閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光輻照量的測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及聚光太陽能光伏發(fā)電組件測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種閃光太 陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光福照量的測量裝置，或閃光直射福照度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常用于產(chǎn)線光伏發(fā)電組件電性能測試的光源是閃光太陽模擬器。用于晶娃發(fā)電 組件測試的閃光太陽模擬器的技術(shù)與產(chǎn)品已經(jīng)十分成熟，也已經(jīng)有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。用來 測試評估太陽模擬器均勻性的福照度計(jì)的探測器也是采用晶娃電池接收器組件。測試高倍 聚光光伏發(fā)電組件電性能所用的太陽模擬器與測試晶娃發(fā)電組件的不同。前者需要直射太 陽光(Direct Normal Irradiation),后者卻不然。國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62670-3規(guī)定了高倍聚光 光伏發(fā)電組件的室內(nèi)閃光測試的標(biāo)準(zhǔn)測試條件（即1000W/m2，電池忍片溫度25°C，光譜范圍 380-1800nm，AM1.5D)。描述了如何用太陽模擬器或戶外測試平臺(tái)來測試與標(biāo)定高倍聚光光 伏發(fā)電組件的功率。太陽模擬器是用來產(chǎn)生模擬太陽光的光源設(shè)備。模擬太陽光的光譜匹 配性，瞬態(tài)穩(wěn)定性，照度均勻性，準(zhǔn)直性等與自然太陽光性能的匹配程度需要符合相關(guān)的國 際標(biāo)準(zhǔn)。太陽模擬器是在實(shí)驗(yàn)室與生產(chǎn)線上測試高倍聚光光伏發(fā)電組件性能中使用的重要 量測設(shè)備。太陽模擬器的光源有穩(wěn)態(tài)的與閃光的兩種。
[0003] 目前國內(nèi)認(rèn)證測試機(jī)構(gòu)采用一片適當(dāng)尺寸的晶娃電池接收器作為光電探測器，通 過量測短路電流(或轉(zhuǎn)換為電壓)來測量來自閃光太陽模擬器的入射光福照度。但是運(yùn)個(gè)方 法存在兩個(gè)問題：（1)晶娃電池接收器組件的光譜響應(yīng)范圍（380-ll(K)nm)與高倍聚光化合 物=結(jié)電池的光譜響應(yīng)(380-18(K)nm)不同而產(chǎn)生的光譜失配測量誤差；（2)為控制入射光 的準(zhǔn)直角，進(jìn)入光束準(zhǔn)直筒小孔光闊的福照度很小而存在福照度穩(wěn)定性問題，運(yùn)也產(chǎn)生一 定的測量誤差。
[0004] 閃光太陽模擬器由閃光光源，閃光燈電源控制系統(tǒng)W及準(zhǔn)直物鏡等組成。閃光太 陽模擬器燈源的閃光持續(xù)時(shí)間一般在3毫秒左右，因此用于穩(wěn)態(tài)太陽模擬器或戶外測試的 常規(guī)直射福照度計(jì)化NI meter)不適合用于閃光太陽模擬器的直射福照度的測試。圖1所示 為一種傳統(tǒng)的基于晶娃電池探測器的閃光太陽模擬器的福照度測試裝置。它由晶娃電池1' (邊長為a),含小孔光闊的光束準(zhǔn)直筒2'（邊長為b，長度為h)，晶娃電池的短路電流量測系 統(tǒng)等構(gòu)成，入射半角度由下式所決定。
[0005]
[0006] 為了控制入射光的準(zhǔn)直角（如小于1度），需要根據(jù)光束準(zhǔn)直筒2'的長度，晶娃電池 1'尺寸，選擇適當(dāng)?shù)墓馐鴾?zhǔn)直筒2'上的小孔光闊21'。當(dāng)光闊小孔21'較小時(shí)，抵達(dá)晶娃電池 1'上的福照度也隨之減小。由于來自太陽模擬器的入射光的照度均勻性的局限性(Class B@5 %，Class C@10 % )，加上如果光闊小孔21'對準(zhǔn)入射光的方位有一點(diǎn)變化，就會(huì)產(chǎn)生福 照度的測量誤差。因此，運(yùn)個(gè)閃光直射福照度計(jì)很難滿足閃光太陽模擬器的福照度計(jì)的測 量精度需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種測量精度高的閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬 太陽光福照量的測量裝置。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：
[0009] 本實(shí)用新型是一種閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光福照量的測量裝置，由 組件框架、聚光光學(xué)系統(tǒng)、=結(jié)太陽能電池忍片接收器和短路電流量測系統(tǒng)組成;所述的組 件框架上端敞開、下端封閉;所述的聚光光學(xué)系統(tǒng)包括菲涅爾聚光透鏡與二次光學(xué)元件，菲 涅爾聚光透鏡安裝在組件框架的頂部敞開端，二次光學(xué)元件安裝在=結(jié)太陽能電池忍片接 收器的上表面且位于菲涅爾聚光透鏡的正下方，=結(jié)太陽能電池忍片接收器安裝在組件框 架內(nèi)腔底部中央;所述的短路電流量測系統(tǒng)通過導(dǎo)線與=結(jié)太陽能電池忍片接收器電連 接。
[0010] 所述的組件框架呈矩形。
[0011] 采用上述方案后，由于本實(shí)用新型由組件框架、聚光光學(xué)系統(tǒng)、=結(jié)太陽能電池忍 片接收器和短路電流量測系統(tǒng)組成；聚光光學(xué)系統(tǒng)由菲涅爾聚光透鏡(方形通光孔徑邊長 為D，焦距為f)與二次光學(xué)元件構(gòu)成基于科拉照明原理的高倍聚光光學(xué)系統(tǒng)。聚光透鏡通光 孔徑的選擇保證有足夠的福照度進(jìn)入福照度計(jì)的探測器。而采用含二次光學(xué)元件的聚光光 學(xué)系統(tǒng)的福照度計(jì)具有在一定的光入射角內(nèi)，福照度隨光入射角變化不敏感的特性。當(dāng)入 射角超過一定值(接收角）后，入射光則被運(yùn)個(gè)福照度計(jì)的聚光光學(xué)系統(tǒng)迅速衰減或"過濾" 而無法抵達(dá)福照度計(jì)的探測器。運(yùn)樣，該聚光光學(xué)系統(tǒng)起到了對入射光準(zhǔn)直角的限制作用。 只有在一定準(zhǔn)直角范圍內(nèi)的直射光才能被福照度計(jì)所接受量測。運(yùn)樣就避免了由于使用準(zhǔn) 直鏡筒來獲得入射光的準(zhǔn)直角而導(dǎo)致福照度的測量穩(wěn)定性或測量誤差問題，測量精度高。
[0012] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0013] 圖1是習(xí)用的基于晶娃電池探測器的閃光太陽模擬器的福照度測試裝置；
[0014] 圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3是本實(shí)用新型聚光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4為用于閃光直射福照度計(jì)的典型聚光光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡計(jì)算結(jié)果；
[0017] 圖5為用于閃光直射福照度計(jì)的典型聚光光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡計(jì)算結(jié)果
[0018] 圖6所示為利用Class AAA的穩(wěn)態(tài)太陽模擬器對該直射福照度計(jì)的照度計(jì)量標(biāo)定 曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖2所示，本實(shí)用新型是一種閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光福照量的 測量裝置，由組件框架1、聚光光學(xué)系統(tǒng)2、=結(jié)太陽能電池忍片接收器3和短路電流量測系 統(tǒng)4組成。
[0020] 所述的組件框架1呈矩形，組件框架1上端敞開、下端封閉。結(jié)合圖3所示，所述的聚 光光學(xué)系統(tǒng)2包括菲涅爾聚光透鏡21與二次光學(xué)元件22,菲涅爾聚光透鏡21安裝在組件框 架I的頂部敞開端，二次光學(xué)元件22安裝在=結(jié)太陽能電池忍片接收器3的上表面且位于菲 涅爾聚光透鏡21的正下方，=結(jié)太陽能電池忍片接收器3安裝在組件框架1內(nèi)腔底部中央。
[0021] 所述的短路電流量測系統(tǒng)4通過導(dǎo)線與=結(jié)太陽能電池忍片接收器3電連接。所述 的在接收器面上獲得均勻的照度，且在一定準(zhǔn)直角內(nèi)，福照度隨光入射角不敏感的特性。
[0022] 本實(shí)用新型經(jīng)過計(jì)量標(biāo)定后可用于閃光太陽模擬器的直射福照度的測量。
[0023] 如圖4與圖5所示，為用于閃光直射福照度計(jì)的典型聚光光學(xué)系統(tǒng)的光線追跡計(jì)算 結(jié)果，包括照度分布W及短路電流隨光入射角的變化。聚光透鏡孔徑為50巧0mm，焦距f = 95mm(波長680nm);二次光學(xué)元件:折射率n= 1.71265(波長680nm)，（高折射率玻璃KZFS8); 忍片尺寸2x2mm。從圖可W看出，照度分布均勻;且入射角在+/-0.8度內(nèi)，光學(xué)效率隨入射角 的變化在1%左右。運(yùn)樣直射福照度計(jì)在使用中，由于閃光太陽模擬器的出射光的準(zhǔn)直角 (如+/-〇. 5度左右）W及福照度計(jì)與入射光的對準(zhǔn)誤差(+/-0.2度W內(nèi)），福照度計(jì)的測量誤 差可W控制在+/-1 % W內(nèi)。
[0024] 如圖6所示，為利用Class AAA的穩(wěn)態(tài)太陽模擬器對該直射福照度計(jì)的照度計(jì)量標(biāo) 定曲線。通過擬合曲線得到W下公式：
[0025] Isc = O.288X1 或 I = Isc/0.288
[00%]式中I為福照度(定義1個(gè)sun為lOOOw/m2)，Isc為組件的功率。根據(jù)福照度計(jì)的功 率讀數(shù)值可由公式計(jì)算得出光源的福照度。經(jīng)過運(yùn)樣福照度標(biāo)定后的福照度計(jì)可用于閃光 太陽模擬器的直射福照度的測量。
[0027] W上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，組件框架的形狀可有多種，故不能W 此限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍，即依本實(shí)用新型申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變 化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光輻照量的測量裝置，其特征在于：由組 件框架、聚光光學(xué)系統(tǒng)、三結(jié)太陽能電池芯片接收器和短路電流量測系統(tǒng)組成;所述的組件 框架上端敞開、下端封閉;所述的聚光光學(xué)系統(tǒng)包括菲涅爾聚光透鏡與二次光學(xué)元件，菲涅 爾聚光透鏡安裝在組件框架的頂部敞開端，二次光學(xué)元件安裝在三結(jié)太陽能電池芯片接收 器的上表面且位于菲涅爾聚光透鏡的正下方，三結(jié)太陽能電池芯片接收器安裝在組件框架 內(nèi)腔底部中央;所述的短路電流量測系統(tǒng)通過導(dǎo)線與三結(jié)太陽能電池芯片接收器電連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光輻照量的測量裝置， 其特征在于:所述的組件框架呈矩形。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種閃光太陽模擬器產(chǎn)生的直射模擬太陽光輻照量的測量裝置，由組件框架、聚光光學(xué)系統(tǒng)、三結(jié)太陽能電池芯片接收器和短路電流量測系統(tǒng)組成。所述的聚光光學(xué)系統(tǒng)包括菲涅爾聚光透鏡與二次光學(xué)元件，菲涅爾聚光透鏡安裝在組件框架的頂部敞開端，二次光學(xué)元件安裝在三結(jié)太陽能電池芯片接收器的上表面，三結(jié)太陽能電池芯片接收器安裝在組件框架內(nèi)腔底部中央，短路電流量測系統(tǒng)通過導(dǎo)線與三結(jié)太陽能電池芯片接收器電連接。本實(shí)用新型經(jīng)過計(jì)量標(biāo)定后可用于閃光太陽模擬器的直射輻照度的測量，測量精度高。
【IPC分類】G01J1/42
【公開號(hào)】CN205373880
【申請?zhí)枴緾N201520819897
【發(fā)明人】廖廷俤, 王智超, 黃啟祿
【申請人】日芯光伏科技有限公司
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2015年10月22日