PV 교정: 신뢰할 수 있는 모듈 테스트를 위한 태양광 시뮬레이터 교정 방법

소개: 태양광 시뮬레이터 교정이 중요한 이유

태양광 모듈 테스트에서 신뢰할 수 있는 측정은 제대로 교정된 태양광 시뮬레이터에서 시작됩니다. 시뮬레이터 출력이 정확하게 제어되지 않으면 측정된 모듈 전력, 전류, 효율이 실제 값에서 벗어날 수 있습니다. 500W 이상의 고출력 모듈이 이미 일반화된 시장에서 0.5%의 오차도 상업적으로 의미가 있을 수 있습니다.

태양광 시뮬레이터는 통제된 실험실 조건에서 햇빛을 재현하도록 설계된 장치입니다. 주로 STC(표준 테스트 조건)에서 PV 모듈 성능 테스트에 널리 사용됩니다. 간단히 말해, 전문 PV 전기 테스트의 주요 광원입니다.

그림 1 A+ A+ A+ 태양광 시뮬레이터

이미지 출처: 인터넷

STC 조건에서의 조도 교정

대부분의 실험실 교정 작업에서 첫 번째 목표는 조도입니다. STC 조건에서 시뮬레이터는 1000 W/m² AM1.5G 스펙트럼과 25°C의 셀 온도로 조정되어야 합니다.

PV 산업에서 WPVS 셀은 일반적으로 1차 기준 장치로 사용됩니다. PTB나 NREL과 같은 공인 계측 기관은 AM1.5G 및 1000 W/m² 조도 조건에서 WPVS 셀의 교정된 단락 전류(Isc)를 제공합니다. 이 교정 값은 국제 단위계에 추적 가능하며, 불확도는 약 0.5%까지 낮을 수 있습니다.

이러한 추적성과 안정성 때문에 WPVS 셀은 낮은 불확도의 교정 값을 2차 기준 장치로 전달하는 데 자주 사용됩니다.

그러나 모듈 수준의 태양광 시뮬레이터 교정은 단순히 소프트웨어에서 하나의 숫자를 설정하는 것만이 아닙니다. 테스트 영역은 크며, 종종 약 2.6 m × 1.5 m 또는 심지어 3 m × 2 m. 최종 조사강도 조정 전에, 시험 평면 전체의 조사강도 분포를 지점별로 측정해야 합니다. IEC 60904-9에 따르면, 비균일성 시험 영역은 시뮬레이터 시험 영역의 최소 80%를 커버해야 합니다. 그 후, 전체 시험 평면의 평균 조사강도를 계산하여 교정의 기준으로 사용할 수 있습니다.

그림 2 WPVS 셀

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WPVS 기준 셀 모니터링: 작은 위치 오차가 중요합니다

교정 중에 WPVS 셀은 일반적으로 기준 셀 위치에 배치되어 시뮬레이터 작동 중 실시간 조사강도를 모니터링합니다. WPVS 셀의 전류 신호는 증폭기 또는 저항을 통해 전압 신호로 변환된 후 시뮬레이터 시스템에 의해 읽힙니다.

교정은 관련 소프트웨어 매개변수를 조정하여 완료됩니다. 예를 들어, 일부 Halm 시뮬레이터는 교정 값 설정을 사용하고, 일부 Pasan 시스템은 감도 설정을 사용합니다. 특정 시스템에서는 전류와 감도 간의 관계가 변환 공식으로 직접 제공됩니다.

하지만 쉽게 간과되는 세부 사항이 있습니다: 기준 셀은 종종 주요 시험 영역 밖에 배치됩니다. 그 위치의 조사강도는 모듈 시험 평면의 평균 조사강도보다 낮을 수 있습니다. 보정 없이 측정 값을 직접 사용하면, 모듈 시험 영역의 실제 조사강도가 너무 높아져 측정 전력에 영향을 미칠 수 있습니다.

기준 셀이 시험 영역 내부에 배치되더라도 문제가 완전히 사라지지는 않습니다. 비균일성이 1% 미만인 A+ 등급 시뮬레이터의 경우, 기준 셀은 종종 시험 구역의 가장자리 근처에 위치합니다. 이는 여전히 약 0.5%에서 1%의 편차를 도입할 수 있습니다. PV 테스트에서 이는 작은 숫자가 아닙니다.

기준 셀의 온도도 25°C에 가깝게 제어되어야 합니다. Isc의 온도 계수는 일반적으로 상대적으로 작지만, 온도 변동은 여전히 측정 불확도에 기여합니다. 정밀도가 목표라면 온도 영향을 가능한 한 줄여야 합니다.

그림 3 태양광 시뮬레이터 시험 영역 및 기준 셀 위치

다양한 조사강도 수준에서의 교정

WPVS 셀은 안정적일 뿐만 아니라 우수한 선형성을 제공합니다. 이는 다양한 광도 수준에서 시뮬레이터 조사강도를 교정하는 데 유용합니다. 예를 들어, 목표 조사강도가 200 W/m²인 경우, 1000 W/m²에서의 교정된 Isc 값에 0.2를 곱하여 예상 기준 전류를 얻을 수 있습니다.

제논 램프 태양광 시뮬레이터의 경우, 큰 조사량 변화는 종종 서로 다른 필터를 사용하여 달성됩니다. 필터를 교체한 후에는 광학 분포가 강도와 함께 변할 수 있으므로 조사량 불균일도를 다시 측정하는 것이 좋습니다.

스펙트럼 교정: 제논 및 LED 시뮬레이터

제논 태양광 시뮬레이터의 경우, 스펙트럼은 주로 램프 광원과 광학 필터에 의해 결정됩니다. 대부분의 실험실에서는 스펙트럼을 자유롭게 조정할 수 없습니다. 따라서 올바른 방법은 교정된 분광계를 사용하여 테스트 영역의 여러 위치에서 스펙트럼을 측정하는 것입니다. IEC 60904-4에 따르면 최소 4개의 측정 지점이 필요합니다.

핵심은 한 위치에서만 스펙트럼이 완벽해 보이게 하는 것이 아니라, 시뮬레이터가 관련 테스트 영역에서 요구되는 스펙트럼 등급을 충족하는지 확인하는 것입니다.

그림 4 스펙트럼 측정 위치

LED 기반 태양광 시뮬레이터는 더 유연합니다. 스펙트럼 분포는 일반적으로 소프트웨어를 통해 조정할 수 있어 IEC 60904-9의 A+ 스펙트럼 요구 사항을 충족하기가 더 쉽습니다. 그럼에도 불구하고, 종종 SPD 관련 평가를 통해 논의되는 스펙트럼 편차는 가능한 한 낮게 유지해야 합니다.

한 가지 실질적인 우려 사항은 LED 시뮬레이터가 일반적으로 여러 LED 회로 기판으로 구성된다는 것입니다. 이로 인해 테스트 평면에서 눈에 띄는 스펙트럼 불균일이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 최소 요구 사항에만 의존하지 않고 더 많은 지점을 측정하는 것이 좋습니다.

또 다른 중요한 점: LED 시뮬레이터는 필터 없이 큰 조사량 변화를 달성할 수 있지만, 다른 조사량 수준에서 스펙트럼이 여전히 변할 수 있습니다. 조사량 설정이 크게 변경될 때마다 스펙트럼이 변경되지 않는다고 가정하지 말고 다시 확인해야 합니다.

요약: 교정은 PV 측정의 기초입니다

태양광 시뮬레이터 교정은 정확한 PV 모듈 테스트의 기초 중 하나입니다. 실험실에서 주요 목적은 정밀한 측정을 달성하고 고품질 교정 값을 2차 기준 장치에 전달하는 것입니다.

생산 라인에서는 속도, 반복성, 장비 안정성 및 공장 공정 제어가 모두 측정 시스템의 일부가 되기 때문에 교정 전략이 다를 수 있습니다. 그러나 핵심 원칙은 동일합니다: 광원은 제어되고, 검증되며, 이해되어야 합니다.

조도 보정과 스펙트럼 측정 모두 세심한 작업이 필요합니다. 기준 셀 위치, 테스트 영역의 불균일성, 필터 교체, LED 스펙트럼 분포, 온도 제어 모두 최종 출력 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. PV 테스트에서 작은 오류는 오래 머물지 않습니다.

Ooitech의 견해

태양광 모듈 생산 라인과 협력하는 장비 공급업체로서 Ooitech는 태양광 시뮬레이터 보정을 일회성 설정이 아니라 전체 공장 품질 관리 시스템의 일부로 봅니다. 대량 생산 모듈 제조의 경우 IV 테스터와 태양광 시뮬레이터는 명확한 보정 절차, 안정적인 기준 장치, 실용적인 운영자 교육과 함께 매칭되어야 합니다. 그렇지 않으면 실험실 정확도가 생산 라인의 반복성으로 이어지지 않을 수 있습니다. 실제 과제는 정밀성과 일상적인 제조 효율성의 균형을 맞추는 것이며, 특히 고급 모듈 기술과 더 높은 출력 등급으로 인해 작은 측정 편차가 더욱 두드러질 때 더욱 그렇습니다.