Als Kernausrüstung für die Leistungsprüfung von Photovoltaik-Geräten wirken sich die Inbetriebnahme und Kalibrierungsgenauigkeit des Stable-State-Sonnensimulators direkt auf die Zuverlässigkeit der Testergebnisse aus. Dieser Artikel erläutert den standardisierten Betriebsprozess eines stabilen Sonnensimulators in Bezug auf die Systemzusammensetzung, die wichtigsten technischen Indikatoren, den Inbetriebnahmeprozess und die Kalibrierungsmethoden.

1. Kernkomposition und technische Indikatoren

a) Systemzusammensetzung

Der Stable-State-Sonnensimulator besteht hauptsächlich aus Lichtquellensystemen, optischen Integratoren, Filtermodulen, Strahlungsregelgeräten, Temperaturregelsystemen und Kalibriereinheiten. Dazu gehören:

Lichtquellensystem: Hochdruck-Xenonlampen oder LED-Arrays für die Abdeckung des UV- bis Nahinfrarotbandes (300-2500 nm)

- Optischer Integrator: Gleichmäßige Verteilung der Lichtintensität durch Prisma-Arrays

AM1.5 Filter: Genaue Simulation des Sonnenspektrums mit einer Atmosphärenmasse von 1,5

- Strahlungseinstellungsmodul: Strahlungseinstellung durch neutralen Dichtefilter oder PWM-Dimming

- Temperaturkontrollsystem: Erhaltung der Testkammertemperatur im Bereich von 25 ± 2 ° C

b) Schlüssel-Leistungsindikatoren

Spektrale Übereinstimmung: Abweichung von ≤ ± 25 % vom Standard-Sonnenspektrum (ASTM E927)

2. Strahlungsgleichmäßigkeit: Unterschied der Strahlungsgrad innerhalb des effektiven Testbereichs ≤ ± 2%

3. Strahlungsstabilität: Schwankungen ≤ ± 1% innerhalb von 1 Stunde

4. Raumgleichmäßigkeit: ≥φ100mm Testbereich erfüllt IEC 60904-9

II. Inbetriebnahme des Kalibrierungsprozesses

a) Erste Zustandsprüfung

Mechanische Kalibrierung:

- Die Lichtquelle fokussiert so, dass das Zentrum der Flecken vertikal zur Testebene steht

- Überprüfen Sie die Integrator-Prisma-Anordnung, um sicherzustellen, dass keine Abneigung oder Verschleierung

2. Elektrische Prüfung:

- Überprüfen Sie die Auslösungsspannung der Xenonlampe (normalerweise 20-30kV)

- Testen der LED-Array-Antriebsstromkonsistenz (Abweichung < 3%)

(2) Spektrale Übereinstimmungskalibrierung

1. Referenzspektrumerfassung:

- Erfassung des Originalspektrums mit einem kalibrierten Spektrometer wie AvaSpec-ULS2048

- Erstellen von Abweichungskurven im Vergleich zum Standard-Sonnenspektrum (AM1.5G, 1000W/m²)

2. Optimierung des Filtersystems:

- UV-Korrektur mit UG5/GG495 Filtern in Kombination

- Parameter des Infrarot-Abschnittfilters anpassen, um den Bandanteil über 850nm zu steuern

3. Iterative Verifizierung:

- Durch mehrfache Einstellung des Filterwinkels wird die spektralgewichtete Übereinstimmung auf A erreicht (Δ<15%)

(3) Gleichmäßige Strahlungseinstellung

1. Grid-Test:

- Teilung der Testebene in ein 10 x 10-Gitter und Messung punktweise mit einer kalibrierten Referenzbatterie (z. B. PV-Referenzzelle, Klasse AA)

Aufzeichnung von Maximalwerten (Vmax), Minimalwerten (Vmin) und Standardabweichungen (σ)

2. Optimierung der Gleichmäßigkeit:

- Integratorhöhe anpassen, Lichtstreuungswinkel ändern

- Feineinstellung des Winkels des Sekundärspiegels, um die Randdämpfung zu kompensieren

- Typische Einstellungsparameter: Entfernung des Integrators von der Prüffläche 150-200mm, Dispersionswinkel ± 1,5°

3. Validierungskriterien:

- Gleichmäßigkeitskoeffizient U = (1-σ / Vavg) × 100% > 98%

(4) Quantitative Strahlungskalibrierung

1. Hinweis auf Batterie:

- Auswahl einer NIST-nachverfolgten Referenzbatterie für die Kalibrierung (z.B. Fraunhofer ISE #535)

- Messung des Kurzschlussstroms Isc unter Standardprüfbedingungen (STC, 25°C/1000W/m²)

Berechnung der tatsächlichen Beleuchtung E=Isc/K auf der Grundlage der Referenz-Batterieempfindlichkeit K(μA/(W/m²))

2. Dosismessung:

- Überprüfung der Akkumulation von Strahlung mit einem chemischen Dosimeter (z. B. Robertson-Berger-Testpapier)

- Vergleich der theoretischen Belichtung mit dem tatsächlichen Wert, der Fehler sollte <± 3%

Kalibrierung der Temperaturregelung

1. Kammertemperatur:

- Einstellung der PID-Parameter des Temperaturreglersystems (typischer Wert: P = 50%, I = 0,5, D = 0,1)

- Überwachung der Kammertemperatur mit PT100-Sensor, Schwankungen sollten < ± 0,5 ° C / min

2. Probentemperaturüberwachung:

- Thermoelektronenarrays auf der Testebene zur Echtzeitüberwachung der Oberflächentemperaturfelder der Probe

- Aktivkühlungssystem (Wasserkühlung/Peltier) starten und die Probentemperatur 25 ± 1 ° C aufrechterhalten

3. Besondere Szenenbedienungspunkte

(a) Pulsprüfmodus

1. Einstellung der Xenonlampenblitzfrequenz (typisch 1-20Hz)

2. Synchronisierung auslöst Oscilloscope Akku-Erfassung transiente Reaktion

Prüfung der Pulsbreite und Anstiegszeit (tr<1ms)

Multispektrale Simulation

1. Schalten Sie einstellbare Filtergruppen (z. B. 400-1100nm-Bandbreite)

2. Spektrale Leistungsverteilung für die Kalibrierung der Bandbreite (Klassifizierung CIE S0.5)

3. Überprüfung der Winkelunempfindlichkeit (Eingangswinkeländerung ± 60°, Ausgangsschwankungen < 5%)

4. Qualitätssicherungssystem

1. Regelmäßige Wartung:

Ersatz der Xenonlampe alle 200 Stunden

- Monatliche Reinigung des Integratorprismas (alkoholisches Wischen)

- Jährliche Überprüfung von Referenzbatterien (NPL/JCRPR Labor)

Unsicherheitsanalyse:

Erweiterungsunsicherheit U≤2,5% (k=2)

Hauptbeitragsquellen: Referenzbatteriestabilität (35 %), Spektralschwäche (25 %), Gleichmäßigkeitsmessung (20 %)

3. Ausnahmebedingungen:

- Kontrolle des Kühlwasserstroms bei Strahlungsmutationen (> 3L/min)

- Reinigung der Filteroberfläche bei Spektralverschiebung (keine Faserreste)