太阳模拟器光谱匹配度对光伏器件关键电参数测量的影响研究

近年来,得益于光伏技术的发展,光伏器件的光谱响应范围从原来的(400~1100)nm扩展到(300~1200)nm,用于评估太阳模拟器性能的标准IEC 60904也在2020年末推出了第三版,对光谱分布范围和光谱匹配度均提出了更高要求,这对现有的太阳模拟器的性能形成了更高的挑战。我国作为光伏产品研发制造大国,各生产研发部门、科研机构和高校用于光伏器件关键电参数测量的氙灯太阳模拟器保有量可观,且基本使用稳态氙灯光源,但当中不少设备已使用多年,因为种种原因光谱匹配度性能衰减明显。文中研究稳态氙灯模拟器的性能和结构特点,提出了基于调节氙灯滤光片透光特性的太阳模拟器光谱匹配度改善方法,一方面可拓宽太阳模拟器的光谱分布范围,另一方面对拓宽后的光谱辐射的光谱匹配度有明显改善,避免了该类设备过早退役,对光伏行业的降本增效具有重要意义。

大面积宽光谱太阳模拟器光谱匹配均匀度技术研究

针对IEC60904.9标准规定的光谱辐照度分布波长范围不能满足铜铟镓硒薄膜等宽光谱太阳电池伏安特性测试需求,提出了一种适用于工业生产用的大面积宽光谱太阳模拟器光机结构设计思路。依据IEC60904.3标准拓宽光谱波长范围为400～1200nm,并给出各光谱波段评判依据。详细介绍了宽光谱AM1.5G滤光片设计方法,并通过组合滤光片与单组滤光片进行比对试验,采用组合滤光片可使整体匹配偏差由9.4%缩小至5.4%。试验表明：采用组合滤光片可有效降低光源因角度效应造成大面积测试面光谱匹配不均匀的难题。

地物光谱匹配模型比较研究

在大量实测的城市地物光谱数据的基础上,对3种有代表性的光谱匹配模型,即最小距离、光谱角度匹配(SAM),光谱相似度匹配进行了深入计算和分析,在这3种模型中,以SAM表现程度较好,但都不是最理想,区分程度不是很高.为增强区别程度,本文引入了导数对光谱匹配模型进行了重新计算,分析结果表明,一阶导数能明显增加3种光谱匹配模型的区分度,尤其是最小距离法增加非常明显.

一个评价光谱估计精度的新参数

研究了对多光谱成像系统进行光谱估计的精度评价的问题。在给出光谱估计偏指数定义的基础上,提出了多光谱图像获取系统的光谱估计性能的评价的新方法——系统光谱匹配偏度指数法。该方法用一个指标来定量评价两光谱向量的光谱匹配程度,避免了以往评价参数的复杂性,同时反映了光谱反射率估计曲线实际测量曲线之间的差异程度。采用一典型多光谱相机对Macbeth色卡的24个典型光谱仿真估计所得的24个光谱对数值模拟,验证了光谱反射率估计匹配偏度指数能全面的反映光谱反射率的估计精度的设想;并拿17个多光谱估计系统的仿真估计的光谱数据,计算了它们的系统光谱估计偏度指数,计算结果有很好的一致性。结果还显示,系统光谱估计偏度指数还可用作对多光谱相机光谱估计性能进行等级划分的依据。

物体反射光谱的多色拟合技术研究

传统基于RGB体制的显示技术,其本质是异谱同色成像,为进一步提升显示端与真实物体反射光谱匹配度,减少色差,本文提出一种基于多通道的反射光谱重建方法,可在显示端更加接近物体反射特性,色差更小,效果更真实。本方法通过增加显示通道的数量,扩大了光谱范围,提高显示信息的完整性;并利用QPSO (量子粒子群)多光谱重建算法,拟合真实物体表面反射光谱,达到重建物体真实反射光谱目的。在实验验证中,首先利用LED光源,对4种标准光源照射下的24色标准色卡中的各个颜色进行反射光谱重建,共计384组光谱。当通道数量从3增加到8时,光谱匹配度从80%增加到大于90%,且平均色差小于2,验证了本方法可以大幅度提高显示光谱与真实物体的光谱匹配度,同时大幅减少色差。

连续氙灯发光光谱的设计与应用研究

对太阳实际光谱与连续氙灯的光谱进行了测试,结果显示氙灯发光光谱的红外部分占全部光谱的55.6%,与实际太阳光谱的28.4%有较大差别。依据这种差别进行光谱曲线拟合,得到925 nm最低点的透过率曲线。采用滤光片对氙灯发光光谱的红外部分光强进行适当过滤,测得过滤后的光谱达到标准匹配度。通过测试滤光后6个不同位置点的光谱发现,光谱最大偏差仅为12.5%,表明过滤后的氙灯光谱均匀性较好。利用电致发光检测有缺陷的硅电池进行电池的电性能测试,发现经过采用滤光片和未采用滤光片的连续氙灯光照测试的I-V电性能值不同,功率相差0.22 W,表明氙灯光谱匹配度直接影响电池电性能测试的准确度。

大面积太阳模拟器辐照不均匀度A级指标的设计与实现

针对2m×1.1m检测需求的大面积太阳模拟器辐照不均匀度指标达到A级要求,通过分析现有的大面积太阳模拟器侧打光和下打光方式,进一步比较了现有的匀光装置,设计了双脉冲氙灯下打光的太阳模拟器光机结构。为进一步提高太阳模拟器的整个辐照面的辐照不均匀度指标具有一定的参考意义。

科尔沁沙地典型沙丘植被光谱特征数据的匹配

地物光谱数据是多因素共同作用的结果,可能会出现"同物异谱"或"异物同谱"现象。以科尔沁沙地典型沙丘—草甸相间区域为研究区,以野外实测沙丘植被光谱数据为基础,利用最小距离法、光谱相似角度、光谱相关系数和光谱信息散度4种光谱匹配算法,对去噪后植物光谱特征数据进行匹配分析,发现最小距离法可以区分出本区沙丘典型植被。在此基础上,对光谱导数进行匹配分析,发现光谱相似角度和光谱相关系数识别效果增强明显,二阶导数光谱特征匹配度甚至出现了多个负值。最后选取TM1、TM2、TM3和TM4波段植被光谱数据做同样处理,证实TM2、TM4波段能够提高识别精度;同时,基于统计学基础分析单波段基础信息,发现单波段所包含信息量依次为TM1>TM4>TM2>TM3,综合考虑TM1波段内各植被光谱反射率特征曲线重叠严重和单波段植被光谱特征匹配度结果,认为TM4波段为该地区植被物种识别的首选波段。

光伏电池组件太阳模拟器AM1.5滤光片的研究

通过将标准大气光谱与大功率圆弧形氙灯光谱的比较,获得了AM1.5型太阳能模拟器滤光片的透射率光谱曲线。通过膜系设计和镀制,研制出了中心波长为930 nm的负滤光片,该滤光片在930 nm处的透射率T=15%,400～750 nm波段内的平均透射率Ta≥93%,1200～1400 nm内平均透射率Ta≥91%。将6片相同的滤光片安装在测试面为1 200 mm×2 000 mm的脉冲式光伏组件太阳模拟器上进行测试,在氙灯的正上方,其光谱匹配度在0.91~1.05之间,达到了A类滤光片要求;而在离圆弧氙灯最远的位置2处,测试的光谱匹配度在0.73~1.06之间,达不到A类滤光片要求。最后,通过采用滤光片的优化组合拼接技术,使光伏电池组件模拟器测试面上所有点的光谱匹配度均达到了A类要求。

太阳模拟器AM0型滤光片及其稳定性研究

太阳模拟器作为航天科技卫星空间环境模拟和太阳能电池检测与标定的必要模拟设备,越来越受到人们的关注。太阳模拟器滤光片作为模拟器的核心部件,通过对模拟器光源滤光,可以得到不同的太阳光谱辐照度。文中研究的AM0滤光片通过对氙灯光源滤光,可以得到大气层表面的太阳光谱辐照度分布。根据标准AM0光谱辐照度曲线和标准氙灯辐照度曲线,得到AM0滤光片透过率曲线。在此基础上对滤光片进行膜系设计和镀制,得到了满足国标A类标准的AM0滤光片。对滤光片进行了紫外辐照实验和高温烘烤实验,研究了其光学稳定性,所镀制的滤光片光学稳定性优于目前使用的滤光片。

金卤灯太阳模拟设备中滤光片的设计

本文主要研究了一种采用金卤灯作为模拟太阳光源时太阳模拟设备中滤光片的设计方法。首先论述了模拟太阳光源的相对光谱辐照度比例及其光谱匹配度的计算过程。然后,根据金卤灯光谱的相对光谱辐照度比例分布,分析了滤光片的设计方法,并给出了其设计透射率曲线;计算了金卤灯光源结合滤光片后在不同波段的光谱匹配度,结果显示,光谱匹配度等级均达到了A级;对于大尺寸滤光片,为保证金卤灯光谱在不同波段的光谱匹配度等级均达到A级标准要求,滤光片的透射率曲线偏移量应控制在±10 nm范围内。最后,通过使用2000 W金卤灯结合本设计滤光片进行实际验证,最终整体光谱在各波段的光谱匹配度等级均达到了A级标准。

高光谱匹配LED太阳模拟器的研究

太阳模拟器在太阳电池的Ⅳ特性测试、材料老化、农林育种等领域有着广泛的应用。利用人造光源获得高光谱匹配度一直是太阳模拟器需要解决的难点。LED具有丰富的发光波段,数量和发光强度可调,为实现高光谱匹配度提供了一种解决方案。通过调节每种LED的数量和功率,利用39种91只LED,实现了光谱匹配度最大偏差为4.56%的LED太阳模拟器。采用栅格状球冠型散热器、圆锥型和圆柱型光导管组成的匀光系统,实现了光斑直径为45 mm,辐照强度不均匀度为1.41%,辐照强度不稳定度为1.10%的超AAA级太阳模拟器。

稳态型太阳模拟器关键参数对光伏电池短路电流测试结果的影响分析

介绍了太阳模拟器性能等级分类标准,研究了稳态型太阳模拟器的光谱匹配度、辐照不均匀度和辐照不稳定度3个关键参数对光伏电池短路电流测试结果的影响。实验表明,对太阳模拟器进行光谱失配修正能够降低短路电流测试值与校准值的偏差;调整被测电池有效测试平面内的平均辐照度达到标准值要求,能够有效降低辐照不均匀度的影响;对模拟器的辐照不稳定度进行控制,能够降低短路电流重复性测试误差。

大辐照面积超A级太阳能模拟器的设计与实现

设计并实现了一种超A级大型脉冲式太阳模拟器,该设备以长弧氙灯作为光源,采用同轴发散式光学结构,在3 m×3 m内辐照度的不均匀性小于±1%,光谱失配度小于10%,辐照度时间不稳定性小于±0.2%,对同一组件多次测量其相对误差小于0.3%。