太陽模擬器測量偏差的分析

【摘 要】光伏太陽能模擬儀在測量光伏器件電性能的過程中，常常會因為各種因素導致測量結果產(chǎn)生偏差，從而削弱測量結果的權威性。本文從光源穩(wěn)定性、光譜匹配、電信號接收轉換、測量環(huán)境、接觸電阻等幾個方面進行了歸類、分析，并給出相應的解決方案，以提高光伏器件的測量精度。

【關鍵詞】太陽模擬器；測量誤差；接觸電阻；光譜匹配

在光伏領域里，太陽模擬器常用做模擬太陽光，再配以電子負載、數(shù)據(jù)采集器和計算機等配套設備，可以用來測量如太陽能電池片、太陽能組件等光伏器件的電性能，如Pmax、Imax、Vmax、FF、Eff、Rs、Rsh等[1]。這些參數(shù)不僅反映了光伏器件的電學性能，而且影響產(chǎn)品的最終質量，因此，一臺可靠精準的太陽模擬器，不僅對生產(chǎn)工藝有參考意義，更關系到產(chǎn)品的品質和制造廠商的利潤和信譽。本文對影響太陽模擬器測量誤差的一些因素進行了歸納、分析，以期能夠解決光伏產(chǎn)品的研究及生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一些問題。

一、偏差分析

1、光源相關

1.1光強的穩(wěn)定性，如果使用閃光模擬器，就代表著沒有穩(wěn)定的光輻照度。為了解決這個問題，實際測量時可以采用同步測量然后光輻照度修正的方法，也就是同時采樣太陽電池組件的電壓、電流和參考太陽電池的短路電流，然后將參考太陽電池標定的光輻照度歸一化到標準光輻照度，得到的修正系數(shù)修正被測組件的電流。

1.2太陽模擬器光輻照度均勻性誤差，因為光伏組件面積一般都超過1m2，因此要在如此大的范圍內(nèi)實現(xiàn)光輻照度的高均勻性是比較困難的，其對組件I-V特性曲線的影響很明顯。例如，在一個A級太陽模擬器下測量某個組件中，一些輸出功率低的太陽電池處于比較高的輻照度下，另一些輸出功率高的太陽電池處于比較低的輻照度下，而在另一個A級太陽模擬器下測量恰好相反，就可能產(chǎn)生最大8%的短路電流測量值的差別[2]。

1.3光譜符合性偏差，氙燈的光譜分布隨總輻射能量的變化而變化。即使相同的總輻射能量，氙燈的老化也使發(fā)光光譜發(fā)生變化。如果被測量的組件的光譜響應與參考太陽電池的光譜響應相同，就沒有必要進行光譜修正。實際上，這兩個愿望都是無法實現(xiàn)的，即使完全同材料同工藝制造的太陽電池的光譜響應也不可能完全相同。因此除了定期矯正光源的光譜外，作為參考的光伏器件盡量選用同待測器件相同的材料及加工工藝[3]。

2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集誤差，主要由于有限字長而不能保留原有數(shù)據(jù)的位數(shù)而出現(xiàn)的舍入誤差累計造成的計算誤差。

2.2A/D、D/A轉換誤差，在D/A轉換電路中，參考電源是唯一影響輸出結果的模擬參量，為了保證輸出精度，D/A轉換電路用高精度電壓基準源作為參考電源，因此D/A轉換電路對測量誤差的影響較小。D/A轉換電路分辨率為12位，A/D轉換電路分辨率為16位，其參考電源由高精度電源芯片提供，在小信號轉換時會引入誤差[4]。

2.3電源的噪聲干擾，控制系統(tǒng)的電源噪聲會對單片機系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，而這些噪聲通常都是由控制系統(tǒng)的起、停以及負載的變化引起的。

3、測量環(huán)境

3.1溫度測量的誤差，一般的溫度測量誤差為±1℃，熱量對于測量的影響幾乎無法消除，特別是對于大面積的測量，因此對于溫度傳感器，無論是測量環(huán)境溫度還是測量光伏器件表面溫度的傳感器精度必須達到十分之一度以內(nèi)。

3.2溫度變化引起的誤差，此類誤差是由于在測試過程中溫度偏移造成的。當溫度變化超過一定的范圍，半導體器件的性能將發(fā)生顯著變化，這將給測試系統(tǒng)帶來極其惡劣的影響。因此模擬儀的工作環(huán)境必須是封閉且有恒溫控制系統(tǒng)，開機后穩(wěn)定30min再開始工作。

4、線阻及接觸電阻

4.1測量儀器到光伏器件之間導線的線電阻一般在十幾毫歐到幾十毫歐，而待測量器件的信號往往比較弱。除了在系統(tǒng)設計時對這部分電阻進行補償設計，在每次進行測量前，必須對導線的線阻進行補償調(diào)試并設定合理的數(shù)值[5]。

4.2測量儀器的引線端子與待測物體之間的接觸電阻，一方面采用面接觸代替點接觸，另一方面對接線端子電鍍銀，這樣可以最大限度的減少接觸電阻。

二、測試數(shù)據(jù)

本次測試數(shù)據(jù)是在實驗室自行搭建的實驗測試系統(tǒng)上，按照上述方法進行設備調(diào)試前后，對同一塊國產(chǎn)多晶硅太陽能組件的功率各連續(xù)測試20次。

從對比數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過規(guī)范的調(diào)整后，組件功率的的標準偏差從1.06下降到了0.37，功率波動范圍明顯降低。

三、結論

綜上所述，要保障光伏器件電性能的測量結果的精確度，不僅要對測量儀器進行精巧的設計，而且在每一次測量前都要進行細致的調(diào)整，對于測試系統(tǒng)要定期進行校正與檢測，另外對于測試環(huán)境要嚴格控制。