Стабильный солнечный фотосимулятор, как основное оборудование для тестирования производительности фотоэлектрических устройств, точность отладки и калибровки напрямую влияет на надежность результатов испытаний. В этой статье будет описан стандартизированный рабочий процесс стабильного симулятора солнечного света с точки зрения состава системы, ключевых технических показателей, процесса отладки и методов калибровки.

Основные компоненты оборудования и технические показатели

(i) Состав системы

Стабильный симулятор солнечного света состоит в основном из системы источника света, оптического интегратора, модуля фильтра, регулятора облучения, системы управления температурой и калибровочного блока. В том числе:

- Источники света: использование высоковольтных ксеноновых ламп или светодиодных массивов, охватывающих диапазоны от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона (300 - 2500 нм)

Оптический интегратор: равномерное распределение силы света через призму

- Фильтр AM1.5: спектр Солнца для точного моделирования массы атмосферы 1.5

Модуль регулирования облучения: регулирование облучения с помощью фильтра нейтральной плотности или модуляции PWM

- Система контроля температуры: поддержание температуры в испытательной полости в диапазоне 25±2°С

(ii) Ключевые показатели эффективности

Спектральное соответствие: отклонение от стандартного солнечного спектра (ASTM E927) на ±25%

2. Равномерность облучения: разница в облучении в пределах зоны эффективного испытания составляет ±2%

3. Устойчивость к облучению: колебания в течение 1 часа ±1%

Пространственная однородность: тестовая зона 100mm соответствует стандарту IEC 60904 - 9

II. Отладка процесса калибровки

(i) Проверка начального состояния

1. Механическая калибровка:

- Настройка фокусировки источника света, чтобы центр пятна был перпендикулярен плоскости теста

- Проверьте расположение призм интегратора, чтобы убедиться, что нет отклонения или затенения.

2. Электрический контроль:

- Проверка пускового напряжения ксеноновой лампы (обычно 20 - 30 кВ)

- Проверка согласованности тока привода светодиодной решетки (отклонение < 3%)

(ii) Калибровка спектрального соответствия

1. Базовый спектральный сбор:

- Сбор исходного спектра с помощью калибровочного спектрометра (например, AvaSpec - ULS2048)

- Сравнение стандартного солнечного спектра (AM1.5G, 1000W / m²) для построения кривой отклонения

2. Оптимизация системы фильтрации:

- Использование комбинации фильтров UG5 / GG495 для коррекции ультрафиолетового диапазона

- Настройка параметров инфракрасного фильтра с отсечкой для управления долей частот выше 850 нм

3. Итеративная проверка:

- Достижение спектрального взвешенного соответствия A (дельта < 15%) путем многократной регулировки угла фильтра

(iii) Регулирование однородности облучения

1.Тестирование сетки:

- Разделите тестовую плоскость на сетку 10×10, измеряемую по точкам с использованием эталонных батарей калибровочного класса (например, PV Reference Cell, Class AA)

- Запись максимального значения (Vmax), минимального значения (Vmin) и стандартного отклонения (сигма)

2. Оптимизация однородности:

- Настройка высоты интегратора, изменение угла рассеяния света

- Тонкая настройка угла вторичного зеркала для компенсации затухания края

- Типичные параметры регулировки: интегратор находится на расстоянии 150 - 200 мм от тестовой поверхности, угол расхода ±1,5 °

3. Критерии сертификации:

- Коэффициент однородности U = (1 - сигма / Vavg) x 100% > 98%

iv) Количественная калибровка облучения

1. Справочный метод батарей:

- Выберите эталонный аккумулятор калиброванного уровня, прослеживаемый NIST (например, Fraunhofer ISE # 535)

- Измерение тока короткого замыкания в стандартных условиях испытаний (STC, 25°C / 1000W / m²)

- Расчет фактического облучения E = Isc / K на основе эталонной чувствительности батареи K (мкА / (W / m²))

2. Проверка дозиметром:

- Проверка аккумуляции облучения с использованием химических дозиметров (например, бумаги Робертсона - Бергера)

- Сравнить теоретическую экспозицию с измеренными значениями, погрешность должна быть < ±3%

(v) Калибровка температурного контроля

1. Контроль температуры полости:

- Настройка PID - параметров системы контроля температуры (типичное значение: P = 50%, I = 0,5, D = 0.1)

- Контроль температуры полости с помощью датчика PT100, колебания должны быть < ±0,5 °C / мин

2. Контроль температуры проб:

- Установка термопар на испытательной плоскости для мониторинга температурного поля поверхности образца в режиме реального времени

- Включение системы активного охлаждения (водяного охлаждения / Peltier) для поддержания температуры образца 25 ± 1°С

III. Особые элементы отладки сцены

(i) Режим импульсного тестирования

1. Регулирование частоты вспышки ксеноновых ламп (типично 1 - 20 Гц)

Синхронный триггерный осциллограф собирает переходную реакцию батареи

Проверка ширины импульса и времени подъема (tr < 1ms)

(ii) Многоспектральное моделирование

Переключение настраиваемых наборов фильтров (например, 400 - 1100нм сегментов)

2. Калибровка спектрального распределения мощности в спектральном диапазоне (классификация CIE S0.5)

3. Нечувствительность к углу проверки (изменение угла падения ±60°, выходное колебание < 5%)

IV. Система обеспечения качества

1. Периодическое обслуживание:

Замена ксеноновых ламп каждые 200 часов

- Ежемесячная чистка призмы интегратора (вытирание спиртом)

- Ежегодная отправка эталонных батарей (лаборатория NPL / JCRPR)

2. Анализ неопределенности:

- Расширенная неопределенность U 2,5% (k = 2)

- Основные источники вклада: стабильность эталонных батарей (35%), спектральное рассогласование (25%), измерение однородности (20%)

3. Необычная обработка:

- Проверка расхода охлаждающей воды при мутации облучения (> 3L / min)

- Очистка поверхности фильтра при спектральном смещении (без остатков волокон)