使用于光伏组件探测的3A级太阳模拟器的设计

世界光伏产量近十年内的均匀增幅高达30%以上，我国已经是世界级的光伏产量大国，同时也是光伏产业上升速度最快的国家之一。我们知道，光伏发电使用在我国却非常少见，和其产量大国的身份很不相称，紧要原由是光伏发电的成本还是太高(约为火电发电的4倍)。

光伏组件制造业的健康快速发展离不开光伏组件探测技术的辅佐和推动。太阳电池工艺改进、产品定型、耐候试验等都离不开光伏探测。为了使光伏探测报告具有可比性，国际组织规定了光伏器件的地面标准探测条件(简称STC)，但是这只是一种理想条件，实际中不可能笔直获得，所以要一种模拟标准太阳辐射的装置来为光伏器件探测供应光照，这种用灯光来模拟太阳辐射的装置叫做太阳能模拟器。光伏组件探测尤其是太阳电池加工线上的探测，一般都是在太阳能模拟器供应的模拟光下进行的。

1太阳模拟器的相关标准

(1)国际电子电工委员会82技术委员会为地面用光伏组件的额定电气参数提出了标准探测条件STC,其详尽规定为：

组件温度：25℃辐照度：1000W/m2光谱辐照分布：AMl.5(2)国际电工委员会(ⅢC)制定了太阳能模拟器的等级划分标准，见表1所示。

2太阳能模拟器外形结构

为了达到较好的辐照平均性，绝大多数探测光伏组件的太阳能模拟器体积庞大。

图1为光平均性计算示意图，d为点光源到探测屏的距离，r为探测半径。依据光在某点的强度和到电光源的距离平方成反比，依据IEC60904-9标准要求，计算得到满足3A级光平均性要求的公式为：

,所以有d^2≥7r.一般在加工中光伏电池包件的长度可达2m,所以不依赖其他辅助光学系统的话，d的距离要大于9.9m,因此国际上有些设备厂家为了匀光的要，组件探测和光源距离达13m,距离的新增导致光的衰减非常厉害，因此要一个庞大的电源系统，整套系统制造昂贵，能耗高。

本设计对光学匀光系统进行专业设计，光源离组件距离2.2m,大大减少了设备的尺寸和电源的能耗，设备外观图如2所示。

整个探测在关闭环境内进行，减少了外界光线对探测结果的影响，电池板能够自动通过流水线输入和输出，整个高度约3m.

3光源系统

3.1匀光系统

匀光系统采用专业光学设计软件Tracepro仿真设计，Tracepro是一套可以做照明系统分解、传统光学分解、辐射度以及光度分解的软件，它也是第一套由符合工业标准的ACIS立体模型绘图软件所发展出来的光机软件。为了减少光源和电池板的测量距离，基本思想是减少中间的光强，提高周边的光强，基于这个思想建立模型如图3所示。

基于这个模型系统仿真光照度的分布图如图4所示，从曲线分布可以看出这个模型在lm2m的区域不平均度小于2%.进行实验实际探测不平均度小于1.5%符合IEC60904.9-2007的规定。

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