บทนำ: เหตุใดการสอบเทียบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์จึงสำคัญ

ในการทดสอบโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ การวัดที่เชื่อถือได้เริ่มต้นจากสิ่งเดียว: เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ที่สอบเทียบอย่างถูกต้อง หากเอาต์พุตของเครื่องจำลองไม่ถูกควบคุมอย่างแม่นยำ ค่ากำลัง กระแส และประสิทธิภาพของโมดูลที่วัดได้อาจเบี่ยงเบนไปจากค่าจริง ในตลาดที่โมดูลกำลังไฟ 500 W และสูงกว่าเป็นเรื่องปกติ แม้แต่ข้อผิดพลาด 0.5% ก็อาจมีความสำคัญในเชิงพาณิชย์

เครื่องจำลองแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างแสงแดดภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการที่ควบคุมได้ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบประสิทธิภาพของโมดูล PV โดยเฉพาะภายใต้ STC หรือสภาวะการทดสอบมาตรฐาน พูดง่ายๆ คือเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักที่อยู่เบื้องหลังการทดสอบทางไฟฟ้าของ PV อย่างมืออาชีพ

รูปที่ 1 เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ A+ A+ A+

ที่มาของภาพ: อินเทอร์เน็ต

การสอบเทียบความเข้มแสงภายใต้ STC

สำหรับงานสอบเทียบในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ เป้าหมายแรกคือความเข้มแสง ภายใต้ STC ควรปรับเครื่องจำลองให้เป็น 1000 W/m² ด้วยสเปกตรัม AM1.5G และอุณหภูมิเซลล์ 25°C

ในอุตสาหกรรม PV เซลล์ WPVS มักใช้เป็น อุปกรณ์อ้างอิงหลักสถาบันมาตรวิทยาที่มีคุณสมบัติ เช่น PTB หรือ NREL ให้ค่ากระแสลัดวงจรที่สอบเทียบแล้ว หรือ Isc ของเซลล์ WPVS ภายใต้ความเข้มแสง AM1.5G และ 1000 W/m² ค่าสอบเทียบนี้สามารถสอบกลับได้ถึงระบบหน่วยสากล และค่าความไม่แน่นอนอาจต่ำถึงประมาณ 0.5%

เนื่องจากความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับและความเสถียรนี้ เซลล์ WPVS จึงมักถูกใช้เพื่อถ่ายโอนค่าการสอบเทียบที่มีความไม่แน่นอนต่ำไปยังอุปกรณ์อ้างอิงทุติยภูมิ

อย่างไรก็ตาม การสอบเทียบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ในระดับโมดูลไม่ใช่แค่การตั้งค่าตัวเลขในซอฟต์แวร์เท่านั้น พื้นที่ทดสอบมีขนาดใหญ่ มักจะประมาณ 2.6 ม. × 1.5 ม. หรือแม้กระทั่ง 3 ม. × 2 ม.ก่อนการปรับค่าความเข้มแสงครั้งสุดท้าย ควรวัดการกระจายความเข้มแสงทั่วระนาบทดสอบทีละจุด ตามมาตรฐาน IEC 60904-9 พื้นที่ทดสอบความไม่สม่ำเสมอควรครอบคลุมอย่างน้อย 80% ของพื้นที่ทดสอบของเครื่องจำลอง หลังจากนั้น สามารถคำนวณค่าความเข้มแสงเฉลี่ยของระนาบทดสอบทั้งหมดและใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการสอบเทียบ

รูปที่ 2 เซลล์ WPVS

ที่มาของภาพ: อินเทอร์เน็ต

การตรวจสอบเซลล์อ้างอิง WPVS: ข้อผิดพลาดตำแหน่งเล็กน้อยมีความสำคัญ

ในระหว่างการสอบเทียบ เซลล์ WPVS มักจะถูกวางไว้ที่ตำแหน่งเซลล์อ้างอิงเพื่อตรวจสอบความเข้มแสงแบบเรียลไทม์ระหว่างการทำงานของเครื่องจำลอง สัญญาณกระแสจากเซลล์ WPVS จะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันผ่านแอมพลิฟายเออร์หรือตัวต้านทาน จากนั้นระบบเครื่องจำลองจะอ่านค่า

การสอบเทียบเสร็จสมบูรณ์โดยการปรับพารามิเตอร์ซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น เครื่องจำลอง Halm บางรุ่นใช้การตั้งค่าค่าสอบเทียบ ในขณะที่ระบบ Pasan บางระบบใช้การตั้งค่าความไว ในบางระบบ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและความไวจะถูกระบุโดยตรงเป็นสูตรการแปลง

แต่มีรายละเอียดที่มักถูกมองข้าม: เซลล์อ้างอิงมักถูกวางไว้นอกพื้นที่ทดสอบหลัก ความเข้มแสงที่ตำแหน่งนั้นอาจต่ำกว่าความเข้มแสงเฉลี่ยบนระนาบทดสอบโมดูล หากใช้ค่ามาตรวิทยาโดยตรงโดยไม่มีการชดเชย ความเข้มแสงจริงในพื้นที่ทดสอบโมดูลอาจสูงเกินไป ซึ่งจะส่งผลต่อกำลังไฟฟ้าที่วัดได้

แม้ว่าเซลล์อ้างอิงจะถูกวางไว้ภายในพื้นที่ทดสอบ ปัญหาก็ไม่ได้หายไปทั้งหมด สำหรับเครื่องจำลองคลาส A+ ที่มีความไม่สม่ำเสมอต่ำกว่า 1% เซลล์อ้างอิงมักถูกวางไว้ใกล้ขอบของพื้นที่ทดสอบ ซึ่งอาจทำให้เกิดความเบี่ยงเบนประมาณ 0.5% ถึง 1% ในการทดสอบ PV นี่ไม่ใช่ตัวเลขที่น้อย

อุณหภูมิของเซลล์อ้างอิงยังต้องถูกควบคุมให้ใกล้เคียงกับ 25°Cแม้ว่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ Isc มักจะค่อนข้างเล็ก แต่ความผันผวนของอุณหภูมิก็ยังมีส่วนทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัด หากความแม่นยำเป็นเป้าหมาย ควรลดผลกระทบจากอุณหภูมิให้มากที่สุด

รูปที่ 3 พื้นที่ทดสอบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์และตำแหน่งเซลล์อ้างอิง

การสอบเทียบที่ระดับความเข้มแสงต่างกัน

เซลล์ WPVS ไม่เพียงแต่มีความเสถียรเท่านั้น แต่ยังมีความเป็นเส้นตรงที่ดี ทำให้มีประโยชน์สำหรับการสอบเทียบความเข้มแสงของเครื่องจำลองที่ระดับความเข้มแสงต่างกัน ตัวอย่างเช่น หากความเข้มแสงเป้าหมายคือ 200 W/m²ค่า Isc ที่สอบเทียบที่ 1000 W/m² สามารถคูณด้วย 0.2 เพื่อให้ได้กระแสอ้างอิงที่คาดหวัง

สำหรับเครื่องจำลองแสงอาทิตย์แบบหลอดซีนอน การเปลี่ยนแปลงความเข้มแสงขนาดใหญ่มักทำได้โดยใช้ฟิลเตอร์ที่แตกต่างกัน หลังจากเปลี่ยนฟิลเตอร์ แนะนำให้วัดความไม่สม่ำเสมอของความเข้มแสงอีกครั้ง เนื่องจากการกระจายแสงอาจเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับความเข้มแสง

การสอบเทียบสเปกตรัม: เครื่องจำลองแบบซีนอนและ LED

สำหรับเครื่องจำลองแสงอาทิตย์แบบซีนอน สเปกตรัมส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดหลอดและฟิลเตอร์แสง ในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ สเปกตรัมไม่สามารถปรับได้อย่างอิสระ ดังนั้น วิธีการที่ถูกต้องคือการใช้สเปกโตรมิเตอร์ที่สอบเทียบแล้ววัดสเปกตรัมที่ตำแหน่งต่างๆ ในพื้นที่ทดสอบ ตามมาตรฐาน IEC 60904-4 ต้องมีจุดวัดอย่างน้อยสี่จุด

ประเด็นสำคัญคือไม่ใช่การทำให้สเปกตรัมดูสมบูรณ์แบบในตำแหน่งเดียว แต่เพื่อยืนยันว่าเครื่องจำลองเป็นไปตามระดับสเปกตรัมที่ต้องการในพื้นที่ทดสอบที่เกี่ยวข้อง

รูปที่ 4 ตำแหน่งวัดสเปกตรัม

เครื่องจำลองแสงอาทิตย์แบบ LED มีความยืดหยุ่นมากกว่า โดยปกติสามารถปรับการกระจายสเปกตรัมผ่านซอฟต์แวร์ ทำให้ง่ายต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดสเปกตรัมระดับ A+ ใน IEC 60904-9 อย่างไรก็ตาม ค่าเบี่ยงเบนสเปกตรัม ซึ่งมักถูกพิจารณาผ่านการประเมินที่เกี่ยวข้องกับ SPD ควรคงไว้ให้ต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

ข้อกังวลในทางปฏิบัติประการหนึ่งคือ เครื่องจำลอง LED โดยทั่วไปสร้างจากแผงวงจร LED หลายแผง ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่สม่ำเสมอของสเปกตรัมที่เห็นได้ชัดทั่วระนาบทดสอบ ด้วยเหตุนี้ จึงควรวัดจุดมากกว่าเพียงแค่พึ่งพาข้อกำหนดขั้นต่ำ

อีกประเด็นสำคัญ: เครื่องจำลอง LED สามารถเปลี่ยนแปลงความเข้มแสงขนาดใหญ่ได้โดยไม่ต้องใช้ฟิลเตอร์ แต่สเปกตรัมอาจเปลี่ยนแปลงที่ระดับความเข้มแสงต่างกัน เมื่อใดก็ตามที่การตั้งค่าความเข้มแสงเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ควรตรวจสอบสเปกตรัมอีกครั้ง แทนที่จะสันนิษฐานว่ายังคงไม่เปลี่ยนแปลง

สรุป: การสอบเทียบคือรากฐานของการวัดเซลล์แสงอาทิตย์

การสอบเทียบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์เป็นหนึ่งในรากฐานของการทดสอบแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่แม่นยำ ในห้องปฏิบัติการ วัตถุประสงค์หลักคือการวัดที่แม่นยำ จากนั้นจึงถ่ายโอนค่าสอบเทียบคุณภาพสูงไปยังอุปกรณ์อ้างอิงรอง

ในสายการผลิต กลยุทธ์การสอบเทียบอาจแตกต่างกัน เนื่องจากความเร็ว ความสามารถในการทำซ้ำ ความเสถียรของอุปกรณ์ และการควบคุมกระบวนการในโรงงาน ล้วนเป็นส่วนหนึ่งของระบบการวัด แต่หลักการสำคัญยังคงเหมือนเดิม: แหล่งกำเนิดแสงต้องได้รับการควบคุม ตรวจสอบ และทำความเข้าใจ

ทั้งการสอบเทียบความเข้มแสงและการวัดสเปกตรัมต้องอาศัยการทำงานอย่างระมัดระวัง ตำแหน่งเซลล์อ้างอิง ความไม่สม่ำเสมอของพื้นที่ทดสอบ การเปลี่ยนฟิลเตอร์ การกระจายสเปกตรัมของ LED และการควบคุมอุณหภูมิ ล้วนส่งผลต่อผลลัพธ์กำลังไฟฟ้าสุดท้าย ในการทดสอบ PV ข้อผิดพลาดเล็กน้อยจะไม่คงอยู่เล็กน้อยเป็นเวลานาน

มุมมองของ Ooitech

ในฐานะผู้จัดหาอุปกรณ์ที่ทำงานร่วมกับสายการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ Ooitech มองว่าการสอบเทียบเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ไม่ใช่การตั้งค่าเพียงครั้งเดียว แต่เป็นส่วนหนึ่งของระบบควบคุมคุณภาพทั้งโรงงาน สำหรับการผลิตแผงที่มีปริมาณงานสูง เครื่องทดสอบ IV และเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ต้องจับคู่กับขั้นตอนการสอบเทียบที่ชัดเจน อุปกรณ์อ้างอิงที่เสถียร และการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงานที่ใช้งานได้จริง มิฉะนั้น ความแม่นยำในห้องปฏิบัติการอาจไม่สามารถแปลงเป็นความสามารถในการทำซ้ำในสายการผลิตได้ ความท้าทายที่แท้จริงคือการสร้างสมดุลระหว่างความแม่นยำกับประสิทธิภาพการผลิตในแต่ละวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทคโนโลยีแผงขั้นสูงและระดับกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้นทำให้ความเบี่ยงเบนในการวัดเล็กน้อยเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น