应用于光伏组件测试的3A级太阳模拟器的设计

摘要：主要对光伏组件在生产过程中进行电性能参数全自动测试，进行了原因的研究、理论计算和结构设计。设计了符合国际标准的3A级太阳模拟器和全自动测试机构。大大提高了测试的效率，降低测试的劳动强度，并保证了测试精度。

世界光伏产能近十年内的平均增幅高达30%以上，中国已经是世界级的光伏产能大国，同时也是光伏产业增长速度最快的国家之一。我们知道，光伏发电应用在中国却非常少见，和其产能大国的身份很不相称，主要原因是光伏发电的成本还是太高（约为火电发电的4倍）。

光伏组件制造业的健康快速发展离不开光伏组件测试技术的辅佐和推动。太阳电池工艺改进、产品定型、耐候实验等都离不开光伏测试。为了使光伏测试报告具有可比性，国际组织规定了光伏器件的地面标准测试条件（简称STC），但是这只是一种理想条件，现实中不可能直接获得，所以需要一种模拟标准太阳辐射的装置来为光伏器件测试提供光照，这种用灯光来模拟太阳辐射的装置叫做太阳能模拟器。光伏组件测试尤其是太阳电池生产线上的测试，一般都是在太阳能模拟器提供的模拟光下进行的。

1 太阳模拟器的相关标准

（1） 国际电子电工委员会82技术委员会为地面用光伏组件的额定电气参数提出了"标准测试条件STC",其具体规定为：

组件温度：25℃辐照度：1000 W/m2光谱辐照分布：AMl.5（2）国际电工委员会（ⅢC）制定了太阳能模拟器的等级划分标准，见表1所示。

2 太阳能模拟器外形结构

为了达到较好的辐照均匀性，绝大多数测试光伏组件的太阳能模拟器体积庞大。

图1为光均匀性计算示意图，d为点光源到测试屏的距离，r为测试半径。根据光在某点的强度和到电光源的距离平方成反比，根据IEC60904-9标准要求，计算得到满足3A级光均匀性要求的公式为：

,所以有d^2≥7r.一般在生产中光伏电池组件的长度可达2 m,所以不依靠其他辅助光学系统的话，d的距离要大于9.9 m,因此国际上有些设备厂家为了匀光的需要，组件测试和光源距离达13 m,距离的增加导致光的衰减非常厉害，因此需要一个庞大的电源系统，整套系统制造昂贵，能耗高。

本设计对光学匀光系统进行专业设计，光源离组件距离2.2 m,大大减少了设备的尺寸和电源的能耗，设备外观图如2所示。

整个测试在封闭环境内进行，减少了外界光线对测试结果的影响，电池板能够自动通过流水线输入和输出，整个高度约3 m.

3 光源系统

3.1匀光系统

匀光系统采用专业光学设计软件Tracepro仿真设计，Tracepro是一套可以做照明系统分析、传统光学分析、辐射度以及光度分析的软件，它也是第一套由符合工业标准的ACIS立体模型绘图软件所发展出来的光机软件。为了减少光源和电池板的测量距离，基本思想是减少中间的光强，提高周边的光强，基于这个思想建立模型如图3所示。

基于这个模型系统仿真光照度的分布图如图 4所示，从曲线分布可以看出这个模型在l m×2 m的区域不均匀度小于2%.进行试验实际测试不均匀度小于1.5%符合IEC60904.9-2007的规定。

3.2滤光系统

滤光系统委托国内光学研究机构设计，采用对红外和紫外反射的方式使氙灯的光谱符合砸C60904-9-2007规定，由于采用了先进的反射镀膜的方法降低了滤光光学系统的热效应，提高了光学滤光系统的稳定性，延长了寿命。

4 太阳模拟器电源系统

太阳模拟器电源系统采用PWM充电控制，充电电压可预先设定，脉冲平顶宽度可调整，充电过程采用PID控制确保充电电压的精准，电源系统控制流程图如图5所示。

5 结论

随着太阳能行业不断发展，太阳能生产厂家对检测设备的要求越来越高，成本要求越来越低，太阳能电池组件的质量会更好。

作为设备制造商来讲，要想做出好用、实用、耐用的专业设备，就要研究相关国际标准和客户的实际需求，研发出既满足客户工艺需求又满足国际标准的高效率高稳定的检测设备。