PV校正：太陽光シミュレーターの校正方法

簡単な回答： ソーラーシミュレータの校正は、生産ラインで製造されるすべてのモジュールの定格をトレーサブルにするために不可欠です。校正では、シミュレータの放射照度とスペクトルを基準デバイスに対して設定するため、1000 W/m2および25 °Cでの測定が、認証試験所での測定と同じ意味を持つようになります。手順はIEC 60904に準拠し、校正値が既知の基準セルまたはモジュールをシミュレータ下で測定し、その表示値と比較します。主な要件は、試験面全体にわたる安定した放射照度、基準に一致するスペクトル、および制御された温度です。一般的な作業値には、200 W～500 Wの範囲で校正された基準デバイス、および約1 Aまでの電流測定が含まれます。校正から外れてドリフトしたシミュレータは、大きな警報を発することはありません。モジュールの定格を静かに誤って評価するため、校正間隔はコンプライアンス項目となります。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

はじめに：なぜ ソーラーシミュレーター 校正が重要なのか

太陽電池モジュール試験において、信頼できる測定は一つのことから始まります。それは適切に校正されたソーラーシミュレータです。シミュレータの出力が正確に制御されていないと、測定されたモジュールの電力、電流、効率はすべて真値からずれてしまいます。500 W以上の高出力モジュールがすでに一般的となっている市場では、0.5%の誤差でも商業的に意味を持つことがあります。

ソーラーシミュレータは、制御された実験室条件下で太陽光を再現するために設計された装置です。PVモジュールの性能試験、特にSTC（標準試験条件）で広く使用されています。簡単に言えば、プロフェッショナルなPV電気試験を支える主要な光源です。

図1 A+ A+ A+ ソーラーシミュレータ

画像出典：インターネット

STCにおける放射照度校正

ほとんどの実験室校正作業では、最初の目標は放射照度です。STCでは、シミュレータは次のように調整されるべきです 1000 W/m² AM1.5Gスペクトルおよびセル温度25°Cで。

PV業界では、WPVSセルが一般的に次のものとして使用されます 一次参照デバイス。PTBやNRELなどの認定計量機関は、AM1.5Gおよび1000 W/m²の放射照度下でのWPVSセルの校正済み短絡電流（Isc）を提供しています。この校正値は国際単位系にトレーサブルであり、その不確かさは約0.5%程度まで低くすることができます。

このトレーサビリティと安定性により、WPVSセルは低不確かさの校正値を二次参照デバイスに伝達するためによく使用されます。

しかし、モジュールレベルのソーラーシミュレータ校正は、ソフトウェアで一つの数値を設定するだけではありません。試験エリアは広く、しばしば約 2.6 m × 1.5 m あるいはさらに 3 m × 2 m最終的な放射照度調整の前に、テストプレーン全体の放射照度分布をポイントごとに測定する必要があります。IEC 60904-9に従い、不均一性テストエリアはシミュレータのテストエリアの少なくとも80%をカバーする必要があります。その後、テストプレーン全体の平均放射照度を計算し、校正の基準として使用できます。

図2 WPVSセル

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WPVSリファレンスセルのモニタリング：小さな位置誤差が重要

校正中、WPVSセルは通常リファレンスセル位置に配置され、シミュレータ動作中のリアルタイム放射照度をモニタリングします。WPVSセルからの電流信号はアンプまたは抵抗を介して電圧信号に変換され、シミュレータシステムによって読み取られます。

校正は関連するソフトウェアパラメータを調整することによって完了します。例えば、一部のHalmシミュレータは校正値設定を使用し、一部のPasanシステムは感度設定を使用します。特定のシステムでは、電流と感度の関係が変換式として直接提供されます。

しかし、見落とされがちな詳細があります。リファレンスセルはしばしばメインテストエリアの外に配置されます。その位置の放射照度は、モジュールテストプレーン全体の平均放射照度よりも低い可能性があります。補正なしで測定値を直接使用すると、モジュールテストエリアの実際の放射照度が高くなりすぎ、測定電力に影響を与える可能性があります。

リファレンスセルがテストエリア内に配置されている場合でも、問題は完全には解消されません。不均一性が1%未満のA+クラスシミュレータでは、リファレンスセルはしばしばテストゾーンの端付近に配置されます。これでも約0.5%から1%の偏差が生じる可能性があります。PVテストでは、これは小さな数値ではありません。

リファレンスセルの温度も以下に近い値に制御する必要があります： 25°C。Iscの温度係数は通常比較的小さいですが、温度変動は依然として測定不確かさに寄与します。精度が目標であれば、温度の影響は可能な限り低減すべきです。

図3 ソーラーシミュレータのテストエリアとリファレンスセル位置

異なる放射照度レベルでの校正

WPVSセルは安定しているだけでなく、良好な直線性も提供します。これにより、異なる光強度レベルでシミュレータの放射照度を校正するのに役立ちます。例えば、目標放射照度が 200 W/m²の場合、1000 W/m²での校正済みIsc値に0.2を掛けて、期待されるリファレンス電流を得ることができます。

キセノンランプ太陽光シミュレータでは、大きな放射照度の変化は多くの場合、異なるフィルターを用いて実現されます。フィルター交換後は、光学分布が強度とともに変化する可能性があるため、放射照度の不均一性を再測定することを推奨します。

分光校正：キセノンおよびLEDシミュレータ

キセノン太陽光シミュレータでは、スペクトルは主にランプ光源と光学フィルターによって決定されます。ほとんどの実験室では、スペクトルを自由に調整することはできません。したがって、正しい方法は、校正済みの分光器を使用して試験エリア内の複数の位置でスペクトルを測定することです。IEC 60904-4によれば、少なくとも4つの測定点が必要です。

重要なのは、スペクトルが1か所だけで完璧に見えるようにすることではなく、シミュレータが関連する試験エリア全体で要求される分光クラスを満たしていることを確認することです。

図4 分光測定位置

LEDベースの太陽光シミュレータはより柔軟です。その分光分布は通常ソフトウェアを通じて調整できるため、IEC 60904-9のA+分光要件を満たすことがより容易です。それでも、SPD関連の評価でしばしば議論される分光偏差は、可能な限り低く抑えるべきです。

実用上の懸念の一つは、LEDシミュレータが通常、複数のLED回路基板から構成されていることです。これにより、試験面全体で顕著な分光不均一性が生じる可能性があります。このため、最低要件だけに頼るのではなく、より多くの点を測定する方が良いです。

もう一つの重要な点：LEDシミュレータはフィルターなしで大きな放射照度変化を実現できますが、異なる放射照度レベルではスペクトルが変化する可能性があります。放射照度設定が大きく変わった場合は常に、スペクトルが変わらないと仮定するのではなく、再度確認すべきです。

まとめ：校正はPV測定の基盤である

太陽光シミュレータの校正は、正確なPVモジュール試験の基盤の一つです。実験室では、主な目的は精密な測定を達成し、その後、高品質な校正値を二次基準デバイスに伝達することです。

生産ラインでは、速度、再現性、装置の安定性、工場のプロセス管理がすべて測定システムの一部となるため、校正戦略は異なる場合があります。しかし、核心となる原則は同じです：光源は制御され、検証され、理解されなければなりません。

放射照度校正と分光測定はどちらも慎重な作業を要します。参照セルの位置、試験エリアの不均一性、フィルターの変更、LEDの分光分布、温度管理は、いずれも最終的な電力結果に影響を与える可能性があります。PV試験では、小さな誤差が長く小さなままにとどまることはありません。

Ooitechの見解

太陽電池モジュール生産ラインを手がける設備サプライヤーとして、Ooitechはソーラーシミュレータの校正を一度きりの設定ではなく、工場全体の品質管理システムの一部と捉えています。高スループットのモジュール製造では、IVテスターとソーラーシミュレータを、明確な校正ルーチン、安定した参照デバイス、実践的なオペレーター訓練と組み合わせる必要があります。そうでなければ、ラボの精度が生産ラインの再現性に結びつかない可能性があります。真の課題は、精度と日々の製造効率のバランスを取ることであり、特に先進的なモジュール技術とより高い出力定格により、わずかな測定偏差がより顕著になる場合に重要です。