CN205373880U - 闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，由组件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成。所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲涅尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在三结太阳能电池芯片接收器的上表面，三结太阳能电池芯片接收器安装在组件框架内腔底部中央，短路电流量测系统通过导线与三结太阳能电池芯片接收器电连接。本实用新型经过计量标定后可用于闪光太阳模拟器的直射辐照度的测量，测量精度高。

Description

闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置

技术领域

本实用新型涉及聚光太阳能光伏发电组件测试技术领域，特别是涉及一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，或闪光直射辐照度计。

背景技术

通常用于产线光伏发电组件电性能测试的光源是闪光太阳模拟器。用于晶硅发电组件测试的闪光太阳模拟器的技术与产品已经十分成熟，也已经有相应的国际标准。用来测试评估太阳模拟器均匀性的辐照度计的探测器也是采用晶硅电池接收器组件。测试高倍聚光光伏发电组件电性能所用的太阳模拟器与测试晶硅发电组件的不同。前者需要直射太阳光(DirectNormalIrradiation)，后者却不然。国际标准IEC62670-3规定了高倍聚光光伏发电组件的室内闪光测试的标准测试条件(即1000W/m2，电池芯片温度25℃，光谱范围380-1800nm，AM1.5D)。描述了如何用太阳模拟器或户外测试平台来测试与标定高倍聚光光伏发电组件的功率。太阳模拟器是用来产生模拟太阳光的光源设备。模拟太阳光的光谱匹配性，瞬态稳定性，照度均匀性，准直性等与自然太阳光性能的匹配程度需要符合相关的国际标准。太阳模拟器是在实验室与生产线上测试高倍聚光光伏发电组件性能中使用的重要量测设备。太阳模拟器的光源有稳态的与闪光的两种。

目前国内认证测试机构采用一片适当尺寸的晶硅电池接收器作为光电探测器，通过量测短路电流(或转换为电压)来测量来自闪光太阳模拟器的入射光辐照度。但是这个方法存在两个问题：(1)晶硅电池接收器组件的光谱响应范围(380-1100nm)与高倍聚光化合物三结电池的光谱响应(380-1800nm)不同而产生的光谱失配测量误差；(2)为控制入射光的准直角，进入光束准直筒小孔光阑的辐照度很小而存在辐照度稳定性问题，这也产生一定的测量误差。

闪光太阳模拟器由闪光光源，闪光灯电源控制系统以及准直物镜等组成。闪光太阳模拟器灯源的闪光持续时间一般在3毫秒左右，因此用于稳态太阳模拟器或户外测试的常规直射辐照度计(DNImeter)不适合用于闪光太阳模拟器的直射辐照度的测试。图1所示为一种传统的基于晶硅电池探测器的闪光太阳模拟器的辐照度测试装置。它由晶硅电池1’(边长为a)，含小孔光阑的光束准直筒2’(边长为b，长度为h)，晶硅电池的短路电流量测系统等构成,入射半角度由下式所决定。

$\mathrm{\α}=\frac{a\tan (a+b)}{2_I}$

为了控制入射光的准直角(如小于1度)，需要根据光束准直筒2’的长度，晶硅电池1’尺寸，选择适当的光束准直筒2’上的小孔光阑21’。当光阑小孔21’较小时，抵达晶硅电池1’上的辐照度也随之减小。由于来自太阳模拟器的入射光的照度均匀性的局限性(ClassB5％,ClassC10％),加上如果光阑小孔21’对准入射光的方位有一点变化，就会产生辐照度的测量误差。因此，这个闪光直射辐照度计很难满足闪光太阳模拟器的辐照度计的测量精度需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种测量精度高的闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

本实用新型是一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，由组件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成；所述的组件框架上端敞开、下端封闭；所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲涅尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在三结太阳能电池芯片接收器的上表面且位于菲涅尔聚光透镜的正下方，三结太阳能电池芯片接收器安装在组件框架内腔底部中央；所述的短路电流量测系统通过导线与三结太阳能电池芯片接收器电连接。

所述的组件框架呈矩形。

采用上述方案后，由于本实用新型由组件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成；聚光光学系统由菲涅尔聚光透镜(方形通光孔径边长为D，焦距为f)与二次光学元件构成基于科拉照明原理的高倍聚光光学系统。聚光透镜通光孔径的选择保证有足够的辐照度进入辐照度计的探测器。而采用含二次光学元件的聚光光学系统的辐照度计具有在一定的光入射角内，辐照度随光入射角变化不敏感的特性。当入射角超过一定值(接收角)后，入射光则被这个辐照度计的聚光光学系统迅速衰减或“过滤”而无法抵达辐照度计的探测器。这样，该聚光光学系统起到了对入射光准直角的限制作用。只有在一定准直角范围内的直射光才能被辐照度计所接受量测。这样就避免了由于使用准直镜筒来获得入射光的准直角而导致辐照度的测量稳定性或测量误差问题，测量精度高。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1是习用的基于晶硅电池探测器的闪光太阳模拟器的辐照度测试装置；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型聚光光学系统的结构示意图；

图4为用于闪光直射辐照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算结果；

图5为用于闪光直射辐照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算结果三；

图6所示为利用ClassAAA的稳态太阳模拟器对该直射辐照度计的照度计量标定曲线。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型是一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，由组件框架1、聚光光学系统2、三结太阳能电池芯片接收器3和短路电流量测系统4组成。

所述的组件框架1呈矩形，组件框架1上端敞开、下端封闭。结合图3所示，所述的聚光光学系统2包括菲涅尔聚光透镜21与二次光学元件22，菲涅尔聚光透镜21安装在组件框架1的顶部敞开端，二次光学元件22安装在三结太阳能电池芯片接收器3的上表面且位于菲涅尔聚光透镜21的正下方，三结太阳能电池芯片接收器3安装在组件框架1内腔底部中央。

所述的短路电流量测系统4通过导线与三结太阳能电池芯片接收器3电连接。所述的在接收器面上获得均匀的照度，且在一定准直角内，辐照度随光入射角不敏感的特性。

本实用新型经过计量标定后可用于闪光太阳模拟器的直射辐照度的测量。

如图4与图5所示,为用于闪光直射辐照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算结果，包括照度分布以及短路电流随光入射角的变化。聚光透镜孔径为50x50mm，焦距f＝95mm(波长680nm)；二次光学元件：折射率n＝1.71265(波长680nm)，(高折射率玻璃KZFS8)；芯片尺寸2x2mm。从图可以看出，照度分布均匀；且入射角在+/-0.8度内，光学效率随入射角的变化在1％左右。这样直射辐照度计在使用中，由于闪光太阳模拟器的出射光的准直角(如+/-0.5度左右)以及辐照度计与入射光的对准误差(+/-0.2度以内)，辐照度计的测量误差可以控制在+/-1％以内。

如图6所示,为利用ClassAAA的稳态太阳模拟器对该直射辐照度计的照度计量标定曲线。通过拟合曲线得到以下公式：

Isc＝0.288×I或I＝Isc/0.288

式中I为辐照度(定义1个sun为1000w/m²),Isc为组件的功率。根据辐照度计的功率读数值可由公式计算得出光源的辐照度。经过这样辐照度标定后的辐照度计可用于闪光太阳模拟器的直射辐照度的测量。

以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，组件框架的形状可有多种，故不能以此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，其特征在于：由组件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成；所述的组件框架上端敞开、下端封闭；所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲涅尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在三结太阳能电池芯片接收器的上表面且位于菲涅尔聚光透镜的正下方，三结太阳能电池芯片接收器安装在组件框架内腔底部中央；所述的短路电流量测系统通过导线与三结太阳能电池芯片接收器电连接。

2.根据权利要求1所述的闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，其特征在于：所述的组件框架呈矩形。