ICS 27.160 K 83 DB35 福建省地方标准 DB35/T 13622013 太阳模拟器技术要求 Technical requirements for Solar simulator 2013-08-01发布 2013-11-01实施福建省质量技术监督局 发布 DB35/T 13622013 I 目 次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 太阳模拟器的技术要求.3 5 检测程序.3 6 产品检验规则.8 7 使用中的质量控制.8 附录 A（规范性附录）AM1.5G 参考太阳光谱辐照度分布.9 附录 B（规范性附录）太阳模拟器产品检验数据表.10 附录 C（规范性附录）太阳模拟器分级规定.11 DB35/T 13622013 II 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。本标准参考IEC 60904-9：2007光伏器件 第9部分：太阳模拟器性能要求。本标准由福建省计量科学研究院提出。本标准由福建省信息化局归口。本标准主要起草单位：福建省计量科学研究院、福建省标准化研究院、文创太阳能（福建）科技有限公司、漳州国绿太阳能科技有限公司、宁德市计量所。本标准主要起草人：李杰、罗海燕、陈建功、廖小华、王孔祥、陈光华、董旭、林芳、陈丽辉、曾少南、施志杰、林景星、金晶、刘永谦。DB35/T 13622013 1 太阳模拟器技术要求 1 范围 本标准规定了太阳模拟器的技术要求、检测方法和使用中的质量控制。本标准适用于测量光伏器件的I-V特性或测试其耐辐射性能使用的太阳模拟器，包括稳态型和脉冲型的太阳模拟器。本标准规定的检测方法和检测/校准报告可用于确认制造商提供的太阳模拟器分级、确认使用中的太阳模拟器分级，可作为光伏器件I-V特性检测报告所列太阳模拟器分级，以及量化太阳模拟器对检测结果影响的依据。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 19517-2009 国家电气设备安全技术规范 IEC 60904-3：2008 光伏器件 第3部分：具有标准光谱辐照度数据的地面用太阳光伏(PV)器件的测量原理 IEC 60904-9：2007 光伏器件 第9部分：太阳模拟器性能要求 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 太阳模拟器 solar simulator 模拟太阳光辐照度和光谱的装置。注1：用来测量光伏器件 I-V特性的太阳模拟器有稳态型和脉冲型。脉冲型太阳模拟器可划分成在一个闪光期间获得全部 I-V特性的长脉冲系统，以及在每个闪光期间获得一个 I-V特性数据点的短脉冲系统。注2：模拟器通常由三个主要部分构成：（1）光源和相关电源；（2）用来调节输出光束使其符合模拟器相应等级要求的光学器件或滤光片；（3）用来操作模拟器的、必需的控制装置。I-V 特性数据采集、电子负载和操作软件可能成为太阳模拟器的组成部分，其技术要求和检测方法不包含在本标准中。3.2 测试区域 test area 评估太阳模拟器辐照度不均匀度的测试平面范围。3.3 测试位置（测试点）test position 进行辐照度测量的位置。注：测试位置在本标准中亦称作测试点。DB35/T 13622013 2 3.4 数据采样时间 data sampling time 获取单一数据组（如：辐照度、电压、电流）的时间。3.5 数据采集时间 data acquisition time 采集整个或部分I-V特性曲线的时间。注1：数据采集时间取决于 I-V特性数据点的数目和可调节的延迟时间。注2：对于多闪脉冲太阳模拟器，数据采集时间与单一闪光期间记录的测量值有关。3.6 采集I-V特性的时间 time for acquiring the I-V characteristic 如果光伏器件的I-V特性曲线是在不同部分分段连续闪光测量的，采集整个I-V特性特性的全部时间是数据采集时间的总和。3.7 光谱匹配度 spectral match 太阳模拟器光谱辐照度分布相对AM1.5G参考太阳光谱辐照度分布的匹配程度。注：AM1.5G参考太阳光谱辐照度分布按照IEC 60904-9:2007和IEC 60904-3:2008，见附录A的表A.1。3.8 辐照度不均匀度 non-uniformity of irradiance 在太阳模拟器的指定测试平面内，最大辐照度与最小辐照度之差除以最大辐照度与最小辐照度之和的商，即：%100min maxmin max+=E EE EJ.(1)式中：J 辐照度不均匀度；Emax在太阳模拟器的指定测试平面内的最大辐照度；Emin在太阳模拟器的指定测试平面内的最小辐照度。3.9 辐照度的时间不稳定度 temporal instability of irradiance 在太阳模拟器的指定测试平面内任意位置，在数据采样时间或数据采集时间内，最大辐照度与最小辐照度之差除以最大辐照度与最小辐照度之和的商，即：%100min maxmin max+=E EE EW.(2)式中：W 辐照度的时间不稳定度；Emax在太阳模拟器的指定测试平面内任意位置，在数据采样时间或数据采集时间内的最大辐照度；DB35/T 13622013 3 Emin在太阳模拟器的指定测试平面内任意位置，在数据采样时间或数据采集时间内的最小辐照度。3.9.1 短期不稳定度（STI）short term instability（STI）在数据采样时间内的辐照度时间不稳定度。3.9.2 长期不稳定度（LTI）long term instability（LTI）在数据采集时间内的辐照度时间不稳定度。对于辐射曝晒，是与曝晒时间有关的辐照度不稳定度。4 太阳模拟器的技术要求 4.1 太阳模拟器外表面应无机械性损伤和锈蚀。4.2 太阳模拟器电气安全应符合 GB 19517-2009 的规定。4.3 太阳模拟器标识牌应有制造商名称、型号、太阳模拟器类型（脉冲或者稳态）、制造日期、可追溯的序列号。4.4 太阳模拟器应有产品检验合格证和检验数据表，检验数据表应符合附录 B 的要求。4.5 太阳模拟器应根据其光谱匹配度、辐照度不均匀度、辐照度时间不稳定度的测量结果，按照附录C 的表 C.1 的规定确定光谱匹配度、辐照度不均匀度、辐照度时间不稳定度的级别，按照其中最低的级别确定太阳模拟器的级别。4.6 太阳模拟器应当根据产品合同，可设定或调校测试平面的辐照度，并且在这样的辐照度测量光谱匹配度、辐照度不均匀度、辐照度时间不稳定度，确定太阳模拟器的级别。5 检测程序 5.1 检测条件 5.1.1 环境条件 5.1.1.1 温度变化范围为 255。5.1.1.2 相对湿度：不大于 85%。5.1.2 电网电压波动 电网的电压波动应符合太阳模拟器和检测设备的使用要求。5.1.3 检测地点的其它要求 应无影响辐照度和光谱匹配度的杂散光，无影响正常工作的电磁场、机械振动。5.2 检测用的标准测量设备和其它设备 5.2.1 光谱辐射计 用于测量太阳模拟器光谱辐照度分布，确定太阳模拟器400 nm1100 nm之间6个波长段（按照表A.1波长范围的划分）辐照度与总辐照度的比例。DB35/T 13622013 4 传感器光谱响应和响应时间应适应太阳模拟器光谱范围和脉冲宽度。光谱辐射计的光谱采样间隔不大于5 nm，信噪比不小于100:1，应经过校准。5.2.2 辐照度检测器或辐照度检测器组 5.2.2.1 可以采用晶体硅太阳能电池或硅探测器作为辐照度检测器，或采用多个辐照度检测器组成辐照度检测器组。辐照度检测器的光谱响应和响应时间应适应太阳模拟器的光谱范围和脉冲宽度，在测量过程的稳定性优于 0.2%。5.2.2.2 辐照度检测器的最大有效测试面积应小于或等于测试平面面积的六十四分之一或 400 cm2，二者中取最小值。5.2.2.3 辐照度检测器的最小有效测试面积应大于或等于测试点面积的 80%。5.2.3 辐照度监测器 采用与辐照度检测器相同或近似光谱响应和响应时间的太阳能电池或硅探测器，面积应小于辐照度检测器的面积，在测量过程的稳定性优于0.2%。5.2.4 I-V 转换器 用于将辐照度检测器、辐照度检测器组和辐照度监测器测量太阳模拟器辐照度产生的短路电流转换为电压信号。转换用的负载电阻的电阻值小于开路电压值与短路电流比值的3%，精度为0.1级。测量转换电压信号的仪器精度应优于0.1%。5.2.5 数据采集器 用于采集在太阳模拟器照射下辐照度检测器、辐照度检测器组和辐照度监测器所产生的信号，精度应优于0.1%。5.3 检测项目和方法 5.3.1 外观检查 应符合4.1的要求。5.3.2 电气安全检查 检查产品技术资料，应符合4.2的要求。5.3.3 产品标识检查 检查产品标识牌，应符合4.3的要求。5.3.4 产品检验合格证和检验数据表检查 检查产品检验合格证和检验数据表，应符合4.4的要求。5.3.5 检查太阳模拟器的使用环境条件 应符合太阳模拟器的工作条件。5.3.6 预热太阳模拟器及调校辐照度 DB35/T 13622013 5 按照太阳模拟器的操作规定预热光源、电源，设定或调校测试区域的辐照度达到规定的要求。太阳模拟器配有I-V特性测量装置的亦应按照规定要求预热和设置工作参数。5.3.7 光谱匹配度检测 5.3.7.1 将光谱辐射计传感器垂直置于测试区域中间，测量太阳模拟器在有效波段范围 400 nm1100 nm内各个波长范围的光谱辐照度。5.3.7.2 计算各个波长范围的光谱辐照度占总辐照度的百分比，与附录 A的表 A.1 中各个波长范围辐照度与总辐照度的百分比之比值为各个波长范围的光谱匹配度。5.3.7.3 将各个波长范围的光谱匹配度与附录 C 的表 C.1 中光谱匹配度数值进行比较，由各个波长范围的最差光谱匹配度级别确定太阳模拟器的光谱匹配度级别。5.3.8 辐照度不均匀度检测 5.3.8.1 将太阳模拟器的测试区域划分成若干个测试位置（测试点），用于测量太阳能电池组件的太阳模拟器应不少于 64 个测试点，各个测试点的面积应不大于 400 cm2；用于测量太阳能电池的一般不少于 64 个测试点。5.3.8.2 对于稳态太阳模拟器，用辐照度检测器或辐照度检测器组在每个测试点测量辐照度、产生与辐照度成正比的短路电流；用 I-V 转换器和数据采集器测量、采集短路电流转换的、与辐照度等效的电压信号VWij（i、j 分别是测试点所在的行数、列数，以下相同），找出最大值和最小值，根据公式(3)计算辐照度不均匀度：%100min W max Wmin W max WW+=V VV VJ.(3)式中：JW 稳态太阳模拟器辐照度不均匀度；VWmax用I-V转换器和数据采集器测量、采集短路电流转换的、与辐照度等效的电压信号的最大值；VWmin用I-V转换器和数据采集器测量、采集短路电流转换的、与辐照度等效的电压信号的最小值。5.3.8.3 对于脉冲太阳模拟器，按照 5.3.8.2测量各个测试点的脉冲辐照度等效电压信号Vmij；还应将辐照度监测器固定安装在测试点以外的位置，监测各个脉冲辐照度并转换为等效电压信号VJij，脉冲辐照度的时间不稳定性反映为VJij的变化。根据VJij的变化修正脉冲辐照度时间不稳定性对Vmij的影响，得到修正后的各个测试点的辐照度等效电压信号VMij，找出最大值和最小值，根据公式(4)计算辐照度不均匀度。%100min M max Mmin M max MM+=V VV VJ.(4)式中：JM 脉冲太阳模拟器辐照度不均匀度；VMmax用I-V转换器和数据采集器测量、采集短路电流转换的、与辐照度等效的电压信号的最大值；VMmin用I-V转换器和数据采集器测量、采集短路电流转换的、与辐照度等效的电压信号的最小值。5.3.8.4 将计算的辐照度不均匀度与附录 C的表 C.1 中辐照度不均匀度分级规定对照，确定太阳模拟器辐照度不均匀度级别。DB35/T 13622013 6 5.3.9 辐照度的时间不稳定度检测 5.3.9.1 安装辐照度检测器 将辐照度检测器或辐照度监测器安装在测试区域内任意位置，应稳定可靠。5.3.9.2 辐照度的短期不稳定度检测 5.3.9.2.1 I-V 特性数据采集系统能同时采集并存储辐照度、电压和电流信号的太阳模拟器，可不检测其辐照度、电压和电流信号，可确定其短期不稳定度为 A 级；5.3.9.2.2 I-V 特性数据采集系统不能同时采集并存储辐照度、电压和电流信号的太阳模拟器，在采集 I-V 特性的时间内测量各个数据采样时间的辐照度等效电压信号 VD，数据采样时间和信号的示意图见图 1、图2，计算各个数据采样时间内辐照度等效电压信号的变化值，找出变化值最大的数据采样时间内辐照度等效电压信号的最大值和最小值，根据公式(5)计算短期不稳定度。%100min D max Dmin D max DD+=V VV VW.(5)式中：WD 辐照度短期不稳定度；VDmax采集I-V特性的时间内测量各个数据采样时间的辐照度等效电压信号的最大值；VDmin采集I-V特性的时间内测量各个数据采样时间的辐照度等效电压信号的最小值。图1 长脉冲太阳模拟器数据采集时间、数据采样时间示意图 DB35/T 13622013 7 图2 短脉冲太阳模拟器的数据采样时间示意图 5.3.9.3 太阳模拟器长期不稳定度的检测 5.3.9.3.1 长脉冲太阳模拟器 测量数据采集时间内各个数据采样时间辐照度转换的等效电压信号VCK，数据采集时间和数据采样时间示意图见图1，找出VCK的最大值和最小值，根据公式(6)计算长期不稳定度。%100min C max Cmin C max CC+=V VV VW.(6)式中：WC 长脉冲辐照度长期不稳定度；VCmax采集时间内各个数据采样时间辐照度转换的等效电压信号的最大值；VCmin采集时间内各个数据采样时间辐照度转换的等效电压信号的最小值。5.3.9.3.2 多闪短脉冲太阳模拟器 测量数据采集时间内用于确定整个I-V特性曲线的所有数据采样时间辐照度转换的等效电压信号Vdi，数据采集时间和脉冲的数据采样时间示意图见图3，找出Vdi的最大值和最小值，根据公式(7)计算长期不稳定度。%100min d max dmin d max dd+=V VV VW.(7)式中：Wd 多闪短脉冲辐照度长期不稳定度；Vdmax采集时间内用于确定整个I-V特性曲线的所有数据采样时间辐照度转换的等效电压信号的最大值；Vdmin采集时间内用于确定整个I-V特性曲线的所有数据采样时间辐照度转换的等效电压信号的最小值。DB35/T 13622013 8 图3 多闪短脉冲太阳模拟器数据采集时间和脉冲的数据采样时间示意图 5.3.9.3.3 稳态太阳模拟器长期不稳定度的检测 新制造安装的太阳模拟器根据合同规定，使用中的根据使用要求，用于辐射曝晒的根据曝晒试验规定的曝晒时间、辐照度及其不稳定度的要求，在指定的时间段内，测量辐照度转换的等效电压信号V，找出最大值和最小值，根据公式(8)计算长期不稳定度。%100min B max Bmin B max BB+=V VV VW.(8)式中：WB 稳态曝晒辐照度长期不稳定度；VBmax 辐照度转换的等效电压信号的最大值；VBmin 辐照度转换的等效电压信号的最小值。5.3.9.3.4 辐照度的时间不稳定度级别的判别 将计算的辐照度短期不稳定度、长期不稳定度，与附录C的表C.1中时间不稳定度分级规定，确定太阳模拟器辐照度短期不稳定度、长期不稳定度的级别，并且以级别较低者确定太阳模拟器辐照度时间不稳定度的级别。6 产品检验规则 新制造的太阳模拟器，应在使用地点进行每台检验，检验项目包括本标准第5章的全部要求和产品合同的技术要求。7 使用中的质量控制 使用中的太阳模拟器遇到下列情况下应及时进行质量检测、确认级别：a)光源和相关的电源损坏更换，或性能有较大变化的；b)用来调节输出光线的光学器件或者滤光片损坏更换，或性能有较大变化的；c)试验室内部反射条件有较大变化的。DB35/T 13622013 9 A C 附 录 A（规范性附录）AM1.5G 参考太阳光谱辐照度分布 表A.1 AM1.5G 参考太阳光谱辐照度分布 序号 波长范围 nm 各个波长范围辐照度与总辐照度的百分比%1 400 500 18.4 2 500 600 19.9 3 600 700 18.4 4 700 800 14.9 5 800 900 12.5 6 900 1100 15.9 DB35/T 13622013 10 B D 附 录 B（规范性附录）太阳模拟器产品检验数据表 太阳模拟器产品检验数据表应列出（但不局限于）的条款：a)制造商名称；b)型号；c)太阳模拟器类型（脉冲或者稳态）；d)制造日期；e)可追溯的序列号；f)数据表的发布日期；g)光谱匹配度级别和光谱辐照度分布；h)辐照度不均匀度级别和测试平面的辐照度不均匀度表；i)辐照度时间不稳定度级别；j)测量依据的标准；k)确定级别的辐照度范围；l)用于 I-V 特性测量时的数据采集时间；m)对于分级有影响的操作、运行环境（周围条件，电源要求）；n)确定分级的测试区域；o)标称的灯辐照度设定值和测量分级时的辐照度水平；p)必要的情况下，为达到辐射稳定所需要的预热时间；q)必要的情况下，为达到 I-V 特性特性测量稳定所需要的预热时间。DB35/T 13622013 11 C E 附 录 C（规范性附录）太阳模拟器分级规定 表C.1 太阳模拟器分级规定 辐照度的时间不稳定度 分级 光谱匹配度 辐照度不均匀度%短期不稳定度（STI）%长期不稳定度（LT I）%A 0.75 1.25 2 0.5 2 B 0.6 1.4 5 2 5 C 0.4 2.0 10 10 10 D _ DB35/T 13622013 福建省地方标准 太阳模拟器技术要求 DB35/T 13622013*2013年 10月第一版 2013年 10月第一次印刷