Kluczowa rola pomiaru temperatury w błyskowym testowaniu ogniw słonecznych
Podczas błyskowych testów paneli słonecznych nawet minimalne odchylenia temperatury wpływają na dokładność krzywej I-V, co prowadzi do nieprawidłowej oceny wydajności ogniw słonecznych. Precyzyjny pomiar temperatury powierzchni jest niezbędny, ponieważ rosnąca temperatura ogniwa obniża napięcie wyjściowe i zagraża wiarygodności certyfikacji wydajności oraz zgodności z normami międzynarodowymi.
Dzięki precyzyjnej synchronizacji szybkiego pomiaru temperatury w podczerwieni z błyskiem, rzeczywista temperatura powierzchni ogniw słonecznych jest rejestrowana bez zakłócania warunków testowych. Gwarantuje to, że charakterystyki napięcia i prądu zależne od temperatury są dokładnie odzwierciedlane na krzywych I-V wykorzystywanych do oceny jakości.
Uzyskiwane korzyści
- Gwarancja wiarygodnej certyfikacji wydajności ogniw słonecznych w rzeczywistej temperaturze testowej
- Minimalizacja niepewność pomiaru poprzez rejestrację dokładnej temperatury w momencie błysku
- Stała jakość produkcji poprzez umożliwienie precyzyjnej walidacji wydajności na końcu linii produkcyjnej
- Minimalizacja ryzyka wystąpienia modułów o niskiej wydajności dzięki dokładnej interpretacji krzywej I-V
- Zgodność z międzynarodowymi normami testowymi dzięki stabilnemu, bezkontaktowemu pomiarowi
Wpływ temperatury na wydajność ogniw słonecznych i testy błyskowe paneli
Testy błyskowe, zwane również testami symulatora słonecznego, to standardowe procedury stosowane przez producentów do pomiaru wydajności wyjściowej modułów słonecznych po wyprodukowaniu, zgodnie z normą Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) 61215. Te testy jakości zapewniają, że każdy moduł fotowoltaiczny (PV) spełnia normy jakości i działa efektywnie.
Wadą systemów testowania ciągłym światłem słonecznym jest to, że nagrzewają one próbkę ogniwa słonecznego podczas testu, zmieniając warunki środowiskowe (głównie temperaturę) pomiarów. Główną zaletą impulsowych symulatorów słonecznych jest brak wzrostu temperatury w badanej próbce.
Test impulsu słonecznego symuluje światło słoneczne w celu pomiaru charakterystyki elektrycznej ogniw słonecznych w znormalizowanych warunkach. Weryfikacja wydajności polega na integracji w modułach tylko ogniw spełniających normy jakościowe. Ponadto, symulatory mierzą wydajność każdego ogniwa słonecznego, co jest niezbędne do oceny ogólnej wydajności.
Test błyskowy ogniwa słonecznego, jako test końcowy, polega na przyłożeniu do panelu słonecznego błysku światła o dużej intensywności i zmierzeniu odpowiedzi napięcia i prądu. Podczas takiego testu błyskowego moduł fotowoltaiczny jest wystawiany na działanie krótkiego, ale jasnego (1…100 ms, 10…100 mW/cm²) błysku światła z lampy łukowej wypełnionej ksenonem, lamp metalohalogenkowych lub diod LED. Widmo światła wyjściowego tej lampy musi być ściśle zgodne z widmem słonecznym. Funkcjonalność symulatora słońca z lampą błyskową opiera się na precyzyjnej synchronizacji między błyskiem a systemem akwizycji ze względu na specyficzną charakterystykę zaniku impulsu świetlnego. Zanik wykładniczy może wprowadzać znaczne błędy w przypadku niepewności opóźnienia akwizycji. Aby zminimalizować ten błąd, pomiary muszą być powtarzane i uśredniane.
Ilość i intensywność nasłonecznienia (natężenie promieniowania słonecznego) sterują prądem wyjściowym (I) panelu fotowoltaicznego. Natomiast temperatura pracy ogniw słonecznych wpływa na napięcie wyjściowe (V). Wyższe promieniowanie słoneczne zwiększa natężenie prądu (I), podczas gdy rosnąca temperatura ogniwa zmniejsza napięcie (V). Zmierzona charakterystyka krzywej I-V prądu i napięcia służy do określenia wydajności i stanu panelu, identyfikacji problemów z wydajnością oraz zapewnienia jego działania w określonym zakresie roboczym.
Test błyskowy dostarcza następujących informacji o panelu słonecznym: napięcie w obwodzie otwartym, prąd zwarcia, maksymalny punkt mocy i sprawność panelu.
Napięcie w obwodzie otwartym reprezentuje maksymalne napięcie, jakie panel może wytworzyć bez przepływu prądu. Prąd zwarcia wskazuje maksymalny prąd, jaki panel może wytworzyć bez napięcia. Maksymalny punkt mocy łączy napięcie i prąd, przy których panel słoneczny generuje najwyższą moc wyjściową. Sprawność panelu mierzy, jak skutecznie panel przetwarza światło słoneczne na energię elektryczną.
Mimo to temperatura znacząco wpływa na wydajność ogniwa słonecznego. Wraz z jej wzrostem zmniejsza się przerwa energetyczna materiału półprzewodnikowego, zmniejszając energię potrzebną do rozerwania wiązań. Powoduje to obniżenie napięcia w obwodzie otwartym, a w konsekwencji zmniejszenie produkcji energii. Z kolei niższe temperatury zmniejszają rezystancję, zwiększając produkcję energii. Wraz ze wzrostem temperatury ogniwa słonecznego jego napięcie maleje, co zmniejsza całkowitą moc wyjściową panelu. Dlatego w takim teście należy zarejestrować dokładną temperaturę powierzchni ogniwa słonecznego. Wyniki są kluczowe dla kalibracji, certyfikacji i zapewnienia zgodności z rygorystycznymi normami międzynarodowymi, co daje pewność co do jakości produktu.
Aby poprawnie zmierzyć wydajność każdego ogniwa słonecznego, należy zarejestrować charakterystykę napięcia i napięcia (I-V) zależną od temperatury oraz temperaturę powierzchni ogniwa słonecznego.
Precyzyjne wykresy I-V: Zapewnienie dokładnego pomiaru temperatury w testach wydajności ogniw słonecznych
Celem tego zestawu jest zarejestrowanie precyzyjnego wykresu I-V dla masowo produkowanych ogniw słonecznych przy dokładnej temperaturze ich powierzchni. Wyjście czystej lampy ksenonowej o krótkim łuku zapewnia ciągły rozkład widmowy mocy o temperaturze barwowej 5500…6200 K, obejmującej zakres widma światła od 200 nm do 1200 nm.
Temperatura ogniwa słonecznego podczas testów wynosi zazwyczaj około temperatury pokojowej, przy czym optymalna temperatura dla paneli słonecznych wynosi około 25°C. Z każdym stopniem powyżej 25°C moc wyjściowa panelu słonecznego może spaść o około 0,5%, co wpływa na całkowitą produkcję energii.
Użycie krótkofalowego czujnika w tym samym zakresie widmowym co emisja światła może być niewykonalne ze względu na możliwe problemy z przesłuchem i stosunkowo niski zakres temperatur. Dlatego optymalnym kandydatem jest konwencjonalny pirometr długofalowy.
Do dokładnego pomiaru temperatury odniesienia podczas testu błyskowego, precyzja pojedynczego punktu jest zazwyczaj wystarczająca. Czujnik podczerwieni musi reagować szybko ze względu na krótki moment błysku, co wymaga szybkiej integracji sygnału i czasu reakcji. Temperatura musi być mierzona precyzyjnie, gdy błyskacz oświetla ogniwo.
Optris CS Laser LT to idealne narzędzie do tego zadania, zapewniające niezbędną precyzję i niezawodność. Umożliwia pomiar nawet niewielkich różnic temperatury od 0,025°C, co jest kluczowe dla ciągłego monitorowania jednorodności produktu. Dokładność systemu w temperaturze otoczenia wynosi ±1% lub ±1°C, zależnie co większe. Termometr bezkontaktowy charakteryzuje się wyjątkową powtarzalnością, wynoszącą zaledwie ±0,3% lub ±0,3°C przy temperaturze otoczenia 23±5°C i temperaturze docelowej powyżej 20°C.
Redukcja niepewności w testach wydajności ogniw słonecznych dzięki pirometrom Optris o wysokiej czułości
Precyzyjne pomiary temperatury zapewniają, że krzywe I-V dokładnie odzwierciedlają rzeczywistą wydajność ogniw słonecznych w określonych warunkach. Wszelkie odchylenia temperatury mogą prowadzić do nieprawidłowej oceny sprawności i mocy wyjściowej ogniwa. Ponieważ temperatura wpływa na napięcie w obwodzie otwartym i punkt mocy maksymalnej, utrzymanie dokładnej kontroli i pomiaru temperatury pozwala na rzetelną i spójną ocenę wydajności ogniwa słonecznego. Ta precyzja jest niezbędna do optymalizacji procesów produkcyjnych, zapewnienia jakości produktu oraz przewidywania wydajności i niezawodności modułów słonecznych.
Ponieważ wykresy I-V ogniw słonecznych zależą od temperatury, pirometry Optris o wysokiej czułości i dokładności są niezbędne do prawidłowej oceny wydajności. W przeciwnym razie certyfikacje końcowe wydajności ogniw słonecznych musiałyby zawierać znaczną niepewność ze względu na możliwe skutki temperaturowe. Zbyt optymistyczna interpretacja danych może skutkować zbyt małą mocą modułów słonecznych i niewystarczającą mocą wyjściową, a zbyt pesymistyczna – słabą deklarowaną wydajnością ogniwa słonecznego.
Oprócz precyzji, kluczowa jest również integracja mechaniczna. Przestrzeń wewnątrz flashera jest ograniczona. Kompaktowa konstrukcja produktu i uchwyty montażowe pomagają w prawidłowym umieszczeniu czujnika i skierowaniu go we właściwym kierunku.