太阳模拟器的发展进展

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1、太阳模拟器的发展进展万松徐林上海交通大学物理系太阳能研究所摘要：太阳模拟器是一种在室内模拟太阳光的设备，在光伏行业，它主要用于太阳电池和组件的电性能测试、光老化试验，热板耐久试验等。本文介绍了太阳模拟器的发展状况以及发展趋势。首先本文对太阳模拟做了一个简单的概述，讲明我们为什么要使用太阳模拟器。接着本文介绍了太阳模拟器的几种分类方式，使得对太阳模拟器的了解更加的细化与具体。结合PhotonInternational的调查结果，本文介绍了太阳模拟器的生产现状。然后，本文介绍了太阳模拟器的实现原理和技术概要。最后，本文介绍了太阳模拟器的未来的发展方向。关键词：太阳模拟器；分类；现状分析；技术

2、概要；趋势预测1.太阳模拟器的用途与简介太阳模拟器是一种在室内模拟太阳光的设备，在光伏行业，它主要用于太阳电池和组件的电性能测试、光老化试验，热板耐久试验等。太阳电池是光谱选择性器件[1]，其光电灵敏度随太阳光谱分布变化而变化，如图1所示。自然阳光光谱分布不稳定会影响光伏测试结果的可重复性，而且由于自然阳光的总辐照度无法调节，对其光谱分布与标准条件光谱的差异（光谱失配）进行校正时，需要实时监测阳光光谱，但太阳光谱测量的准确度上不高，据文献[2]报道：光谱测试在可见光区间的不确定度为4%，紫外区间和红外区间的不确定度为8%～10%。所以，光伏测试尤其是太阳电池生产线上的测试，一般都是在太阳

3、能模拟器提供的模拟光下进行的。图1：不同光伏器件的相对光谱响应。(a)晶硅和多晶硅光伏组件，(b)薄膜组件人工模拟太阳光与自然阳光，两者之间的有如下优缺点，如表1-1所示：表1：模拟太阳光与自然光性能比较性能优点缺点类型1，连续性光照；1，受时间和气候影响；自然阳光2，辐照均匀性好，准直性高；2，总辐照度不能调节；3，光谱失配度好；3，光谱分布不稳定；1，可连续发光，也可闪光方式；1，辐照均匀性不易调节；2，总辐照度稳定且可调；模拟太阳光2，光谱失配度不易调整；3，不受时间，季节和气候的影响；3，光的准直性不够好；4，便于和太阳电池生产线集成；为了使光伏测试结果具有可比性，国际组织IEC

4、规定了光伏器件的地面标准测试条件[3-4]（简称STC），它包含辐照总能量与光谱两层意思。对于地面用太阳电池来说要满足总辐照度1000W/m2，光谱分布AM1.5；对航天用太阳电池来说要满足总辐照度1367W/m2，光谱分布AM0，如图2所示。但是这是一种理想条件，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，并且IEC根据三个指标对不同的太阳模拟器进行了等级划分，如表二所示。表2IEC标准中太阳模拟器等级分类[4]级别ABC指标辐照不均匀度≤2%≤5%≤10%光谱失配度0.75-1.250.6-1.40

5、.4-2.0辐照不稳STI≤0.5%≤2%≤10%定度LTI2%5%10%图2：AM0与AM1.5光谱2.太阳模拟器的发展现状2.1太阳模拟器的分类太阳模拟器一种模拟太阳光进行太阳电池室内测试的设备。太阳模拟器技术可以按照不同标准进行分类，以下介绍四种常用的分类方法。其中前三种是人们熟知的方式，他们是基于目标市场及等级分类，第四种方法是基于实现层面的分类。2.1.1按测试面积分类根据太阳模拟器的有效光照面积也就是目标市场的不同，一般可分为两大类：单片测试仪和组件测试仪。单片测试仪常称为电池测试仪（celltester）或IV测试仪（celltester），它一般用于电池片工厂后端的功率测

6、试及分选和组件工厂前端的功率测试及分选，测试面积较小，一般为100cm2到400cm2，可以满足常规的125、156太阳电池的测试。组件测试仪，常称为太阳模拟器(solarsimulator)，它一般用于组件工厂后端的出厂测试，测试面积较大，一般在1000mm*2000mm左右，它可以满足当前72片156晶硅一下的任何一种常规组件的出厂测试。另外还有少部分的串测仪（StringTester），它是细长型的，一般为200mm*2000mm，主要用于组件层压之前的电压、电流匹配性测试。目前匹配性测试已经逐渐的被EL测试仪所替代。此分类下各类模拟器的特点如表3所示。表3：太阳模拟器的面积分类分

7、类电池测试仪晶硅（薄膜）组件测试仪测试面积小测试面积大四线制测量，有探针夹具四线制测量，无探针夹具特点多为箱体式下打光多为箱体式上打光多集成在电池分选机上多集成在组件封装的后端2.1.2按IEC等级分类不论是购买电池测试仪还是组件测试仪，在购买之初最关心的就是模拟器的等级，根据上节中IEC标准的规定，可以将太阳模拟器按IEC等级划分。和短板理论类似，IEC标准规定，在IEC等级的三个指标中，等级最差的那个作为太阳模拟器的最终等级。在