllate. È ampiamente utilizzato per i test di prestazione dei moduli PV, specialmente in condizioni STC, o Standard Test Conditions. In parole semplici, è la principale fonte di luce dietro i test elettrici PV professionali.

Figura 1 Simulatore solare A+ A+ A+

Fonte immagine: Internet

Calibrazione dell'Irraggiamento in Condizioni STC

Per la maggior parte del lavoro di calibrazione in laboratorio, il primo obiettivo è l'irraggiamento. In condizioni STC, il simulatore deve essere regolato a 1000 W/m² con uno spettro AM1.5G e una temperatura della cella di 25°C.

Nell'industria PV, una cella WPVS è comunemente usata come Dispositivo di Riferimento Primario. Istituti di metrologia qualificati come PTB o NREL forniscono la corrente di cortocircuito calibrata, o Isc, della cella WPVS sotto irraggiamento AM1.5G e 1000 W/m². Questo valore di calibrazione è tracciabile al Sistema Internazionale di Unità, e la sua incertezza può essere bassa fino a circa lo 0,5%.

Grazie a questa tracciabilità e stabilità, la cella WPVS è spesso utilizzata per trasferire un valore di calibrazione a bassa incertezza a dispositivi di riferimento secondari.

Tuttavia, la calibrazione del simulatore solare a livello di modulo non riguarda solo l'impostazione di un numero nel software. L'area di test è grande, spesso intorno a 2,6 m × 1,5 m o anche 3 m × 2 m. Prima della regolazione finale dell'irraggiamento, la distribuzione dell'irraggiamento sul piano di prova deve essere misurata punto per punto. Secondo la norma IEC 60904-9, l'area di prova per la non uniformità deve coprire almeno l'80% dell'area di prova del simulatore. Successivamente, si può calcolare l'irraggiamento medio dell'intero piano di prova e utilizzarlo come base per la calibrazione.

Figura 2 Cella WPVS

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Monitoraggio della cella di riferimento WPVS: piccoli errori di posizione contano

Durante la calibrazione, la cella WPVS viene solitamente posizionata nella posizione della cella di riferimento per monitorare l'irraggiamento in tempo reale durante il funzionamento del simulatore. Il segnale di corrente dalla cella WPVS viene convertito in un segnale di tensione tramite un amplificatore o un resistore, e poi letto dal sistema del simulatore.

La calibrazione viene completata regolando il parametro software pertinente. Ad esempio, alcuni simulatori Halm utilizzano un'impostazione del valore di calibrazione, mentre alcuni sistemi Pasan utilizzano impostazioni di sensibilità. In alcuni sistemi, la relazione tra corrente e sensibilità viene fornita direttamente come formula di conversione.

Ma c'è un dettaglio facilmente trascurato: la cella di riferimento è spesso posizionata all'esterno dell'area di prova principale. L'irraggiamento in quella posizione può essere inferiore all'irraggiamento medio sul piano di prova del modulo. Se il valore metrologico viene utilizzato direttamente senza compensazione, l'irraggiamento effettivo nell'area di prova del modulo potrebbe diventare troppo alto, il che influirà sulla potenza misurata.

Anche se la cella di riferimento è posizionata all'interno dell'area di prova, il problema non scompare completamente. Per un simulatore di classe A+ con non uniformità inferiore all'1%, la cella di riferimento è spesso posizionata vicino al bordo della zona di prova. Questo può ancora introdurre una deviazione di circa lo 0,5% all'1%. Nel test fotovoltaico, questo non è un numero piccolo.

La temperatura della cella di riferimento deve anche essere controllata vicino a 25°C. Sebbene il coefficiente di temperatura di Isc sia solitamente relativamente piccolo, la fluttuazione di temperatura contribuisce comunque all'incertezza di misura. Se la precisione è l'obiettivo, l'influenza della temperatura dovrebbe essere ridotta il più possibile.

Figura 3 Area di prova del simulatore solare e posizione della cella di riferimento

Calibrazione a diversi livelli di irraggiamento

Le celle WPVS non sono solo stabili; offrono anche una buona linearità. Questo le rende utili per calibrare l'irraggiamento del simulatore a diversi livelli di intensità luminosa. Ad esempio, se l'irraggiamento target è 200 W/m², il valore di Isc calibrato a 1000 W/m² può essere moltiplicato per 0,2 per ottenere la corrente di riferimento attesa.

Per i simulatori solari a lampada allo xeno, grandi variazioni di irradianza sono spesso ottenute con filtri diversi. Dopo aver cambiato i filtri, si consiglia di rimisurare la non uniformità dell'irradianza, perché la distribuzione ottica può cambiare insieme all'intensità.

Calibrazione spettrale: simulatori a xeno e LED

Per i simulatori solari a xeno, lo spettro è determinato principalmente dalla sorgente della lampada e dai filtri ottici. Nella maggior parte dei laboratori, lo spettro non può essere regolato liberamente. Pertanto, il metodo corretto è utilizzare uno spettrometro calibrato per misurare lo spettro in diverse posizioni nell'area di test. Secondo la norma IEC 60904-4, sono richiesti almeno quattro punti di misura.

Il punto chiave non è far apparire lo spettro perfetto in un solo punto, ma confermare che il simulatore soddisfi la classe spettrale richiesta sull'intera area di test pertinente.

Figura 4 Posizioni di misura spettrale

I simulatori solari a LED sono più flessibili. La loro distribuzione spettrale può di solito essere regolata tramite software, rendendo più facile soddisfare i requisiti spettrali di classe A+ della norma IEC 60904-9. Tuttavia, la deviazione spettrale, spesso discussa attraverso la valutazione legata alla SPD, dovrebbe essere mantenuta il più bassa possibile.

Una preoccupazione pratica è che i simulatori a LED sono normalmente costruiti con più schede a circuiti LED. Questo può portare a una notevole non uniformità spettrale sul piano di test. Per questo motivo, è meglio misurare più punti invece di affidarsi solo al requisito minimo.

Un altro punto importante: i simulatori a LED possono ottenere grandi variazioni di irradianza senza filtri, ma il loro spettro può comunque cambiare a diversi livelli di irradianza. Ogni volta che l'impostazione dell'irradianza cambia in modo significativo, lo spettro dovrebbe essere ricontrollato piuttosto che assumere che rimanga invariato.

Riepilogo: la calibrazione è il fondamento della misurazione fotovoltaica

La calibrazione del simulatore solare è uno dei fondamenti del test accurato dei moduli fotovoltaici. In laboratorio, lo scopo principale è ottenere una misurazione precisa e poi trasferire valori di calibrazione di alta qualità a dispositivi di riferimento secondari.

Nelle linee di produzione, la strategia di calibrazione può essere diversa perché velocità, ripetibilità, stabilità dell'attrezzatura e controllo del processo di fabbrica diventano tutti parte del sistema di misurazione. Ma il principio fondamentale rimane lo stesso: la sorgente luminosa deve essere controllata, verificata e compresa.

Sia la calibrazione dell'irraggiamento che la misurazione spettrale richiedono un lavoro accurato. La posizione della cella di riferimento, la non uniformità dell'area di test, i cambi di filtro, la distribuzione spettrale dei LED e il controllo della temperatura possono tutti influenzare il risultato finale di potenza. Nei test fotovoltaici, i piccoli errori non rimangono piccoli a lungo.

Il Punto di Vista di Ooitech

Come fornitore di attrezzature che lavora con linee di produzione di moduli solari, Ooitech vede la calibrazione del simulatore solare non come un'impostazione una tantum, ma come parte dell'intero sistema di controllo qualità della fabbrica. Per la produzione di moduli ad alta produttività, il tester IV e il simulatore solare devono essere abbinati a routine di calibrazione chiare, dispositivi di riferimento stabili e formazione pratica degli operatori; altrimenti, la precisione di laboratorio potrebbe non tradursi in ripetibilità sulla linea di produzione. La vera sfida è bilanciare la precisione con l'efficienza produttiva quotidiana, specialmente quando le tecnologie avanzate dei moduli e le potenze nominali più elevate rendono più visibili le piccole deviazioni di misura.