Komercyjnie dostępne moduły fotowoltaiczne posiadają potwierdzony przez producenta zestaw parametrów elektrycznych i temperaturowych oraz dane dotyczące ich budowy oraz wymiarów. Z punktu widzenia klienta (a także instalatora) niezwykle istotne są parametry elektryczne, takie jak moc maksymalna czy sprawność konwersji.
Informacje te, w każdym module znajdują się na tabliczce znamionowej oraz w karcie katalogowej. Jednak niewielu klientów zadaje sobie pytanie, jak wartości te zostały wyznaczone? W kilku pierwszych artykułach, które ukazały się na portalu PV innowacje, opisywaliśmy akredytowane laboratorium fotowoltaiczne działające w strukturze Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN zlokalizowane w Kozach k. Bielska-Białej.
Znalazły się tam informacje na temat prowadzonych badań, zakresu akredytacji oraz sposobu wykorzystania aparatury badawczej przy pomiarach parametrów elektrycznych ogniw i modułów PV. Warto przypomnieć, że Laboratorium Fotowoltaiczne IMIM PAN (LF IMIM PAN) jest pierwszym akredytowanym przez PCA laboratorium fotowoltaicznym i do dnia dzisiejszego jedynym tego typu laboratorium w naszym kraju. Akredytacja LF IMIM PAN w obszarze fotowoltaiki dotyczy pomiarów parametrów elektrycznych, zarówno modułów PV, jak i ogniw słonecznych wykonanych na bazie krzemu krystalicznego. Więcej w artykule: Pierwsze w Polsce Akredytowane Laboratorium Fotowoltaiczne.
Sprzęt jaki laboratorium wykorzystuje do badań modułów PV to symulator do pomiaru parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych. Model: Quick Sun 820A firmy Endeas. Symulator ten przeznaczony jest do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej oraz wynikających z niej parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych. Urządzenie składa się ze źródła światła w postaci błyskowej lampy ksenonowej, która pozwala podczas pomiaru oświetlić moduł światłem zbliżonym do promieniowania słonecznego.
Parametry podawane są dla standardowych warunków pomiaru określanych jako STC (Standard Test Conditions). Zdefiniowane są one przez trzy najważniejsze wartości: temperaturę modułu podczas pomiaru, moc promieniowania i jego widmo, przy czym temperatura nominalna to 25 C, moc to 1000 W/m2 a widmo to AM1.5. Powszechnie akceptowalnym widmem promieniowania dla pomiarów sprawności jest spektrum referencyjne - reference spectrum (International Electrotechnical Commission IEC 60904-3, Ed. 2, 2008) [1].
Uzyskanie właśnie takiego widma podczas pomiaru jest największym wyzwaniem dla aparatury badawczej tj. symulatorów światła słonecznego. Jeszcze kilka lat temu dominowały na rynku urządzenia wyposażone w lampy ksenonowe. Mieli je w swojej ofercie wiodący producenci, tacy jak Endeas, Berger czy Passan. Ksenonowe lampy błyskowe w tych symulatorach po zastosowaniu specjalnych filtrów pozwalały na osiągnięcie widma klasy A zgodnego z normą dotyczącą źródeł światła tj. IEC 90604-9. Obecnie coraz częściej urządzenia tego typu wyposażone są diodowe źródła światła. W obu przypadkach (ksenon i led) możliwe jest do osiągnięcia widmo klasy A+. Przykładowe widma dla tych dwóch typów symulatorów pokazano na rysunku 1.
![The spectral output of a xenon arc lamp, after passing through an optical filter to achieve better spectral match to AM1.5G[34]](https://lh7-us.googleusercontent.com/gnH5MnLIAmlogVMSpL55r8kKNpixYhj8IT7skKfDXtL3XoJao3F0AxEJNgMU5PQPqWhL1sWjfq3n0FRZ435YxK62-IXwhsePZsAmCvHRIjA9Toq-YU-BcMyz6pSV8TRl2Qq9WDe6OkIBOgpvk7_q0Q)
Rys. 1. Przykładowe widma symulatorów opartych na lampach ksenonowych (z lewej) oraz diodach LED (z prawej). Linia czerwona widomo źródła światła,
linia czarna widmo słoneczne. Źródło: Wikipedia [1].
Norma IEC 60904-9 Ed. 3 określa klasę symulatora dla trzech parametrów: dopasowanie widma, niejednorodność rozkładu mocy promieniowania na powierzchni pomiarowej oraz stabilność długoterminowa (LTI). Jakie są wymagania aby spełnić osiągnąć klasę A+A+A+? W przypadku niedopasowania widma definiowanych jest 5 przedziałów długości fali promieniowania (w zakresie od 300 nm do 120 nm), w których odchylenie nie może przekraczać 12,5%. W przypadku niejednorodności i LTI oba parametry muszą być niższe niż 1%. Najważniejsze parametry, różnice, zalety i wady porównywanych rozwiązań przedstawiamy poniżej na przykładzie symulatora Endeas 650Lab (ksenonowe źródło światła) oraz MBJ Sun Simulator – Lab 5.0 (źródło światła LED).
Rys. 2. Symulatory światła słonecznego wraz z układami pomiarowymi do wyznaczania parametrów elektrycznych modułów PV.
Z lewej urządzenie MBJ Sun Simulator – Lab 5.0 (LED) z prawej urządzenie Endeas 650Lab (ksenon). Żródło: MBJ i Endeas [2,3].
Pierwszy z nich to urządzenie, które pozwala na pomiar modułów o rozmiarach nawet 140 cm x 270 cm. Źródłem światła jest 6 ksenonowych lamp błyskowych. Symulator QuickSun 650 posiada klasę A+A+A+ zgodnie z normą IEC 60904-9 Ed. 3. Charakterystyczna jest także wysoka stabilność urządzenia podczas wielokrotnych pomiarów mocy maksymalnej modułu. Odchylenie standardowe dla powtarzalności jest mniejsze niż 0,1%. Wszystkie powyższe parametry pokazują, iż jest to urządzenie najwyższej klasy. Największą wadą może być jednak bardzo krótki czas pomiaru wynoszący maksymalnie 20 ms.
Drugie urządzenie - MBJ Sun Simulator – Lab 5.0 – pozwala na pomiar modułów także o wymiarach do 140 cm x 270 cm, przy czym pole, na którym symulator spełnia wymagania dla klasy A+ wynosi 136 cm x 264 cm. Klasa symulatora według normy IEC 60904-9 Ed. 3 to również A+A+A+. Źródłem światła są moduły wyposażone w diody LED. W przeciwieństwie do symulatora opartego na lampach ksenonowych czas pojedynczego pomiaru wynosi 200 ms.
Więcej na temat sposobów eliminacji błędów pomiarowych wynikających z krótkiego błysku pomiarowego w drugiej części artykułu.
W artykule wykorzystano ogólnodostępne materiały oraz informacje z:
