CN104201989B - 一种大面积太阳模拟器匀光装置及制造方法 - Google Patents

一种大面积太阳模拟器匀光装置及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大面积太阳模拟器匀光装置，包括架设在箱体内的匀光板，匀光板上连接有两个脉冲氙灯，在每个脉冲氙灯的外部沿灯光照射的方向均罩有一AM1.5G滤光片，匀光板的中间部位布有排列间距不一的圆孔，在箱体的顶部设有一超白玻璃。本发明还公开了一种基于大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，包括确定光扩散板的透光率及AM1.5G滤光片；通过光扩散板模板确定匀光板的开孔位置；制造匀光板。本发明结构简单，操作方便，可使辐照光强及辐照不均匀度达到A级要求。

Description

一种大面积太阳模拟器匀光装置及制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳模拟器匀光装置及制造方法，特别是涉及一种用于太阳能电池组件测试的大面积太阳模拟器匀光装置及制造方法。
背景技术
太阳模拟器是一种室内模拟太阳光的设备，在光伏领域再配置电子负载、数据采集和显示等设备，可以用来测试太阳能电池组件的电性能参数，如Pmax、Imax、Vmax、Isc、Voc、IV曲线、PV曲线等。太阳能电池组件尺寸越做越大，相应的太阳模拟器尺寸也随之增大。太阳模拟器的主要光电技术参数通常包括：有效辐照面、总辐照度、辐照不均匀度、辐照不稳定度、光谱失配度等。其中辐照不均匀度、辐照不稳定度、光谱失配度为主要技术参数。我国标准GB/T6495.9-2006《光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求》和国际标准IEC60904.9-2007《光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求》都采用相同的级别划分方式，将这三个参数分为A、B、C三个等级，其中A级辐照不均匀度要求优于±2%。
太阳模拟器的匀光方式基本都采用两级滤光方式：滤光片+匀光玻璃。其中滤光片主要起使光源满足AM1.5G光谱分布，匀光玻璃一般采用超白压花玻璃，主要起辐照不均匀度达到辐照不均匀度A级要求（优于±2%）。工业生产线上大面积太阳模拟器辐照不均匀度达到A级要求是行业内的难点，现有的技术方案一般采用在匀光玻璃上涂抹特殊涂层或者在匀光玻璃上叠加一层不同透射率的小滤光板，前者方案是在玻璃上采用化学方法有选择性的涂抹减光图案，存在操作繁琐、指标不可控及危害操作人员身心健康的问题；后者方案需要定制不同透光率的小滤光板平铺在匀光玻璃上，零部件众多，光路复杂，亦存在固定小滤光板困难的问题。如中国专利CN201020177252.9提出了一种反射式太阳模拟器，其匀光装置是采用机箱底部采用斗形体加光学玻璃，斗形体设有反射片、阻光片、半透明片、孔洞等，得到辐照度均匀且光谱满足要求的模拟太阳光。但装置特别复杂，操作繁琐，且反射片需要涂抹特殊涂层，调试生产工作量大，并且光学玻璃不好固定，存在运输困难问题；中国专利CN201210197787.6提出了一种将氙灯光源先进行聚焦，然后用光纤导光技术将光源均匀分散到测试平台上，虽达到了辐照不均匀度控制要求，但该方法应用于大面积太阳模拟器要达到IEC60904.9-2007标准规定的辐照光强及辐照不均匀度A级要求，需要布置大量的光纤导光束，排布方式复杂，指标调试存在很大困难。
因此亟需提供一种新型的太阳模拟器匀光装置来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大面积太阳模拟器匀光装置及制造方法，结构简单，操作方便，可使辐照光强及辐照不均匀度达到A级要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种大面积太阳模拟器匀光装置，具有箱体、脉冲氙灯，它包括架设在箱体内的匀光板，匀光板上连接有两个脉冲氙灯，在每个脉冲氙灯的外部沿灯光照射的方向均罩有一AM1.5G滤光片，匀光板的中间部位布有排列间距不一的圆孔，在箱体的顶部设有一超白玻璃。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，包括以下步骤：
（1）将整块未经处理的光扩散板放置在匀光板位置上，采用专用光谱仪、辐照强度检测器分别在超白玻璃上测试光谱和辐照度光强分布，根据光谱测试数据调整AM1.5G滤光片达到A级要求，根据辐照度分布值确定光扩散板透射率；
（2）将有规则开孔确定透射率的光扩散板模板放置在匀光板位置上，采用辐照强度检测器进行辐照度光强测试，根据辐照度分布测试数据，选择性地遮堵相关开孔达到辐照面上A级要求；
（3）统计所述光扩散板模板上的遮堵的开孔数，确定有效开孔的位置，按照所述模板加工一套对应的匀光板，将匀光板放置在箱体内即可。
本发明的有益效果是：本发明采用方便固定且选择性开有圆孔的光扩散板，结构简单，有利于设备运输，并且可使辐照光强及辐照不均匀度达到A级要求，本发明所提供的制造方法操作方便，满足大批量生产需求。
附图说明
图1是本发明大面积太阳模拟器匀光装置一较佳实施例的侧视图。
图2是所述大面积太阳模拟器匀光装置的俯视图。
图3是所述光扩散板模板的俯视图。
图4是所述匀光板的俯视图。
附图中各部件的标记如下：1、箱体，2、脉冲氙灯，3、AM1.5G滤光板，4、匀光板，41、圆孔，5、凸台，6、超白玻璃，7、光扩散板模板。
具体实施方式
为了进一步的详细介绍本发明实施例，有必要先介绍一下测试辐照不均匀度的方法。根据IEC 60904.9-2007标准对太阳模拟器性能要求，测试太阳模拟器辐照不均匀度的方法：将太阳模拟器的有效辐照面均等划分为若干个区域，每个区域的有效受光面积不得大于400cm2，区域的个数由模拟器有效辐照面积所决定且总数不能少于64。实施例中大面积太阳模拟器辐照度面积为2m×1.1m，根据要求均分为10×7格，采用计量过的单晶硅太阳电池片在70格内依次测量短路电流值，记最大值为Imax，最小值为Imin，按公式，计算得到辐照不均匀度，A级太阳模拟器应优于±2%。
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
一种大面积太阳模拟器匀光装置，包括箱体1，架设在箱体1内的匀光板4，匀光板4上连接有两个脉冲氙灯2，在每个脉冲氙灯2的外部沿灯光照射的方向均罩有一AM1.5G滤光片3，匀光板4的中间部位布有排列间距不一的圆孔41，在箱体1的顶部设有一超白玻璃6。
在本发明的实施例中，所述箱体1为长方体，方便加工，箱体1的顶部是所述大面积太阳模拟器匀光装置的超白玻璃6。箱体1的内壁为特定的漫反射白色烤漆面，检测面积为2m×1.1m，满足目前市场上所有规格尺寸的太阳能电池组件测试。为保证整体辐照度达到标准测试条件要求，光源采用双脉冲氙灯2向下打光方式，所述脉冲氙灯2的形状为圆环状，光照均匀。在箱体1内底部两侧分别设有一凸台5，在两凸台5之间架设有匀光板4，匀光板4采用高透均匀的光扩散板，可方便固定在箱体1内，有利于整体运输。分布在匀光板4上的圆孔41靠近脉冲氙灯2的部位稀疏，远离脉冲氙灯2的部位紧密。
脉冲氙灯2的灯光通过AM1.5G滤光片3完全过滤得到符合AM1.5G标准光谱分布的光源，经箱体1底部及内壁的全反射，再经匀光板4的滤光透射及圆孔41的直接透射，交互叠加到超白玻璃6上，简单方便地达到IEC60904.9-2007规定的辐照不均匀度A级要求，不涉及复杂的光学元件及滤光片等装置，结构简单。
基于上述大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其包括以下步骤：
（1）确定光扩散板的透光率及AM1.5G滤光片3 ：将整块未经处理的光扩散板（尺寸：2m×1.1m）放置在箱体1中匀光板4的位置上，采用专用光谱仪、单晶硅电池片分别在超白玻璃6上测试光谱和辐照度光强分布。根据光谱测试数据调整AM1.5滤光片3达到A级要求，在确定AM1.5G滤光片3达到A级要求后初步获得整体辐照不均匀分布情况，计算得到光扩散板透射率，光扩散板透射率必须要等于或略小于Imin/Imax，辐照不均匀度过大将无法达到到A级要求，过小将造成过多的能量损耗以及影响氙灯寿命；
（2）通过光扩散板模板7确定匀光板4的开孔位置：将有规则开孔确定透射率的光扩散板模板7放置在匀光板4的位置上，采用单晶硅电池片在超白玻璃6上进行测试。光扩散板模板7的示意图参阅图3，中间布有60×20的中心间距10mm、直径5mm圆孔41阵列，分别编号A1—T60。辐照度测试数据记录到对应的10×7的表格中，依次选择性的遮堵光强较强的单元格对应正下方匀光板模板的圆孔41，直到所有10×7的表格测试数据均达到辐照面上A级要求；
（3）制作匀光板：统计所述光扩散板模板7上的遮堵的开孔数，确定有效开孔的位置，按照所述模板加工一套对应的匀光板4，请参阅图4，匀光板4上的圆孔41分布形状为哑铃状，靠近脉冲氙灯2的部位稀疏，远离脉冲氙灯2的部位紧密，最后将匀光板4放置在箱体1内即可。
本发明所述的大面积太阳模拟器匀光装置采用光扩散板选择性排列圆孔，氙灯光源经AM1.5G滤光片3的滤光后通过箱体1底部及侧面的反射，再经开有圆孔41的匀光板4的二次滤光叠加到超白玻璃6上，达到辐照不均匀度A级的要求，而基于所述大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法操作简单方便，适于大批量生产要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法；
所述大面积太阳模拟器匀光装置，包括箱体、脉冲氙灯，其特征在于，它包括架设在箱体内的匀光板，匀光板上连接有两个脉冲氙灯，在每个脉冲氙灯的外部沿灯光照射的方向均罩有一AM1.5G 滤光片，匀光板的中间部位布有排列间距不一的圆孔，在箱体的顶部设有一超白玻璃；
包括以下步骤：
(1) 将整块未经处理的光扩散板放置在匀光板位置上，采用专用光谱仪、辐照强度检测器分别在超白玻璃上测试光谱和辐照度光强分布，根据光谱测试数据调整AM1.5G 滤光片达到A 级要求，根据辐照度分布值确定光扩散板透射率；
(2) 将有规则开孔确定透射率的光扩散板模板放置在匀光板位置上，采用辐照强度检测器进行辐照度光强测试，根据辐照度分布测试数据，选择性地遮堵相关开孔达到辐照面上A 级要求；
(3) 统计所述光扩散板模板上的遮堵的开孔数，确定有效开孔的位置，按照所述模板加工一套对应的匀光板，将匀光板放置在箱体内即可。
2.根据权利要求1 所述的大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其特征在于，所述匀光板为高透均匀的光扩散板。
3.根据权利要求1 所述的大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其特征在于，分布在匀光板上的圆孔靠近脉冲氙灯的部位稀疏，远离脉冲氙灯的部位紧密。
4.根据权利要求1-3 任意一项所述的大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其特征在于，所述匀光板架设在箱体内底部两侧设置的凸台之间。
5.根据权利要求1 所述的大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其特征在于，所述箱体的内壁为特定的漫反射白色烤漆面。
6.根据权利要求1 所述的大面积太阳模拟器匀光装置的制造方法，其特征在于，所述脉冲氙灯的形状为圆环状。
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