JJF 1615-2017太阳模拟器校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 6 1 52 0 1 7太阳模拟器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS o l a rS i m u l a t o r s 2 0 1 7-0 2-2 8发布2 0 1 7-0 5-2 8实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布太阳模拟器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rS o l a rS i m u l a t o r sJ J F1 6 1 52 0 1 7 归 口 单 位:
2、全国光学计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院中国测试技术研究院 参加起草单位:扬州光电产品检测中心国家太阳能光伏产品质量监督检验中心 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F1 6 1 52 0 1 7本规范主要起草人:熊利民(中国计量科学研究院)孟海凤(中国计量科学研究院)陈潇潇(中国测试技术研究院)参加起草人:张俊超(中国计量科学研究院)赵 文(扬州光电产品检测中心)孙 晓(国家太阳能光伏产品质量监督检验中心)J J F1 6 1 52 0 1 7目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 AM 0条件(1)3.2 AM 1.5 G条
3、件(1)3.3 光谱匹配度(1)3.4 辐照度不均匀度(1)3.5 辐照度不稳定度(1)4 概述(1)5 计量特性(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准前检查(3)7.2 校准项目(3)8 校准结果表达(6)9 复校时间间隔(7)附录A 校准结果内页推荐格式(8)附录B 校准原始记录内页推荐格式(1 1)附录C 校准不确定度评定示例(1 3)J J F1 6 1 52 0 1 7引 言 本规范参照I E C6 0 9 0 4-92 0 0 7 光伏器件 第9部分:太阳模拟器性能要求(P h o-t o v o l
4、t a i cd e v i c e sP a r t 9:S o l a r s i m u l a t o rp e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s)制定。为满足国内光伏行业关键仪器设备的计量需求,本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示,增加了以下内容:明确了太阳模拟器三项性能指标校准的具体方法(见7.2);增加了校准结果不确定度评定示例(见附录C);明确了对校准结果内页格式的要求(见8)。本规范为首次发布。J J F1 6 1 52
5、0 1 7太阳模拟器校准规范1 范围本规范适用于太阳光伏和其他相关行业用稳态和瞬态太阳模拟器的性能校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:I E C6 0 9 0 4-9:2 0 0 7 光伏器件 第9部分:太阳模拟器性能要求(P h o t o v o l t a i cd e v i c e sP a r t 9:S o l a r s i m u l a t o rp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位
6、以下术语和定义适用于本校准规范:3.1 AM 0条件 AM 0c o n d i t i o n标定和测试空间用(AM=0,即地球的大气层外,大气质量为0,未受到大气层的反射和吸收)太阳电池所规定的太阳辐照度和光谱辐照度分布。3.2 AM 1.5 G条件 AM 1.5 Gc o n d i t i o n标定和测试地面用(AM=1.5,即太阳光通过大气的实际距离为大气垂直厚度的1.5倍,对应的天顶角约为4 8)太阳电池所规定的太阳辐照度和光谱辐照度分布。3.3 光谱匹配度 s p e c t r a lm a t c h太阳模拟器光源的光谱相对于标准太阳光谱辐照度的匹配程度。3.4 辐照度不均
7、匀度 i r r a d i a n c en o n-u n i f o r m i t y在整个有效工作区域内,太阳模拟器的辐照度最大值(Em a x)和最小值(Em i n)之间的相对偏差。辐照度不均匀度=(Em a x-Em i n)/(Em a x+Em i n)1 0 0%。3.5 辐照度不稳定度 i r r a d i a n c e i n s t a b i l i t y有效辐照面内任意给定位置上,在规定的时间间隔内,太阳模拟器的辐照度最大值(Em a x)和最小值(Em i n)之间的相对偏差。辐照度不稳定度=(Em a x-Em i n)/(Em a x+Em i n)
8、1 0 0%辐照度不稳定度包括短期不稳定度和长期不稳定度。4 概述太阳模拟器是模拟自然太阳光谱和辐照度的一种光源设备,通常由光源和电源、光学部件和滤光片、以及控制操作系统组成,如图1所示。依据I E C6 0 9 0 4-9:2 0 0 7,衡量太阳模拟器优劣的技术指标主要包括三个方面:光谱匹配特性(与AM 0或AM 1.5 G太阳光谱辐照度分布作比较),辐照度不均匀度和辐照度不稳定度。1J J F1 6 1 52 0 1 7图1 典型的瞬态太阳模拟器结构示意图5 计量特性5.1 太阳模拟器光谱辐照度:光谱匹配度,即与AM 0或者AM 1.5 G标准光谱辐照度对比,偏离范围在 0.7 5,1.
9、2 5,则为A级;0.6,0.7 5)或者(1.2 5,1.4,则为B级;0.4,0.6)或者(1.4,2.0,则为C级。5.2 太阳模拟器辐照度不均匀度:小于或等于2%,则为A级;(2%,5%为B级;(5%,1 0%为C级。5.3 太阳模拟器辐照度不稳定度:a)短期不稳定度:小于或等于0.5%,则为A级;(0.5%,2%为B级;(2%,1 0%为C级。b)长期不稳定度:小于或等于2%,则为A级;(2%,5%为B级;(5%,1 0%为C级。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 温度:校准过程中温度变化范围为2 35;6.1.2 相对湿度:8 0%RH
10、;6.1.3 电源电压:交流电源 2 2 0(11 0%)V;6.1.4 其他条件:环境清洁通风,无影响仪器正常工作的电磁场、机械振动,光学暗室条件。6.2 测量标准及其他设备校准用计量器具和测量标准应经计量技术机构检定合格或校准,并在有效期内。6.2.1 光谱辐照度计:用于测量太阳模拟器的光谱辐照度分布,对于瞬态太阳模拟器,要求能够采集响应速度为m s量级的光辐射。工作波长范围需覆盖3 0 0n m11 0 0n m,波长准确度2n m。6.2.2 检测器:用于测量太阳模拟器的辐照度,测量过程中稳定性优于0.2%,温度2J J F1 6 1 52 0 1 7系数小于0.1%/,可采用硅探测器
11、或单晶硅太阳电池片。6.2.3 I-V转换器:用于将太阳电池片在太阳模拟器辐射下产生的电流信号转化为电压信号,转换器的负载阻值大小与短路电流的乘积应小于开路电压值的3%,并满足响应时间要求。6.2.4 数据采集卡或数字电压表:用于采集在太阳模拟器的辐射下检测器所产生的信号,准确度等级为0.0 1级,并可满足响应时间要求。6.2.5 校准结果需要给出对应校准不确定度,评定方式参考附录C。7 校准项目和校准方法7.1 校准前检查7.1.1 核对检查被校太阳模拟器的名称、规格型号、生产厂商、出厂编号等。7.1.2 确认被校太阳模拟器的正常工作状态,有效工作面积以及周围环境状况等。7.2 校准项目校准
12、项目包括光谱匹配特性(与AM 0或AM 1.5 G太阳光谱辐照度分布作比较)、辐照度不均匀度、辐照度不稳定度三项指标。7.2.1 光谱匹配度校准7.2.1.1 用光谱辐照度计,测试太阳模拟器输出的光谱辐照度分布,在有效波段范围内(AM 0为3 0 0n m11 0 0n m,AM 1.5 G为4 0 0n m11 0 0n m)计算其积分辐照度。7.2.1.2 计算各波长间隔内的光谱辐照度分布(即占积分辐照度的百分比),与表1中标准光谱辐照度分布(AM 0或AM 1.5 G)的百分比之比值为光谱匹配度。表1 标准光谱辐照度分布波长范围/n m占有效波段内积分辐照度的百分比/%AM 0条件(有效
13、波段3 0 0n m11 0 0n m)AM 1.5 G条件(有效波段4 0 0n m11 0 0n m)3 0 04 0 09.4 4 0 05 0 01 8.51 8.45 0 06 0 01 8.61 9.96 0 07 0 01 5.81 8.47 0 08 0 01 2.81 4.98 0 09 0 01 0.21 2.59 0 011 0 01 4.71 5.97.2.1.3 将各波段的比值与表2中数值范围进行比较,由最差的光谱匹配度等级确定太阳模拟器的光谱匹配级别。3J J F1 6 1 52 0 1 7表2 光谱匹配等级划分等级光谱匹配特性(与表1中AM 0或AM 1.5 G条
14、件下百分比的偏离范围)A0.7 5,1.2 5B0.6,0.7 5)或者(1.2 5,1.4C0.4,0.6)或者(1.4,2.07.2.2 辐照度不均匀度校准7.2.2.1 校准原理和装置示意图本规范所采用校准方法的原理是:根据检测器短路电流与辐照度成正比的关系,用数据采集系统收集太阳模拟器辐射下检测器的短路电流经I-V转换后的信号,以等效于采集辐照度。辐照度不均匀度的校准典型装置示意图如图2所示,其中作为检测器的硅太阳电池也可以替换成其他符合要求的检测器。图2 辐照度不均匀度和不稳定度校准装置示意图7.2.2.2 校准方法和步骤(1)将太阳模拟器的工作面均等划分为若干个区域,每个区域的有效
15、受光面积不得大于4 0 0c m2,区域的个数由太阳模拟器总的有效工作面积所决定,一般不少于6 4个。(2)对于稳态太阳模拟器,用检测器沿着工作面内选定的方向移动,采集其在每个区域的信号。(3)对于瞬态太阳模拟器,其检测器移动测量过程同稳态太阳模拟器,由于单次闪光脉冲检测器只能测量到一个区域的辐照度,因此整个测量过程需要多次闪光脉冲才可完成。为避免多次闪光脉冲重复性影响不均匀度校准,需要放置另一检测器于有效工作面的固定位置,以监视多次闪光脉冲的变化。(4)在整个有效工作面各测试区域内,找出检测器信号的最大值(Vm a x)和最小值(Vm i n),对最大值和最小值位置进行复测,以确定是否因偶然
16、因素导致误判。然后根据公式(1)进行不均匀度计算:不均匀度%=(Em a x-Em i n)/(Em a x+Em i n)1 0 0%=(Vm a x-Vm i n)/(Vm a x+Vm i n)1 0 0%(1)(5)对比表3中等级划分的数值,得出太阳模拟器辐照不均匀度的等级。4J J F1 6 1 52 0 1 7表3 太阳模拟器辐照度不均匀度和不稳定度的等级划分范围等级辐照度不均匀度%辐照度不稳定度%短期不稳定度长期不稳定度A20.52B525C1 01 01 07.2.3 辐照度不稳定度校准7.2.3.1 校准原理和装置示意图校准原理和装置同辐照度不均匀度校准。7.2.3.2 校准
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