Giới thiệu: Tại sao hiệu chuẩn bộ mô phỏng mặt trời lại quan trọng

Trong thử nghiệm mô-đun quang điện, phép đo đáng tin cậy bắt đầu từ một điều: bộ mô phỏng mặt trời được hiệu chuẩn đúng cách. Nếu đầu ra của bộ mô phỏng không được kiểm soát chính xác, công suất, dòng điện và hiệu suất đo được của mô-đun đều có thể sai lệch so với giá trị thực. Trong một thị trường mà các mô-đun 500 W và công suất cao hơn đã phổ biến, ngay cả sai số 0,5% cũng có thể có ý nghĩa thương mại.

Bộ mô phỏng mặt trời là một thiết bị được thiết kế để tái tạo ánh sáng mặt trời trong điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát. Nó được sử dụng rộng rãi để thử nghiệm hiệu suất mô-đun PV, đặc biệt là trong điều kiện STC, hay Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Nói một cách đơn giản, nó là nguồn sáng chính đằng sau các thử nghiệm điện PV chuyên nghiệp.

Hình 1 Bộ mô phỏng mặt trời A+ A+ A+

Nguồn hình ảnh: Internet

Hiệu chuẩn bức xạ trong điều kiện STC

Đối với hầu hết công việc hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm, mục tiêu đầu tiên là bức xạ. Trong điều kiện STC, bộ mô phỏng nên được điều chỉnh đến 1000 W/m² với phổ AM1.5G và nhiệt độ tế bào là 25°C.

Trong ngành công nghiệp PV, tế bào WPVS thường được sử dụng làm Thiết bị tham chiếu chính. Các viện đo lường có thẩm quyền như PTB hoặc NREL cung cấp dòng điện ngắn mạch đã hiệu chuẩn, hay Isc, của tế bào WPVS dưới bức xạ AM1.5G và 1000 W/m². Giá trị hiệu chuẩn này có thể truy xuất đến Hệ thống đơn vị quốc tế và độ không đảm bảo của nó có thể thấp tới khoảng 0,5%.

Nhờ tính truy xuất và ổn định này, tế bào WPVS thường được sử dụng để chuyển giá trị hiệu chuẩn có độ không đảm bảo thấp cho các thiết bị tham chiếu thứ cấp.

Tuy nhiên, hiệu chuẩn bộ mô phỏng năng lượng mặt trời ở cấp độ mô-đun không chỉ là thiết lập một con số trong phần mềm. Khu vực thử nghiệm rộng, thường khoảng 2,6 m × 1,5 m hoặc thậm chí 3 m × 2 m. Trước khi điều chỉnh độ rọi cuối cùng, cần đo phân bố độ rọi trên mặt phẳng thử nghiệm theo từng điểm. Theo IEC 60904-9, khu vực thử nghiệm độ không đồng đều phải bao phủ ít nhất 80% diện tích thử nghiệm của bộ mô phỏng. Sau đó, có thể tính độ rọi trung bình của toàn bộ mặt phẳng thử nghiệm và sử dụng làm cơ sở cho hiệu chuẩn.

Hình 2 Tế bào WPVS

Nguồn hình ảnh: Internet

Giám sát tế bào tham chiếu WPVS: Sai số vị trí nhỏ có ảnh hưởng lớn

Trong quá trình hiệu chuẩn, tế bào WPVS thường được đặt tại vị trí tế bào tham chiếu để giám sát độ rọi thời gian thực trong quá trình vận hành bộ mô phỏng. Tín hiệu dòng từ tế bào WPVS được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thông qua bộ khuếch đại hoặc điện trở, sau đó được hệ thống mô phỏng đọc.

Việc hiệu chuẩn được hoàn thành bằng cách điều chỉnh tham số phần mềm liên quan. Ví dụ, một số bộ mô phỏng Halm sử dụng cài đặt giá trị hiệu chuẩn, trong khi một số hệ thống Pasan sử dụng cài đặt độ nhạy. Trong một số hệ thống, mối quan hệ giữa dòng điện và độ nhạy được cung cấp trực tiếp dưới dạng công thức chuyển đổi.

Nhưng có một chi tiết dễ bị bỏ qua: tế bào tham chiếu thường được đặt bên ngoài khu vực thử nghiệm chính. Độ rọi tại vị trí đó có thể thấp hơn độ rọi trung bình trên mặt phẳng thử nghiệm mô-đun. Nếu giá trị đo lường được sử dụng trực tiếp mà không bù trừ, độ rọi thực tế trong khu vực thử nghiệm mô-đun có thể trở nên quá cao, ảnh hưởng đến công suất đo được.

Ngay cả khi tế bào tham chiếu được đặt bên trong khu vực thử nghiệm, vấn đề vẫn không hoàn toàn biến mất. Đối với bộ mô phỏng loại A+ với độ không đồng đều dưới 1%, tế bào tham chiếu thường được đặt gần rìa của vùng thử nghiệm. Điều này vẫn có thể gây ra độ lệch khoảng 0,5% đến 1%. Trong thử nghiệm PV, đây không phải là con số nhỏ.

Nhiệt độ của tế bào tham chiếu cũng cần được kiểm soát gần 25°C. Mặc dù hệ số nhiệt độ của Isc thường tương đối nhỏ, nhưng dao động nhiệt độ vẫn góp phần vào độ không đảm bảo đo. Nếu độ chính xác là mục tiêu, ảnh hưởng của nhiệt độ nên được giảm thiểu càng nhiều càng tốt.

Hình 3 Khu vực thử nghiệm mô phỏng năng lượng mặt trời và vị trí tế bào tham chiếu

Hiệu chuẩn ở các mức cường độ bức xạ khác nhau

Tế bào WPVS không chỉ ổn định; chúng còn có độ tuyến tính tốt. Điều này làm cho chúng hữu ích cho việc hiệu chuẩn cường độ bức xạ mô phỏng ở các mức cường độ ánh sáng khác nhau. Ví dụ, nếu cường độ bức xạ mục tiêu là 200 W/m², giá trị Isc đã hiệu chuẩn ở 1000 W/m² có thể được nhân với 0,2 để có được dòng điện tham chiếu mong đợi.

Đối với bộ mô phỏng năng lượng mặt trời dùng đèn xenon, các thay đổi lớn về cường độ bức xạ thường đạt được bằng các bộ lọc khác nhau. Sau khi thay đổi bộ lọc, nên đo lại độ không đồng đều của cường độ bức xạ, vì phân bố quang học có thể thay đổi cùng với cường độ.

Hiệu chuẩn quang phổ: Bộ mô phỏng Xenon và LED

Đối với bộ mô phỏng năng lượng mặt trời xenon, quang phổ chủ yếu được xác định bởi nguồn đèn và bộ lọc quang học. Trong hầu hết các phòng thí nghiệm, quang phổ không thể được điều chỉnh tự do. Do đó, phương pháp đúng là sử dụng máy quang phổ đã hiệu chuẩn để đo quang phổ tại một số vị trí trong khu vực thử nghiệm. Theo IEC 60904-4, cần ít nhất bốn điểm đo.

Điều quan trọng không phải là làm cho quang phổ trông hoàn hảo chỉ tại một vị trí, mà là xác nhận rằng bộ mô phỏng đáp ứng cấp quang phổ yêu cầu trên toàn bộ khu vực thử nghiệm liên quan.

Hình 4 Vị trí đo quang phổ

Bộ mô phỏng năng lượng mặt trời dựa trên LED linh hoạt hơn. Phân bố quang phổ của chúng thường có thể được điều chỉnh thông qua phần mềm, giúp dễ dàng đáp ứng các yêu cầu quang phổ A+ trong IEC 60904-9. Tuy nhiên, độ lệch quang phổ, thường được thảo luận thông qua đánh giá liên quan đến SPD, nên được giữ ở mức thấp nhất có thể.

Một vấn đề thực tế là bộ mô phỏng LED thường được xây dựng từ nhiều bảng mạch LED. Điều này có thể dẫn đến sự không đồng đều quang phổ đáng kể trên mặt phẳng thử nghiệm. Vì lý do này, tốt hơn nên đo nhiều điểm hơn thay vì chỉ dựa vào yêu cầu tối thiểu.

Một điểm quan trọng khác: Bộ mô phỏng LED có thể đạt được các thay đổi lớn về cường độ bức xạ mà không cần bộ lọc, nhưng quang phổ của chúng vẫn có thể thay đổi ở các mức cường độ bức xạ khác nhau. Bất cứ khi nào cài đặt cường độ bức xạ thay đổi đáng kể, quang phổ nên được kiểm tra lại thay vì cho rằng nó không thay đổi.

Tóm tắt: Hiệu chuẩn là nền tảng của đo lường PV

Hiệu chuẩn bộ mô phỏng năng lượng mặt trời là một trong những nền tảng của việc kiểm tra mô-đun PV chính xác. Trong phòng thí nghiệm, mục đích chính là đạt được phép đo chính xác và sau đó chuyển các giá trị hiệu chuẩn chất lượng cao sang các thiết bị tham chiếu thứ cấp.

Trong dây chuyền sản xuất, chiến lược hiệu chuẩn có thể khác nhau vì tốc độ, độ lặp lại, độ ổn định của thiết bị và kiểm soát quy trình nhà máy đều trở thành một phần của hệ thống đo lường. Nhưng nguyên tắc cốt lõi vẫn giữ nguyên: nguồn sáng phải được kiểm soát, xác minh và hiểu rõ.

Cả hiệu chuẩn bức xạ và đo quang phổ đều yêu cầu công việc cẩn thận. Vị trí của tế bào tham chiếu, độ không đồng đều của vùng thử nghiệm, thay đổi bộ lọc, phân bố quang phổ LED và kiểm soát nhiệt độ đều có thể ảnh hưởng đến kết quả công suất cuối cùng. Trong kiểm tra PV, các lỗi nhỏ sẽ không tồn tại lâu.

Quan điểm của Ooitech

Là một nhà cung cấp thiết bị làm việc với dây chuyền sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời, Ooitech coi việc hiệu chuẩn bộ mô phỏng năng lượng mặt trời không phải là một thiết lập một lần, mà là một phần của toàn bộ hệ thống kiểm soát chất lượng nhà máy. Đối với sản xuất mô-đun thông lượng cao, máy kiểm tra IV và bộ mô phỏng năng lượng mặt trời phải được kết hợp với các quy trình hiệu chuẩn rõ ràng, thiết bị tham chiếu ổn định và đào tạo người vận hành thực tế; nếu không, độ chính xác trong phòng thí nghiệm có thể không chuyển thành độ lặp lại trên dây chuyền sản xuất. Thách thức thực sự là cân bằng độ chính xác với hiệu quả sản xuất hàng ngày, đặc biệt khi các công nghệ mô-đun tiên tiến và xếp hạng công suất cao hơn làm cho các sai lệch đo lường nhỏ trở nên rõ ràng hơn.