闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及聚光太阳能光伏发电组件测试技术领域，特别是设及一种闪光太 阳模拟器产生的直射模拟太阳光福照量的测量装置，或闪光直射福照度计。
【背景技术】
[0002] 通常用于产线光伏发电组件电性能测试的光源是闪光太阳模拟器。用于晶娃发电 组件测试的闪光太阳模拟器的技术与产品已经十分成熟，也已经有相应的国际标准。用来 测试评估太阳模拟器均匀性的福照度计的探测器也是采用晶娃电池接收器组件。测试高倍 聚光光伏发电组件电性能所用的太阳模拟器与测试晶娃发电组件的不同。前者需要直射太 阳光(Direct Normal Irradiation),后者却不然。国际标准IEC 62670-3规定了高倍聚光 光伏发电组件的室内闪光测试的标准测试条件（即1000W/m2，电池忍片溫度25°C，光谱范围 380-1800nm，AM1.5D)。描述了如何用太阳模拟器或户外测试平台来测试与标定高倍聚光光 伏发电组件的功率。太阳模拟器是用来产生模拟太阳光的光源设备。模拟太阳光的光谱匹 配性，瞬态稳定性，照度均匀性，准直性等与自然太阳光性能的匹配程度需要符合相关的国 际标准。太阳模拟器是在实验室与生产线上测试高倍聚光光伏发电组件性能中使用的重要 量测设备。太阳模拟器的光源有稳态的与闪光的两种。
[0003] 目前国内认证测试机构采用一片适当尺寸的晶娃电池接收器作为光电探测器，通 过量测短路电流(或转换为电压)来测量来自闪光太阳模拟器的入射光福照度。但是运个方 法存在两个问题：（1)晶娃电池接收器组件的光谱响应范围（380-ll(K)nm)与高倍聚光化合 物=结电池的光谱响应(380-18(K)nm)不同而产生的光谱失配测量误差；（2)为控制入射光 的准直角，进入光束准直筒小孔光阔的福照度很小而存在福照度稳定性问题，运也产生一 定的测量误差。
[0004] 闪光太阳模拟器由闪光光源，闪光灯电源控制系统W及准直物镜等组成。闪光太 阳模拟器灯源的闪光持续时间一般在3毫秒左右，因此用于稳态太阳模拟器或户外测试的 常规直射福照度计化NI meter)不适合用于闪光太阳模拟器的直射福照度的测试。图1所示 为一种传统的基于晶娃电池探测器的闪光太阳模拟器的福照度测试装置。它由晶娃电池1' (边长为a),含小孔光阔的光束准直筒2'（边长为b，长度为h)，晶娃电池的短路电流量测系 统等构成，入射半角度由下式所决定。
[0005]
[0006] 为了控制入射光的准直角（如小于1度），需要根据光束准直筒2'的长度，晶娃电池 1'尺寸，选择适当的光束准直筒2'上的小孔光阔21'。当光阔小孔21'较小时，抵达晶娃电池 1'上的福照度也随之减小。由于来自太阳模拟器的入射光的照度均匀性的局限性(Class B@5 %，Class C@10 % )，加上如果光阔小孔21'对准入射光的方位有一点变化，就会产生福 照度的测量误差。因此，运个闪光直射福照度计很难满足闪光太阳模拟器的福照度计的测 量精度需求。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种测量精度高的闪光太阳模拟器产生的直射模拟 太阳光福照量的测量装置。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：
[0009] 本实用新型是一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光福照量的测量装置，由 组件框架、聚光光学系统、=结太阳能电池忍片接收器和短路电流量测系统组成;所述的组 件框架上端敞开、下端封闭;所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲 涅尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在=结太阳能电池忍片接 收器的上表面且位于菲涅尔聚光透镜的正下方，=结太阳能电池忍片接收器安装在组件框 架内腔底部中央;所述的短路电流量测系统通过导线与=结太阳能电池忍片接收器电连 接。
[0010] 所述的组件框架呈矩形。
[0011] 采用上述方案后，由于本实用新型由组件框架、聚光光学系统、=结太阳能电池忍 片接收器和短路电流量测系统组成；聚光光学系统由菲涅尔聚光透镜(方形通光孔径边长 为D，焦距为f)与二次光学元件构成基于科拉照明原理的高倍聚光光学系统。聚光透镜通光 孔径的选择保证有足够的福照度进入福照度计的探测器。而采用含二次光学元件的聚光光 学系统的福照度计具有在一定的光入射角内，福照度随光入射角变化不敏感的特性。当入 射角超过一定值(接收角）后，入射光则被运个福照度计的聚光光学系统迅速衰减或"过滤" 而无法抵达福照度计的探测器。运样，该聚光光学系统起到了对入射光准直角的限制作用。 只有在一定准直角范围内的直射光才能被福照度计所接受量测。运样就避免了由于使用准 直镜筒来获得入射光的准直角而导致福照度的测量稳定性或测量误差问题，测量精度高。
[0012] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
【附图说明】
[0013] 图1是习用的基于晶娃电池探测器的闪光太阳模拟器的福照度测试装置；
[0014] 图2是本实用新型的结构示意图；
[0015] 图3是本实用新型聚光光学系统的结构示意图；
[0016] 图4为用于闪光直射福照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算结果；
[0017] 图5为用于闪光直射福照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算结果
[0018] 图6所示为利用Class AAA的稳态太阳模拟器对该直射福照度计的照度计量标定 曲线。
【具体实施方式】
[0019] 如图2所示，本实用新型是一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光福照量的 测量装置，由组件框架1、聚光光学系统2、=结太阳能电池忍片接收器3和短路电流量测系 统4组成。
[0020] 所述的组件框架1呈矩形，组件框架1上端敞开、下端封闭。结合图3所示，所述的聚 光光学系统2包括菲涅尔聚光透镜21与二次光学元件22,菲涅尔聚光透镜21安装在组件框 架I的顶部敞开端，二次光学元件22安装在=结太阳能电池忍片接收器3的上表面且位于菲 涅尔聚光透镜21的正下方，=结太阳能电池忍片接收器3安装在组件框架1内腔底部中央。
[0021] 所述的短路电流量测系统4通过导线与=结太阳能电池忍片接收器3电连接。所述 的在接收器面上获得均匀的照度，且在一定准直角内，福照度随光入射角不敏感的特性。
[0022] 本实用新型经过计量标定后可用于闪光太阳模拟器的直射福照度的测量。
[0023] 如图4与图5所示，为用于闪光直射福照度计的典型聚光光学系统的光线追迹计算 结果，包括照度分布W及短路电流随光入射角的变化。聚光透镜孔径为50巧0mm，焦距f = 95mm(波长680nm);二次光学元件:折射率n= 1.71265(波长680nm)，（高折射率玻璃KZFS8); 忍片尺寸2x2mm。从图可W看出，照度分布均匀;且入射角在+/-0.8度内，光学效率随入射角 的变化在1%左右。运样直射福照度计在使用中，由于闪光太阳模拟器的出射光的准直角 (如+/-〇. 5度左右）W及福照度计与入射光的对准误差(+/-0.2度W内），福照度计的测量误 差可W控制在+/-1 % W内。
[0024] 如图6所示，为利用Class AAA的稳态太阳模拟器对该直射福照度计的照度计量标 定曲线。通过拟合曲线得到W下公式：
[0025] Isc = O.288X1 或 I = Isc/0.288
[00%]式中I为福照度(定义1个sun为lOOOw/m2)，Isc为组件的功率。根据福照度计的功 率读数值可由公式计算得出光源的福照度。经过运样福照度标定后的福照度计可用于闪光 太阳模拟器的直射福照度的测量。
[0027] W上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，组件框架的形状可有多种，故不能W 此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变 化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
【主权项】
1. 一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，其特征在于：由组 件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成;所述的组件 框架上端敞开、下端封闭;所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲涅 尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在三结太阳能电池芯片接收 器的上表面且位于菲涅尔聚光透镜的正下方，三结太阳能电池芯片接收器安装在组件框架 内腔底部中央;所述的短路电流量测系统通过导线与三结太阳能电池芯片接收器电连接。2. 根据权利要求1所述的闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置， 其特征在于:所述的组件框架呈矩形。
【专利摘要】本实用新型公开了一种闪光太阳模拟器产生的直射模拟太阳光辐照量的测量装置，由组件框架、聚光光学系统、三结太阳能电池芯片接收器和短路电流量测系统组成。所述的聚光光学系统包括菲涅尔聚光透镜与二次光学元件，菲涅尔聚光透镜安装在组件框架的顶部敞开端，二次光学元件安装在三结太阳能电池芯片接收器的上表面，三结太阳能电池芯片接收器安装在组件框架内腔底部中央，短路电流量测系统通过导线与三结太阳能电池芯片接收器电连接。本实用新型经过计量标定后可用于闪光太阳模拟器的直射辐照度的测量，测量精度高。
【IPC分类】G01J1/42
【公开号】CN205373880
【申请号】CN201520819897
【发明人】廖廷俤, 王智超, 黄启禄
【申请人】日芯光伏科技有限公司
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年10月22日