Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12678-8:2020 IEC 60904-8:2014 Thiết bị quang điện - Phần 8: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12678-8:2020

IEC 60904-8:2014

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 8: PHÉP ĐO ĐÁP ỨNG PHỔ CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN

Photovoltaic devices - Part 8: Measurement of spectral responsivity of a photovoltaic (PV) device

Lời nói đầu

TCVN 12678-8:2020 hoàn toàn tương đương với IEC 60904-8:20014;

TCVN 12678-8:2020 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 12678 (IEC 60904), Thiết bị quang điện, gồm các phần sau:

- TCVN 12678-1:2020 (IEC 60904-1:2006), Phần 1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện

- TCVN 12678-1-1:2020 (IEC 60904-1-1:2017), Phần 1-1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

- TCVN 12678-2:2020 (IEC 60904-2:2015), Phần 2: Yêu cầu đối với thiết bị chuẩn quang điện

- TCVN 12678-3:2020 (IEC 60904-3:2019), Phần 3: Nguyên lý đo dùng cho thiết bị quang điện mặt đất với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn

- TCVN 12678-4:2020 (IEC 60904-4:2019), Phần 4: Thiết bị chuẩn quang điện - Quy trình thiết lập liên kết chuẩn hiệu chuẩn

- TCVN 12678-5:2020 (IEC 60904-5:2011), Phần 5: Xác định nhiệt độ tương đương của tế bào của thiết bị quang điện bằng phương pháp điện áp hở mạch

- TCVN 12678-7:2020 (IEC 60904-7:2019), Phần 7: Tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ đối với các phép đo của thiết bị quang điện

- TCVN 12678-8:2020 (IEC 60904-8:2014), Phần 8: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện

- TCVN 12678-8-1:2020 (IEC 60904-8-1:2017), Phần 8-1: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

- TCVN 12678-9:2020 (IEC 60904-9:2007), Phần 9: Yêu cầu về tính năng của bộ mô phỏng mặt trời

- TCVN 12678-10:2020 (IEC 60904-10:2009), Phần 10: Phương pháp đo độ tuyến tính

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 8: PHÉP ĐO ĐÁP ỨNG PHỔ CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN

Photovoltaic devices - Part 8: Measurement of spectral responsivity of a photovoltaic (PV) device

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu đối với phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện (PV) tuyến tính và không tuyến tính. Tiêu chuẩn này chỉ áp dụng cho thiết bị một lớp tiếp giáp. Đáp ứng phổ của thiết bị PV được sử dụng để xây dựng và phân tích tế bào PV vì nó đưa ra một biện pháp tái kết hợp và các quá trình khác xảy ra bên trong chất bán dẫn hoặc hệ thống vật liệu tế bào.

Đáp ứng phổ của một thiết bị quang điện được sử dụng để hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ nếu một thiết bị PV được hiệu chuẩn trong một bố trí lắp đặt tại đó phổ của phép đo khác với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn trong TCVN 12678-3 (IEC 60904-3) và một thiết bị chuẩn với đáp ứng phổ khác với thiết bị cần thử nghiệm. Quy trình này được cho trong TCVN 12678-7 (IEC 60904-7).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 6781 (IEC 61215) (tất cả các phần), Môđun quang điện (PV) mặt đất - Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu

TCVN 10896 (IEC 61646), Môđun quang điện màng mỏng mặt đất (PV) - Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu

TCVN 12678-3 (IEC 60904-3), Thiết bị quang điện - Phần 3: Nguyên lý đo dùng cho thiết bị quang điện mặt đất với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn

TCVN 12678-7 (IEC 60904-7), Thiết bị quang điện - Phần 7: Tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ đối với các phép đo của thiết bị quang điện

TCVN 12678-9 (IEC 60904-9), Thiết bị quang điện - Phần 9: Yêu cầu về tính năng của bộ mô phỏng mặt trời

TCVN ISO/IEC 17025, Yêu cầu chung về năng lực của các phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn

IEC/TS 61836, Solar photovoltaic energy systems - Terms, definitions and symbols (Hệ thống năng lượng quang điện mặt trời - Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu)

3  Ghi nhãn

Thiết bị PV cần được ghi nhãn rõ ràng và không tẩy xóa được. Ghi nhãn này cần có:

- Tên, ký hiệu hoặc nhận dạng của nhà chế tạo

- Vật liệu nền và kiểu thiết bị PV

- Số kiểu hoặc nhận dạng, nếu có

- Số se-ri, nếu có

Khi thiết bị quang điện được thử nghiệm là nguyên mẫu của một thiết kế mới mà không phải từ loạt sản xuất, việc này phải được ghi trong báo cáo thử nghiệm (xem Điều 10).

4  Thử nghiệm

4.1  Yêu cầu chung

Thiết bị quang điện phải chịu một trong các quy trình đo đáp ứng phổ được quy định trong các điều từ Điều 7 đến Điều 9.

4.2  Xem xét đặc biệt

Ổn định trước - trước khi bắt đầu đo, thiết bị cần thử nghiệm phải được ổn định (nếu cần thiết) bằng quy trình thử nghiệm ngâm ánh sáng thích hợp, như được quy định trong bộ TCVN 6781 (IEC 61215) hoặc TCVN 10896 (IEC 61646). Các công nghệ quang điện khác nhau có thể yêu cầu các quy trình ổn định trước khác nhau.

4.3  Đo dưới ánh sáng trắng định thiên

Các quy trình tại Điều 7 và Điều 9 yêu cầu ánh sáng trắng định thiên đặt lên thiết bị thử nghiệm trong quá trình xác định đáp ứng phổ. Trong điều kiện ánh sáng định thiên, không phải đáp ứng phổ mà là đáp ứng phổ vi sai được đo. Đáp ứng phổ có thể được xác định từ đáp ứng phổ vi sai bằng cách tính đến độ không tuyến tính dựa trên một loạt các phép đo đáp ứng phổ vi sai ở các mức ánh sáng định thiên tạo ra dòng điện ngắn mạch trong thiết bị nằm trong khoảng từ 5 % đến 110 % của dòng điện ngắn mạch ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (xem Điều 5). Hầu hết các tế bào mặt trời tinh thể silic có đáp ứng phổ vi sai ở ánh sáng định thiên tạo ra 30 % đến 40 % dòng điện ngắn mạch của chúng ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn giống với đáp ứng phổ ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Do đó, phép đo phải được thực hiện với các mức ánh sáng định thiên như vậy nếu độ không tuyến tính của thiết bị PV tinh thể silic không được xác định. Nếu độ không tuyến tính được xác nhận là không đáng kể, tức là đáp ứng phổ vi sai không đổi trong dải bức xạ xem xét thì có thể sử dụng đáp ứng phổ vi sai ở mức ánh sáng định thiên quy định. Xem chi tiết ở Điều 5.

4.4  Đặt thiên áp lên thiết bị cần thử nghiệm

Nói chung, đáp ứng phổ của thiết bị quang điện được đo ở các điều kiện ngắn mạch (thiên áp bằng 0) của thiết bị quang điện và được sử dụng cho mục đích phân tích tế bào và tính toán độ không phù hợp phổ.

Để đo đáp ứng phổ của mẫu thử dưới một điện áp cụ thể, có thể cần phải sử dụng thiên áp. Thiên áp của thiết bị phải được điều khiển bởi nguồn điện áp bên ngoài. Phải nêu trong báo cáo thử nghiệm nếu đặt thiên áp.

5  Mô tả chung phép đo đáp ứng phổ

Đáp ứng phổ của thiết bị quang điện (PV) được đo bằng cách chiếu bức xạ nó bằng nguồn sáng băng thông hẹp ở một chuỗi các bước sóng khác nhau bao trùm dải đáp ứng của nó và đo dòng điện ngắn mạch và bức xạ đơn sắc ở từng bước sóng này (công thức 1), hoặc dòng điện ngắn mạch và công suất chùm sáng đơn sắc (công thức 2). Kiểu đo theo công thức 1 cho kết quả đáp ứng phổ bức xạ với đơn vị A/W·m^-2. Để xác định đáp ứng phổ theo IEC/TS 61836 thì phải chia cho diện tích của thiết bị cần thử nghiệm trong khi công thức 2 cho kết quả trực tiếp của đáp ứng phổ theo đơn vị A/W.

Để xác định dòng điện đầu ra của thiết bị, ánh sáng định thiên cũng như ánh sáng đơn sắc cần chiếu bức xạ toàn bộ diện tích của thiết bị một cách đồng đều. Điều quan trọng là chiếu sáng hiệu quả toàn bộ diện tích của thiết bị, vì ánh sáng không chiếu trực tiếp vào diện tích hoạt động cũng có thể góp phần vào tín hiệu đo được. Nếu đáp ứng phổ được sử dụng để tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ theo TCVN 12678-7 (IEC 60904-7) thì diện tích được chiếu sáng trong quá trình đo đáp ứng phổ phải giống như trong quá trình đo các đặc tính điện áp- dòng điện. Thường là toàn bộ diện tích của thiết bị. Nếu không, việc này nên được định ranh giới thích hợp bằng một góc mở.

Trong trường hợp diện tích của thiết bị lớn hơn kích thước chùm tia tương ứng, thì phần sau phải được quét một cách thích hợp trên toàn bộ diện tích của thiết bị để cung cấp ánh sáng đồng đều. Nếu cả hai chùm tia được quét, quá trình quét phải đồng bộ với ánh sáng định thiên luôn chiếu sáng một điểm lớn hơn ánh sáng đơn sắc.

Nhiệt độ của thiết bị cần được kiểm soát.

Mật độ dòng điện của thiết bị cần thử nghiệm ở từng bước sóng được chia cho các cường độ bức xạ tương ứng để cho đáp ứng phổ.

s(λ)= I_sc(λ)/E(λ)/A                 (1)

trong đó

s(λ) là đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm ở bước sóng λ;

I_sc(λ) là dòng điện ngắn mạch của thiết bị cần thử nghiệm ở bước sóng λ;

E(λ) là cường độ bức xạ của nguồn sáng ở bước sóng λ;

A là diện tích của thiết bị cần thử nghiệm

Diện tích của thiết bị cần thử nghiệm phải được ghi trong báo cáo thử nghiệm.

Ngoài ra, có thể đo dòng điện ngắn mạch I_sc(λ) và công suất bức xạ tới thiết bị P(λ). Đáp ứng phổ khi đó được xác định là:

s(λ) = I_sc(λ)/P(λ)               (2)

trong đó:

I_sc(λ) là dòng điện ngắn mạch của thiết bị cần thử nghiệm ở bước sóng λ;

P(λ) là công suất bức xạ tới thiết bị ở bước sóng λ.

Việc xác định P(λ) yêu cầu đo diện tích của thiết bị cần thử nghiệm. Diện tích này phải được ghi trong báo cáo thử nghiệm.

Trong thực tế (xem Điều 7 và Điều 9), một tín hiệu điều chế nhỏ phát ra từ ánh sáng đơn sắc được xếp chồng lên tín hiệu định thiên lớn phát ra từ ánh sáng trắng định thiên. Trong các trường hợp như vậy, các đại lượng được đánh giá cần được coi là vi sai và đáp ứng phổ vi sai phụ thuộc bước sóng  được xác định cho một cường độ bức xạ ánh sáng định thiên cụ thể E. Đáp ứng phổ ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn  sẽ bằng với đáp ứng phổ vi sai chỉ khi thiết bị hoàn toàn tuyến tính. Nếu độ không tuyến tính được xác nhận là không đáng kể, có thể sử dụng đáp ứng phổ vi sai ở mức ánh sáng định thiên cụ thể. Ví dụ: nếu đáp ứng phổ vi sai hoặc hệ số không phù hợp phổ thu được không đổi ở các mức ánh sáng định thiên để tạo ra I_sc trong khoảng từ 5 % đến 110 % ở các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, thì đáp ứng phổ vi sai ở mức định thiên 100 % của điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn có thể được sử dụng. Trong tất cả các trường hợp khác, DSR phải được đo ở một lượng đủ các mức bức xạ định thiên và đáp ứng phổ thu được có thể được tính toán hoặc cường độ bức xạ ánh sáng định thiên cụ thể E₀ được tính theo công thức  

6  Trang thiết bị thử nghiệm

6.1  Yêu cầu chung

Một hệ thống đo đáp ứng phổ bao gồm một nguồn sáng đơn sắc liên tục (bị cắt hoặc không bị cắt) hoặc xung, một bộ tách chùm tia tùy chọn với một bộ phát hiện có màn hình, một đế thiết bị có thể giữ thiết bị được thử nghiệm, một thiết bị chuẩn, một cụm ánh sáng tùy chọn và thiết bị mặt trời.

Nếu một bộ cắt quang được sử dụng (Hình 1 và Hình 2) thì cần phải chú ý rằng không có ánh sáng định thiên nào được phản xạ của bộ cắt quang tới mặt phẳng thử nghiệm.

Hình 1a) - Bộ tạo ánh sáng đơn sắc ở trước bộ băm xung

Hình 1b) - Bộ băm xung ở trước bộ tạo ánh sáng đơn sắc

Hình 1 - Ví dụ về sơ đồ khối của thiết bị đo đáp ứng phổ vi sai sử dụng nguồn sáng liên tục và một bộ tạo ánh sáng đơn sắc lưới

Hình 2a) - Bộ lọc ở trước bộ băm xung

Hình 2b) - Bộ băm xung ở trước bộ lọc

Hình 2 - Ví dụ về sơ đồ khối của thiết bị đo đáp ứng phổ vi sai sử dụng nguồn sáng liên tục và bộ lọc dải thông

6.2  Nguồn sáng đơn sắc

Ánh sáng đơn sắc thường được tạo ra bởi một nguồn sáng và bộ tạo ánh sáng đơn sắc (ví dụ: lưới chọn sóng) hoặc bánh lọc với các bộ lọc băng thông. Băng thông (toàn độ rộng ở nửa cực đại, FWHM) của ánh sáng đơn sắc không được vượt quá 20 nm đối với các phép đo đáp ứng phổ trong phạm vi từ 300 nm đến 1 200 nm. Trong phạm vi lên tới 3 000 nm, băng thông không được vượt quá 50 nm.

Băng thông của ánh sáng đơn sắc nên được chọn theo cấu trúc mịn về sự biến thiên trong đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm. Thông thường, băng thông (FWHM) 10 nm - 15 nm được chọn cho các tế bào tinh thể silic hoặc tế bào PV màng mỏng.

Các dao động ánh sáng tạm thời gây ra bởi bóng đèn để tạo ra ánh sáng đơn sắc và nguồn cấp năng lượng của nó cần nhỏ hơn 2 %. Độ đồng đều về không gian của ánh sáng đơn sắc trong mặt phẳng thử nghiệm phải tốt hơn ± 2 % được xác định theo TCVN 12678-9 (IEC 60904-9). Độ không đồng đều về không gian đặc biệt có liên quan nếu thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm khác nhau về hình dạng và kích thước. Điều này được xem xét trong tính toán độ không đảm bảo đo. Với nguồn sáng ổn định, thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm thường được đo liên tiếp ở cùng một vị trí và độ không đồng đều chỉ có liên quan nếu hai thiết bị có kích thước khác nhau. Để chiếu sáng đồng đều diện tích đủ lớn, thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm có thể được đặt cạnh nhau và được đo đồng thời do đó loại bỏ được ảnh hưởng của các dao động tạm thời của nguồn sáng. Một cách khác, việc bố trí tách chùm tia có thể tạo ra hai mặt phẳng thử nghiệm được chiếu sáng đồng đều cho các thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn.

CHÚ THÍCH: Điều này tương tự với định nghĩa của bộ mô phỏng cấp A trong TCVN 12678-9 (IEC 60904-9).

6.3  Giá đỡ thiết bị PV và bộ điều khiển nhiệt độ

Giá đỡ thiết bị PV cần có khả năng thực hiện các kết nối điện với thiết bị cần thử nghiệm với độ dẫn điện tốt và kiểm soát nhiệt độ của thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn. Nhiệt độ của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm phải được đo hoặc kiểm soát với độ chính xác là ± 1 °C với độ lặp lại là ± 0,5 °C. Độ đồng đều về nhiệt độ của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm phải nằm trong phạm vi ± 2 °C. Nếu nhiệt độ của thiết bị chuẩn chênh lệch quá 2 °C so với nhiệt độ mà nó được hiệu chuẩn thì phải điều chỉnh giá trị hiệu chuẩn theo nhiệt độ đo được.

CHÚ THÍCH: Sự chênh lệch về nhiệt độ của thiết bị chuẩn giữa việc hiệu chuẩn và việc sử dụng nó để đo thường sẽ có ảnh hưởng lớn nhất gần đường biên vùng của thiết bị chuẩn.

6.4  Các tiếp điểm của thiết bị PV

Nên sử dụng kết nối bốn điểm (các tiếp điểm Kelvin, tức là các tiếp điểm riêng biệt cho dòng điện và điện áp) cho thiết bị cần thử nghiệm để đo điện áp tế bào trong quá trình đo đáp ứng phổ. Thiết bị phải được thiết kế sao cho các tiếp điểm không cản trở việc kiểm soát nhiệt độ của thiết bị thử nghiệm, đặc biệt là trong trường hợp các tế bào có tất cả các tiếp điểm ở mặt sau.

CHÚ THÍCH: Nếu thiết bị được thử nghiệm có điện trở sun thấp, việc đo chính xác điện áp tế bào là rất quan trọng.

6.5  Ánh sáng định thiên

Đối với hầu hết các thiết bị PV, việc sử dụng bóng đèn dây tóc hoặc dãy đèn là đủ để phát ra ánh sáng định thiên bức xạ không đổi. Ánh sáng định thiên sẽ chiếu sáng toàn bộ khu vực của thiết bị thử nghiệm. Độ không đồng đều về không gian (trong TCVN 12678-9 (IEC 60904-9)) của ánh sáng định thiên được đặt trong mặt phẳng thử nghiệm phải nhỏ hơn 10 %, tương ứng với cấp C. Có thể sử dụng phương pháp quét được mô tả trong Điều 5.

6.6  Phép đo điện một chiều

a) Điện áp và dòng điện phải được đo với độ chính xác ± 0,2 % điện áp hở mạch hoặc dòng điện ngắn mạch. Điện áp và dòng điện phải được đo bằng cách sử dụng các dây dẫn từ các đầu nối của mẫu (bốn (4) dây), giữ chúng càng ngắn càng tốt. Nếu thiết bị thử nghiệm là một tế bào trần, đấu nối 4 dây cần bắt đầu tại các thanh dẫn.

Phương pháp đấu nối đối với các tế bào cần được đánh giá cẩn thận, vì nó có thể thay đổi điều kiện ngắn mạch của tế bào do tổn hao điện trở. Do hiệu ứng này, sự khác biệt về đáp ứng phổ có thể xảy ra.

b) Dòng điện ngắn mạch được tạo ra bởi ánh sáng định thiên cần được đo ở điện áp bằng không. Thông thường, có thể sử dụng các bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp (bộ khuếch đại trở kháng truyền). Một cách khác, có thể sử dụng một điện trở sun bên ngoài cùng với một nguồn thiên áp biến thiên để bù điện áp rơi trên nó. Thiên áp biến thiên có thể được bỏ qua nếu điện áp rơi trên thiết bị thử nghiệm nhỏ hơn 3 % V_OC của nó.

CHÚ THÍCH: Đối với tế bào PV tinh thể silic, điều này tương ứng với thiên áp dưới 20 mV.

6.7  Phép đo điện xoay chiều trong ánh sáng định thiên

Nếu đáp ứng phổ được đo bằng ánh sáng đơn sắc dạng xung băm ngoài ánh sáng định thiên, dòng điện xoay chiều đơn sắc phát ra phải được tách ra khỏi dòng điện trạng thái ổn định được tạo ra bởi ánh sáng định thiên bằng cách sử dụng bộ khuếch đại khóa tần hoặc thiết bị tương đương. Như nêu trên, bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp hoặc điện trở sun bên ngoài cần được chọn sao cho điện áp trên thiết bị thử nghiệm nhỏ hơn 3 % điện áp mạch hở. Phải cẩn thận để đảm bảo rằng thiết bị đo hoặc bộ khuếch đại không bị bão hòa bởi dòng điện một chiều được tạo ra bởi ánh sáng định thiên. Tần số băm phải được nêu trong báo cáo thử nghiệm.

Nên chọn tần số băm sao cho thời gian chu kỳ dài hơn hằng số thời gian của thiết bị thử nghiệm. Hơn nữa, tần số băm phải được chọn sao cho không trùng với tần số nguồn hoặc các hài của nó.

Đặt điện áp trên tế bào đến giá trị mong muốn (0 V đối với các điều kiện ngắn mạch hoặc điện áp mong muốn).

6.8  Thiết bị chuẩn

Cường độ bức xạ hoặc công suất của ánh sáng đơn sắc có thể được đo bằng các thiết bị chuẩn như máy đo bức xạ nhiệt, điốt quang hoặc thiết bị quang điện đã hiệu chuẩn. Các điốt quang silic có thể được sử dụng cho dải bước sóng từ 300 nm đến 1 100 nm. Các điốt quang Ge, điốt quang InGaAs hoặc các điốt khác có vùng trống năng lượng hẹp hơn và máy dò nhiệt có thể được sử dụng trong dải bước sóng dài hơn. Các thiết bị cần thử nghiệm có đáp ứng phổ trên dải bước sóng rộng có thể cần sử dụng hai hoặc nhiều thiết bị chuẩn khác nhau để bao phủ dải rộng này.

CHÚ THÍCH: Máy dò nhiệt nói chung có thể không phù hợp vì chúng có hằng số thời gian dài hơn thời gian chu kỳ của ánh sáng dạng xung băm.

Trong trường hợp có nhiều hơn một thiết bị chuẩn được sử dụng để mở rộng dải bước sóng của hệ thống đo, cần đặc biệt cẩn thận để tránh các vật trong vùng bước sóng xếp chồng của các thiết bị chuẩn.

7  Đo đáp ứng phổ sử dụng nguồn ánh sáng không đổi

7.1  Phương pháp chung với bộ đơn sắc lưới chọn sóng hoặc bánh lọc

Nếu nguồn sáng ổn định theo thời gian, bước đầu tiên, thiết bị chuẩn được đo ở tất cả các bước sóng đang xem xét. Bước thứ hai, nó được thay thế bằng thiết bị PV cần thử nghiệm.

Nếu sự phân bố không gian của ánh sáng là đồng nhất, thiết bị chuẩn và thiết bị PV có thể được lắp cạnh nhau và có thể được đo đồng thời. Các quy định khác của 7.2 và 7.3 vẫn được áp dụng trong trường hợp này.

CHÚ THÍCH: Tương tự đối với bố trí tách chùm tia tạo ra hai vùng được chiếu sáng đồng nhất (xem 6.2).

7.2  Phép đo của thiết bị chuẩn dùng cho việc hiệu chuẩn lắp đặt

7.2.1  Lắp thiết bị chuẩn vào hệ thống đo đáp ứng phổ. Đấu nối thiết bị chuẩn với các thiết bị đo. Đặt thiên áp của thiết bị chuẩn đến các điều kiện được sử dụng khi hiệu chuẩn thiết bị.

7.2.2  Đặt nhiệt độ của thiết bị chuẩn đến 25 °C hoặc nhiệt độ được cung cấp bởi chứng chỉ hiệu chuẩn của thiết bị và duy trì trong phạm vi nhiệt độ được khuyến cáo của thiết bị chuẩn.

7.2.3  Đặt chùm sáng đơn sắc có kích thước phù hợp cho cả phép đo của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm.

Điều quan trọng là chiếu sáng hiệu quả toàn bộ diện tích của thiết bị, vì ánh sáng không chiếu trực tiếp vào diện tích hoạt động cũng có thể góp phần vào tín hiệu đo được. Nếu đáp ứng phổ được sử dụng để tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ theo TCVN 12678-7 (IEC 60904-7) thì diện tích được chiếu sáng trong quá trình đo đáp ứng phổ phải giống hệt như trong quá trình đo các đặc tính dòng điện-điện áp. Thường là toàn bộ diện tích của thiết bị. Nếu không, việc này nên được định ranh giới thích hợp bằng một góc mở.

Trong trường hợp diện tích của thiết bị lớn hơn kích thước chùm tia tương ứng, thì phần sau phải được quét một cách thích hợp trên toàn bộ diện tích của thiết bị để cung cấp ánh sáng đồng đều. Nếu cả hai chùm tia được quét, quá trình quét phải đồng bộ với ánh sáng định thiên luôn chiếu sáng một điểm lớn hơn ánh sáng đơn sắc.

Phải đặc biệt cẩn thận nếu thiết bị cần thử nghiệm có kích thước khác so với thiết bị chuẩn. Trong trường hợp này, thiết bị nhỏ hơn nên ánh xạ diện tích của thiết bị lớn hơn, (đặc biệt là nếu chùm sáng không đồng đều trong bức xạ) bằng cách đo nó tại một số vị trí. Độ không đồng nhất về không gian của ánh sáng đơn sắc phải được xem xét một cách rõ ràng trong việc xác định độ không đảm bảo đo cuối cùng.

7.2.4  Ánh sáng định thiên cảm ứng dòng điện một chiều I_ref,DC của thiết bị chuẩn phải có cùng giá trị như trong quá trình hiệu chuẩn của thiết bị (thường là ánh sáng định thiên thấp đối với tế bào mặt trời chuẩn và không có ánh sáng định thiên cho các điốt quang chuẩn).

7.2.5  Đo đầu ra I_ref (λ/I_ref,DC) của thiết bị chuẩn là hàm của bước sóng dưới ánh sáng đơn sắc. Để tính toán cường độ bức xạ của ánh sáng đơn sắc, sử dụng đáp ứng phổ vi sai của thiết bị chuẩn ở mức dòng điện định thiên I_ref,DC như được đặt trong 7.2.4.

Trong trường hợp đo đồng thời dưới chùm sáng đồng nhất, phép đo của thiết bị chuẩn sẽ được thực hiện cùng với phép đo của thiết bị cần thử nghiệm ở 7.3.3. Nên lặp lại các phép đo với các vị trí của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm đảo nhau và lấy trung bình một cách thích hợp các kết quả. Trong mọi trường hợp, sự không đồng nhất về không gian của ánh sáng đơn sắc phải được xem xét một cách rõ ràng trong việc xác định độ không đảm bảo đo cuối cùng.

7.3  Phép đo của thiết bị cần thử nghiệm

7.3.1  Lắp thiết bị cần thử nghiệm vào hệ thống đo đáp ứng phổ. Kết nối thiết bị cần thử nghiệm với các thiết bị đo. Đặt thiên áp sao cho điện áp qua thiết bị cần thử nghiệm tương ứng với các điều kiện ngắn mạch hoặc với điện áp cụ thể được yêu cầu.

7.3.2  Đặt nhiệt độ thiết bị 25 °C hoặc nhiệt độ yêu cầu và duy trì trong phạm vi ± 1 °C.

Nếu điều này là không thể đối với cấu trúc tế bào đảo ngược hoặc thiết bị có diện tích lớn, sai lệch nhiệt độ cần được ghi trong báo cáo thử nghiệm.

7.3.3  Đo đầu ra phụ thuộc bước sóng hoàn chỉnh I (λ/I_bias(E)) dưới ít nhất 5 giá trị cường độ bức xạ ánh sáng định thiên khác nhau E tạo ra trong ánh sáng định thiên phát ra dòng điện ngắn mạch I_bias(E) dao động từ 5 % và 110 % dòng điện ngắn mạch của thiết bị trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Thông thường I (λ/I_bias(E)) được đo bằng bộ khuếch đại khỏa tần và I_bias(E) được đo bằng đồng hồ đa năng ở chế độ một chiều.

Nếu sử dụng phương pháp quét như mô tả ở Điều 5, dòng điện ngắn mạch cần được lấy trung bình dọc theo đường quét.

7.3.4  Hiệu chỉnh thích hợp cho các dao động của cường độ bức xạ ánh sáng phải được áp dụng nếu sử dụng bộ phát hiện hiển thị. Nếu không sử dụng bộ phát hiện hiển thị, thì kiểm tra độ ổn định của ánh sáng đối với tất cả các bước sóng theo thời gian của cả hai phép đo của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm và bao gồm sự thay đổi của nó trong phân tích độ không đảm bảo đo.

7.4  Tính toán đáp ứng phổ

7.4.1  Xác định đáp ứng phổ vi sai s((λ/I_bias(E)) cho từng chế độ đặt của bước sóng và ánh sáng định thiên:

Trong đó  là đáp ứng phổ vi sai cho trước của thiết bị chuẩn.

7.4.2   Tính toán đáp ứng phổ vi sai  cho từng chế độ đặt của ánh sáng định thiên bằng cách lấy tích phân trên toàn bộ các bước sóng:

Trong đó E_AM1,5G(λ) là phân bố phổ bức xạ chuẩn được xác định theo TCVN 12678-3 (IEC 60901-3).

CHÚ THÍCH: Cường độ bức xạ không được biết trong quá trình đo. Nhưng cường độ bức xạ hiệu dụng AM1,5G có thể tính toán sau đó: .

7.4.3  Tính toán đáp ứng s(I_STC) của thiết bị trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn là:

Trong đó I_STC được xác định bằng cách đánh giá tích phân trong mẫu số cho đến khi nó bằng 1 000 W·m².

Sử dụng đáp ứng vi sai ở mức định thiên thấp nhất đối với phép ngoại suy đến I_bias = 0. Mức định thiên thấp nhất xấp xỉ 50 W/m².

7.4.4  Sau đó tính toán đáp ứng phổ s(λ/I_STC) của thiết bị trong điều kiện thử nghiệm:

Đáp ứng phổ có thể được sử dụng để tính toán hệ số không phù hợp phổ.

7.4.5  Nếu cần, đáp ứng phổ có thể được nội suy như là một hàm của bước sóng bằng các phương pháp thích hợp (ví dụ: tuyến tính hoặc hàm nối trục). Phải ước tính độ không đảm bảo đo của quy trình này.

7.5  Đơn giản hóa

7.5.1  Nếu các phép đo được mô tả ở 7.3 không thể thực hiện được ở tất cả các cường độ bức xạ ánh sáng định thiên và ở tất cả các bước sóng thì xác định cường độ bức xạ ánh sáng định thiên E₀ tại đó đáp ứng phổ vi sai bằng với đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm theo quy trình dưới đây. Đo đáp ứng phổ vi sai s(λ_j/I_bias(E) với độ rộng bước sóng 200 nm (nghĩa là đối với tinh thể silic ở 3 đến 5 bước sóng khác nhau λ_j) hoặc ít nhất là tại một bước sóng gần với độ đáp ứng phổ tối đa ở 3 đến 5 cường độ bức xạ ánh sáng định thiên khác nhau E. Cường độ bức xạ ánh sáng định thiên phải cho kết quả dòng điện định thiên thiên dao động trong khoảng từ 5 % đến xấp xỉ 110 % của xấp xỉ I_STC,approx, của thiết bị cần thử nghiệm. Tính toán đáp ứng và mức ánh sáng định thiên E₀ tại đó đáp ứng vi sai đo được s(I_bias) bằng với đáp ứng phổ đã tính s (I_STC,approx) theo các công thức ở 7.4. Thực hiện phép đo đáp ứng phổ vi sai tại cường độ bức xạ ánh sáng định thiên này.

CHÚ THÍCH: I_STC,approx xấp xỉ có thể được đo bằng bộ mô phỏng mặt trời mà không cần hiệu chỉnh quang phổ.

7.5.2  Nếu các phép đo được mô tả ở 7.5.1 không thể thực hiện được thì xác định cường độ bức xạ ánh sáng định thiên E₀ tại đó đáp ứng phổ vi sai bằng với đáp ứng ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm theo quy trình dưới đây với ánh sáng trắng thay vì ánh sáng đơn sắc. Đo đáp ứng ánh sáng trắng vi sai s(I_bias(E)) ở 3 đến 5 cường độ bức xạ ánh sáng định thiên khác nhau E. Cường độ bức xạ ánh sáng định thiên này sẽ dẫn đến dòng điện định thiên I_bias dao động trong khoảng xấp xỉ 5 % đến xấp xỉ 110 % I_STCapprox của thiết bị cần thử nghiệm. Tính toán đáp ứng theo:

Nhận dạng mức ánh sáng định thiên E₀ tại đó đáp ứng ánh sáng trắng vi sai đo được s(I_bias) bằng với đáp ứng ánh sáng trắng đã tính S(I_STC,approx). Thực hiện phép đo đáp ứng phổ vi sai tại cường độ bức xạ ánh sáng định thiên này.

Đối với đáp ứng ánh sáng trắng, nên sử dụng ánh sáng trắng có sự phù hợp phổ ít nhất là cấp B (như được xác định trong TCVN 12678-9 (IEC 60904-9)) đối với phân bố phổ bức xạ mặt trời chuẩn như được xác định trong TCVN 12678-3 (IEC 60904-3).

7.5.3  Nếu không thể sử dụng các phương pháp như mô tả ở trên thì sử dụng mức ánh sáng định thiên tạo ra dòng điện ngắn mạch từ 30 % I_STC,approx đến 40 % I_STC,approx. Đáp ứng phổ vi sai được đo được giả thiết bằng với đáp ứng phổ ở các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

7.5.4  Nếu không thể thực hiện được thì sử dụng ánh sáng định thiên để cung cấp tối thiểu 10 % I_SC và kiểm tra xác nhận rằng dòng điện phát ra đơn sắc trong thiết bị cần thử nghiệm là hàm của bước sóng không thay đổi quá 2 % nếu cường độ bức xạ ánh sáng định thiên (a) giảm 50 % và (b) tăng 50 %. Nếu thay đổi nhiều hơn thì cần đưa vào báo cáo hai phép đo bổ sung.

8  Đo đáp ứng phổ dưới ánh sáng xung

8.1  Trang thiết bị bổ sung

a) Một nguồn sáng xung, ví dụ: một đèn flash Xenon kết hợp với các bộ lọc nhiễu.

b) Đối với các bố trí thực nghiệm trong đó các số đọc của thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn được lấy đồng thời thì không cần màn hình.

c) Thu thập dữ liệu đủ nhanh để đo hình dạng toàn xung của tín hiệu đầu ra từ thiết bị chuẩn, thiết bị cần thử nghiệm và màn hình (nếu có) là cần thiết để đo đáp ứng phổ sử dụng ánh sáng đơn sắc xung.

8.2  Quy trình thử nghiệm

Một ví dụ về sự bố trí thử nghiệm cho hệ thống đo đáp ứng phổ mặt trời dạng xung được thể hiện trên Hình 3.

Hình 3 - Ví dụ về sơ đồ khối của thiết bị đo đáp ứng phổ sử dụng nguồn sáng dạng xung và bộ lọc băng thông

Ngoài sự thay đổi của nguồn sáng và hệ thống thu thập dữ liệu, phương pháp đo vẫn được duy trì như được nêu trong 7.2 và 7.3, ngoại trừ việc ánh sáng định thiên bổ sung là không bắt buộc đối với phương pháp này.

Phương pháp ánh sáng xung không thể được sử dụng trên các thiết bị được thử nghiệm có thời gian đáp ứng chậm hơn so với độ dài xung trong các điều kiện làm việc nhất định. Do đó, phải kiểm tra xác nhận rằng tỷ lệ giữa dòng điện ngắn mạch của thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn theo sự biến đổi của cường độ bức xạ của xung ánh sáng đơn sắc là một hằng số. Nếu không, một trong hai thiết bị có thể không thích hợp với các phép đo xung.

9  Phép đo các môđun nối tiếp

9.1  Quy định chung

Khi cần đo đáp ứng phổ của một tế bào thành phần trong môđun PV nối tiếp, có thể sử dụng quy trình dưới đây. Tế bào trong môđun cần đo dưới đây được gọi là tế bào mục tiêu.

9.2  Trang thiết bị bổ sung

Một nguồn ánh sáng định thiên bổ sung chiếu sáng toàn bộ điện tích của môđun hoặc một trong các chuỗi của môđun được phân chia bởi một điốt rẽ nhánh.

9.3  Quy trình thử nghiệm

9.3.1  Lắp môđun vào hệ thống đo đáp ứng phổ. Kết nối môđun với các thiết bị đo.

9.3.2  Trong quá trình đo, các tế bào mục tiêu phải được duy trì ở 25 °C (hoặc nhiệt độ khác) với độ chính xác ± 1 °C và độ lặp lại ± 0,5 °C. Các phần khác của môđun phải được duy trì ở trạng thái cân bằng nhiệt với độ chính xác ± 1 °C với độ lặp lại ± 0,5 °C.

9.3.3  Đặt ánh sáng định thiên bổ sung cho tất cả các tế bào trong môđun và đo đường cong I-V I₁(V) của môđun. Sau đó, che tế bào mục tiêu khỏi ánh sáng định thiên bổ sung và đặt ánh sáng định thiên trắng cho tế bào mục tiêu. Nên chọn cường độ bức xạ của ánh sáng định thiên trắng và ánh sáng định thiên bổ sung để dòng điện đầu ra của môđun bị giới hạn bởi dòng quang điện của tế bào mục tiêu (Hình 4), tức là ánh sáng định thiên trắng cộng với ánh sáng đơn sắc bổ sung tạo ra dòng quang điện ít hơn trong tế bào mục tiêu so với tế bào kém nhất trong chuỗi hoặc môđun còn lại tạo ra trong định thiên ánh sáng đặt vào. Nếu mạch của môđun được chia thành các chuỗi theo điốt rẽ nhánh, các tế bào trong (các) chuỗi không có tế bào mục tiêu có thể được che thay vì đặt ánh sáng định thiên bổ sung (Hình 5). Đo đường cong I-V I₂(V) của môđun (Hình 6). Vùng điện áp thấp được hiển thị bởi đường đứt nét trong Hình 6, không cần phải đo, bởi vì chỉ I₂(V) xung quanh điểm B trong hình là cần thiết trong quy trình dưới đây.

Là hướng dẫn để đặt tế bào mục tiêu đến giới hạn dòng điện đầu ra của toàn bộ môđun, khuyến cáo rằng cường độ bức xạ trung bình của tế bào mục tiêu là nhỏ hơn so với các tế bào khác ít nhất là 50 W·m^-2. Ví dụ: nếu ánh sáng định thiên 50 W·m^-2 được đặt vào toàn bộ diện tích của tế bào mục tiêu, thì cường độ bức xạ trung bình của ánh sáng định thiên bổ sung nên lớn hơn 100 W·m^-2. Nếu ánh sáng định thiên 1 000 W·m^-2 được đặt lên 1/10 diện tích của tế bào mục tiêu, thì cường độ bức xạ trung bình của ánh sáng định thiên nên là 100 W·m^-2. Trong trường hợp này, khuyến cáo rằng cường độ bức xạ trung bình của ánh sáng định thiên bổ sung lớn hơn 150 W·m^-2.

Đo vùng điện áp thấp của I₂(V), được hiển thị bằng đường đứt nét trên Hình 5, đặt điện áp âm cao lên tế bào mục tiêu vì dòng điện đầu ra của môđun bị giới hạn bởi tế bào mục tiêu. Cần cẩn thận khi đặt điện áp âm cao vì tính năng của tế bào mục tiêu làm bằng một số vật liệu có thể bị hỏng vĩnh viễn.

Hình 4 - Ví dụ về bố trí đo dùng cho phép đo đáp ứng phổ vi sai của tế bào mục tiêu trong môđun PV, trong đó ánh sáng định thiên bổ sung được đặt lên tất cả các tế bào trong môđun không phải là tế bào mục tiêu

Hình 5 - Ví dụ về bố trí đo dùng cho phép đo đáp ứng phổ vi sai của tế bào mục tiêu trong môđun PV, trong đó ánh sáng định thiên bổ sung được đặt lên tất cả các tế bào trong chuỗi của môđun không phải là tế bào mục tiêu

Hình 6 - Xác định thiên áp V_b để đặt điện áp trên tế bào mục đến điều kiện ngắn mạch (xem 9.3)

9.3.4  Để đặt điện áp trên tế bào mục tiêu đến điều kiện ngắn mạch (thiên áp bằng không), đặt thiên áp V_b được xác định như dưới đây. Đầu tiên, tính tổng đường cong I-V I₃(V) của các tế bào không phải là tế bào mục tiêu dưới ánh sáng định thiên bổ sung bằng cách nhân I₁(V) với (n-1)/n theo điện áp theo công thức (8).

Trong đó n là số tế bào thành phần dưới ánh sáng định thiên bổ sung trong môđun trong khi đo I₁(V). Sau đó V_b được xác định là giá trị điện áp của giao điểm đồ thị (B trong Hình 6) của I₂(V) và I₃(V). Đường cong I-V có thể được nội suy để tìm giao điểm. Đặt thiên áp lên môđun, cần đặt điện áp qua tế bào mục tiêu về “không”. Cần lưu ý rằng chỉ cần áp dụng một cách đơn giản V_oc1 nhân với (n-1)/n lên môđun sẽ dẫn đến điện áp của tế bào mục tiêu hơi phân cực thuận. Điều kiện này cũng được chấp nhận nếu đáp ứng phổ của thiết bị không phụ thuộc vào thiên áp.

9.3.5  Đo dòng điện của thiết bị cần thử nghiệm và bộ theo dõi ánh sáng (nếu thích hợp) là hàm của bước sóng.

9.4  Tính toán đáp ứng phổ

Xác định đáp ứng phổ theo Điều 7.

10  Báo cáo thử nghiệm

Sau khi hoàn thành quy trình, một báo cáo được chứng nhận về các phép đo đáp ứng phổ phải được tổ chức thử nghiệm chuẩn bị theo TCVN ISO/IEC 17025. Từng chứng chỉ hoặc báo cáo thử nghiệm phải có các thông tin sau:

a) Tiêu đề;

b) Tên và địa chỉ của phòng thử nghiệm và địa điểm thực hiện các thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn;

c) Nhận dạng duy nhất của báo cáo và của mỗi trang;

d) Tên và địa chỉ của khách hàng, nếu thích hợp;

e) Mô tả và nhận dạng vật phẩm cần hiệu chuẩn hoặc thử nghiệm;

f) Đặc tính và điều kiện của việc hiệu chuẩn hoặc vật phẩm thử nghiệm;

g) Ngày nhận vật phẩm thử nghiệm và (các) ngày hiệu chuẩn hoặc thử nghiệm, nếu thích hợp;

h) Nhận dạng phương pháp hiệu chuẩn hoặc phương pháp thử nghiệm được sử dụng;

i) Nhận dạng thiết bị chuẩn được sử dụng trong hiệu chuẩn;

j) Tham chiếu đến quy trình lấy mẫu, nếu liên quan;

k) Mọi sai khác do thêm vào hoặc bớt đi khỏi phương pháp hiệu chuẩn hoặc phương pháp thử nghiệm và bất kỳ thông tin nào khác liên quan đến hiệu chuẩn hoặc thử nghiệm cụ thể, như điều kiện môi trường;

l) Kiểu nguồn sáng đơn sắc và độ rộng băng thông (FWHM)

m) Mức ánh sáng định thiên và điện áp của thiết bị thử nghiệm;

n) Nhiệt độ và độ lệch nhiệt độ của thiết bị thử nghiệm;

o) Nhiệt độ thiết bị chuẩn và độ lệch của nó so với nhiệt độ hiệu chuẩn;

p) Mức ánh sáng đơn sắc hoặc dòng điện được tạo ra trong thiết bị thử nghiệm bằng ánh sáng đơn sắc;

q) Diện tích của thiết bị cần thử nghiệm, nếu có liên quan;

r) Tần số băm của ánh sáng đơn sắc (nếu có);

s) Các phép đo, kiểm tra và kết quả thu được của đáp ứng phổ là hàm của bước sóng;

t) Tuyên bố về độ không đảm bảo ước tính của các kết quả thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn (nếu có liên quan);

u) Chữ ký và chức vụ, hoặc nhận dạng tương đương của (những) người nhận trách nhiệm đối với nội dung của báo cáo thử nghiệm và ngày cấp

v) Khi có liên quan, tuyên bố rằng kết quả chỉ liên quan đến mẫu thử nghiệm hoặc hiệu chuẩn;

w) Tuyên bố rằng không được sao chép lại báo cáo thử nghiệm này nếu không có sự phê chuẩn bằng văn bản của phòng thử nghiệm, ngoại trừ sao chép toàn bộ.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Ghi nhãn

4  Thử nghiệm

5  Mô tả chung phép đo đáp ứng phổ

6  Trang thiết bị thử nghiệm

7  Đo đáp ứng phổ sử dụng nguồn ánh sáng không đổi

8  Đo đáp ứng phổ dưới ánh sáng xung

9  Phép đo các môđun nối tiếp

10  Báo cáo thử nghiệm