Calibración fotovoltaica: Cómo calibrar un simulador solar

Respuesta rápida: Calibrar un simulador solar es lo que hace que cada clasificación de módulo que produce su línea sea trazable. La calibración establece la irradiancia y el espectro del simulador frente a un dispositivo de referencia, de modo que una medición a 1000 W/m2 y 25 °C signifique lo mismo en su línea que en un laboratorio de certificación. El procedimiento sigue la IEC 60904 e implica una célula o módulo de referencia con una calibración conocida, medido bajo el simulador y comparado con su valor declarado. Los requisitos clave son una irradiancia estable en todo el plano de ensayo, un espectro que coincida con la referencia y una temperatura controlada. Los valores de trabajo típicos incluyen un dispositivo de referencia calibrado en el rango de 200 W a 500 W y mediciones de corriente de aproximadamente 1 A. Un simulador que se desvía de la calibración no falla de forma evidente; clasifica mal los módulos de forma silenciosa, por lo que el intervalo de calibración es un elemento de cumplimiento.

Fabricación de módulos fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introducción: Por qué Simulador solar la calibración importa

En el ensayo de módulos fotovoltaicos, una medición fiable comienza con una cosa: un simulador solar correctamente calibrado. Si la salida del simulador no se controla con precisión, la potencia, la corriente y la eficiencia medidas del módulo pueden desviarse del valor real. En un mercado donde los módulos de 500 W y de mayor potencia ya son comunes, incluso un error del 0,5% puede tener relevancia comercial.

Un simulador solar es un dispositivo diseñado para reproducir la luz solar en condiciones de laboratorio controladas. Se utiliza ampliamente para el ensayo del rendimiento de módulos fotovoltaicos, especialmente en STC, o Condiciones de Ensayo Estándar. En palabras sencillas, es la principal fuente de luz detrás de los ensayos eléctricos fotovoltaicos profesionales.

Figura 1 Simulador solar A+ A+ A+

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Calibración de irradiancia en STC

Para la mayoría de los trabajos de calibración en laboratorio, el primer objetivo es la irradiancia. En STC, el simulador debe ajustarse a 1000 W/m² con un espectro AM1.5G y una temperatura de célula de 25°C.

En la industria fotovoltaica, se utiliza comúnmente una célula WPVS como Dispositivo de Referencia Primario. Institutos de metrología cualificados como PTB o NREL proporcionan la corriente de cortocircuito calibrada, o Isc, de la célula WPVS bajo AM1.5G e irradiancia de 1000 W/m². Este valor de calibración es trazable al Sistema Internacional de Unidades, y su incertidumbre puede ser tan baja como alrededor del 0,5%.

Debido a esta trazabilidad y estabilidad, la célula WPVS se utiliza a menudo para transferir un valor de calibración de baja incertidumbre a dispositivos de referencia secundarios.

Sin embargo, la calibración de un simulador solar a nivel de módulo no consiste solo en establecer un número en el software. El área de ensayo es grande, a menudo de alrededor de 2,6 m × 1,5 m o incluso 3 m × 2 m. Antes del ajuste final de la irradiancia, debe medirse punto por punto la distribución de la irradiancia en el plano de ensayo. Según la IEC 60904-9, el área de ensayo de no uniformidad debe cubrir al menos el 80% del área de ensayo del simulador. Después de eso, puede calcularse la irradiancia media de todo el plano de ensayo y utilizarse como base para la calibración.

Figura 2 Célula WPVS

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Monitorización con célula de referencia WPVS: los pequeños errores de posición importan

Durante la calibración, la célula WPVS suele colocarse en la posición de la célula de referencia para monitorizar la irradiancia en tiempo real durante el funcionamiento del simulador. La señal de corriente de la célula WPVS se convierte en una señal de tensión mediante un amplificador o una resistencia, y luego la lee el sistema del simulador.

La calibración se completa ajustando el parámetro correspondiente del software. Por ejemplo, algunos simuladores Halm utilizan un ajuste de valor de calibración, mientras que algunos sistemas Pasan utilizan ajustes de sensibilidad. En ciertos sistemas, la relación entre corriente y sensibilidad se proporciona directamente como una fórmula de conversión.

Pero hay un detalle que se pasa por alto fácilmente: la célula de referencia suele colocarse fuera del área de ensayo principal. La irradiancia en esa posición puede ser inferior a la irradiancia media sobre el plano de ensayo del módulo. Si el valor metrológico se utiliza directamente sin compensación, la irradiancia real en el área de ensayo del módulo puede volverse demasiado alta, lo que afectará a la potencia medida.

Incluso si la célula de referencia se coloca dentro del área de ensayo, el problema no desaparece por completo. Para un simulador de clase A+ con una no uniformidad inferior al 1%, la célula de referencia suele colocarse cerca del borde de la zona de ensayo. Esto todavía puede introducir una desviación de aproximadamente el 0,5% al 1%. En el ensayo fotovoltaico, esto no es un número pequeño.

La temperatura de la célula de referencia también debe controlarse cerca de 25°C. Aunque el coeficiente de temperatura de la Isc suele ser relativamente pequeño, la fluctuación de temperatura sigue contribuyendo a la incertidumbre de la medición. Si el objetivo es la precisión, la influencia de la temperatura debe reducirse tanto como sea posible.

Figura 3 Área de ensayo del simulador solar y posición de la célula de referencia

Calibración a diferentes niveles de irradiancia

Las células WPVS no solo son estables; también ofrecen una buena linealidad. Esto las hace útiles para calibrar la irradiancia del simulador a diferentes niveles de intensidad luminosa. Por ejemplo, si la irradiancia objetivo es 200 W/m². el valor de Isc calibrado a 1000 W/m² puede multiplicarse por 0,2 para obtener la corriente de referencia esperada.

Para los simuladores solares de lámpara de xenón, los grandes cambios de irradiancia suelen lograrse con diferentes filtros. Después de cambiar los filtros, se recomienda volver a medir la no uniformidad de la irradiancia, porque la distribución óptica puede cambiar junto con la intensidad.

Calibración espectral: simuladores de xenón y LED

Para los simuladores solares de xenón, el espectro está determinado principalmente por la fuente de la lámpara y los filtros ópticos. En la mayoría de los laboratorios, el espectro no puede ajustarse libremente. Por lo tanto, el método correcto es utilizar un espectrómetro calibrado para medir el espectro en varias posiciones del área de ensayo. Según la IEC 60904-4, se requieren al menos cuatro puntos de medición.

La clave no es hacer que el espectro parezca perfecto en una sola ubicación, sino confirmar que el simulador cumple la clase espectral requerida en el área de ensayo correspondiente.

Figura 4 Posiciones de medición espectral

Los simuladores solares basados en LED son más flexibles. Su distribución espectral generalmente se puede ajustar mediante software, lo que facilita cumplir con los requisitos espectrales A+ de la IEC 60904-9. Aun así, la desviación espectral, a menudo discutida a través de la evaluación relacionada con SPD, debe mantenerse lo más baja posible.

Una preocupación práctica es que los simuladores LED normalmente se construyen a partir de múltiples placas de circuito de LED. Esto puede provocar una notable falta de uniformidad espectral en el plano de prueba. Por esta razón, es mejor medir más puntos en lugar de confiar solo en el requisito mínimo.

Otro punto importante: los simuladores LED pueden lograr grandes cambios de irradiancia sin filtros, pero su espectro aún puede cambiar a diferentes niveles de irradiancia. Siempre que el ajuste de irradiancia cambie significativamente, el espectro debe verificarse de nuevo en lugar de asumir que permanece sin cambios.

Resumen: La calibración es la base de la medición fotovoltaica

La calibración del simulador solar es una de las bases para el ensayo preciso de módulos fotovoltaicos. En el laboratorio, el propósito principal es lograr una medición precisa y luego transferir valores de calibración de alta calidad a dispositivos de referencia secundarios.

En las líneas de producción, la estrategia de calibración puede ser diferente porque la velocidad, la repetibilidad, la estabilidad del equipo y el control del proceso de fábrica pasan a formar parte del sistema de medición. Pero el principio fundamental sigue siendo el mismo: la fuente de luz debe controlarse, verificarse y comprenderse.

Tanto la calibración de irradiancia como la medición espectral requieren un trabajo cuidadoso. La posición de la célula de referencia, la falta de uniformidad del área de prueba, los cambios de filtro, la distribución espectral del LED y el control de temperatura pueden influir en el resultado final de potencia. En el ensayo fotovoltaico, los errores pequeños no permanecen pequeños por mucho tiempo.

Ooitech cree: las uniones de recombinación de nanocristales de In₂O₃ con ingeniería de superficie combinadas con la ingeniería de HSM en volumen/interfaz han llevado los módulos tándem totalmente de perovskita de gran área a una eficiencia certificada del 26,2 %, acercando decisivamente esta tecnología a la comercialización.

Como proveedor de equipos que trabaja con líneas de producción de módulos solares, Ooitech considera la calibración del simulador solar no como un ajuste único, sino como parte de todo el sistema de control de calidad de la fábrica. Para la fabricación de módulos de alto rendimiento, el probador IV y el simulador solar deben estar emparejados con rutinas de calibración claras, dispositivos de referencia estables y capacitación práctica de los operadores; de lo contrario, la precisión del laboratorio puede no traducirse en repetibilidad en la línea de producción. El verdadero desafío es equilibrar la precisión con la eficiencia de fabricación diaria, especialmente cuando las tecnologías avanzadas de módulos y las clasificaciones de potencia más altas hacen que las pequeñas desviaciones de medición sean más visibles.