Introduction : Pourquoi l'étalonnage du simulateur solaire est important

Dans les tests de modules photovoltaïques, une mesure fiable commence par une chose : un simulateur solaire correctement étalonné. Si la sortie du simulateur n'est pas contrôlée avec précision, la puissance, le courant et l'efficacité mesurés du module peuvent tous s'écarter de la valeur réelle. Dans un marché où les modules de 500 W et de puissance supérieure sont déjà courants, même une erreur de 0,5 % peut devenir commercialement significative.

Un simulateur solaire est un dispositif conçu pour reproduire la lumière du soleil dans des conditions de laboratoire contrôlées. Il est largement utilisé pour les tests de performance des modules PV, en particulier dans les conditions STC (Standard Test Conditions). En termes simples, c'est la principale source lumineuse derrière les tests électriques PV professionnels.

Figure 1 Simulateur solaire A+ A+ A+

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Étalonnage de l'éclairement sous STC

Pour la plupart des travaux d'étalonnage en laboratoire, le premier objectif est l'éclairement. Sous STC, le simulateur doit être réglé à 1000 W/m² avec un spectre AM1.5G et une température de cellule de 25°C.

Dans l'industrie PV, une cellule WPVS est couramment utilisée comme Dispositif de Référence Primaire. Des instituts de métrologie qualifiés tels que le PTB ou le NREL fournissent le courant de court-circuit étalonné, ou Isc, de la cellule WPVS sous AM1.5G et un éclairement de 1000 W/m². Cette valeur d'étalonnage est traçable au Système international d'unités, et son incertitude peut être aussi faible qu'environ 0,5 %.

Grâce à cette traçabilité et cette stabilité, la cellule WPVS est souvent utilisée pour transférer une valeur d'étalonnage à faible incertitude vers des dispositifs de référence secondaires.

Cependant, l'étalonnage du simulateur solaire au niveau du module ne consiste pas seulement à définir un nombre dans le logiciel. La zone de test est grande, souvent d'environ 2,6 m × 1,5 m ou même 3 m × 2 m. Avant l'ajustement final de l'éclairement, la distribution de l'éclairement sur le plan de test doit être mesurée point par point. Selon la norme IEC 60904-9, la zone de test de non-uniformité doit couvrir au moins 80 % de la zone de test du simulateur. Ensuite, l'éclairement moyen de l'ensemble du plan de test peut être calculé et utilisé comme base pour l'étalonnage.

Figure 2 Cellule WPVS

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Surveillance de la cellule de référence WPVS : Les petites erreurs de position comptent

Lors de l'étalonnage, la cellule WPVS est généralement placée à la position de la cellule de référence pour surveiller l'éclairement en temps réel pendant le fonctionnement du simulateur. Le signal de courant de la cellule WPVS est converti en signal de tension via un amplificateur ou une résistance, puis lu par le système du simulateur.

L'étalonnage est effectué en ajustant le paramètre logiciel correspondant. Par exemple, certains simulateurs Halm utilisent un réglage de valeur d'étalonnage, tandis que certains systèmes Pasan utilisent des réglages de sensibilité. Dans certains systèmes, la relation entre le courant et la sensibilité est fournie directement sous forme de formule de conversion.

Mais il y a un détail facilement négligé : la cellule de référence est souvent placée en dehors de la zone de test principale. L'éclairement à cette position peut être inférieur à l'éclairement moyen sur le plan de test du module. Si la valeur métrologique est utilisée directement sans compensation, l'éclairement réel dans la zone de test du module peut devenir trop élevé, ce qui affectera la puissance mesurée.

Même si la cellule de référence est placée à l'intérieur de la zone de test, le problème ne disparaît pas complètement. Pour un simulateur de classe A+ avec une non-uniformité inférieure à 1 %, la cellule de référence est souvent positionnée près du bord de la zone de test. Cela peut encore introduire un écart d'environ 0,5 % à 1 %. Dans les tests PV, ce n'est pas un petit nombre.

La température de la cellule de référence doit également être contrôlée près de 25°C. Bien que le coefficient de température de Isc soit généralement relativement faible, la fluctuation de température contribue toujours à l'incertitude de mesure. Si la précision est visée, l'influence de la température doit être réduite autant que possible.

Figure 3 Zone de test du simulateur solaire et position de la cellule de référence

Étalonnage à différents niveaux d'éclairement

Les cellules WPVS sont non seulement stables, mais elles offrent également une bonne linéarité. Cela les rend utiles pour étalonner l'éclairement du simulateur à différents niveaux d'intensité lumineuse. Par exemple, si l'éclairement cible est 200 W/m², la valeur Isc étalonnée à 1000 W/m² peut être multipliée par 0,2 pour obtenir le courant de référence attendu.

Pour les simulateurs solaires à lampe au xénon, les grandes variations d'éclairement sont souvent obtenues avec différents filtres. Après avoir changé les filtres, il est recommandé de mesurer à nouveau la non-uniformité de l'éclairement, car la distribution optique peut changer avec l'intensité.

Étalonnage spectral : simulateurs au xénon et à LED

Pour les simulateurs solaires au xénon, le spectre est principalement déterminé par la source lumineuse et les filtres optiques. Dans la plupart des laboratoires, le spectre ne peut pas être ajusté librement. Par conséquent, la méthode correcte consiste à utiliser un spectromètre étalonné pour mesurer le spectre à plusieurs positions dans la zone de test. Selon la norme IEC 60904-4, au moins quatre points de mesure sont requis.

L'essentiel n'est pas de rendre le spectre parfait à un seul endroit, mais de confirmer que le simulateur répond à la classe spectrale requise sur la zone de test concernée.

Figure 4 Positions de mesure spectrale

Les simulateurs solaires à LED sont plus flexibles. Leur distribution spectrale peut généralement être ajustée par logiciel, ce qui facilite la satisfaction des exigences spectrales A+ de la norme IEC 60904-9. Néanmoins, l'écart spectral, souvent discuté via l'évaluation liée à la SPD, doit être maintenu aussi bas que possible.

Une préoccupation pratique est que les simulateurs à LED sont normalement construits à partir de plusieurs cartes de circuits LED. Cela peut entraîner une non-uniformité spectrale notable sur le plan de test. Pour cette raison, il est préférable de mesurer plus de points plutôt que de se fier uniquement à l'exigence minimale.

Un autre point important : les simulateurs à LED peuvent réaliser de grandes variations d'éclairement sans filtres, mais leur spectre peut encore changer à différents niveaux d'éclairement. Chaque fois que le réglage de l'éclairement change de manière significative, le spectre doit être vérifié à nouveau plutôt que de supposer qu'il reste inchangé.

Résumé : L'étalonnage est le fondement de la mesure photovoltaïque

L'étalonnage du simulateur solaire est l'un des fondements des tests précis des modules photovoltaïques. En laboratoire, l'objectif principal est d'obtenir une mesure précise, puis de transférer des valeurs d'étalonnage de haute qualité à des dispositifs de référence secondaires.

Dans les lignes de production, la stratégie d'étalonnage peut être différente car la vitesse, la répétabilité, la stabilité de l'équipement et le contrôle des processus en usine font tous partie du système de mesure. Mais le principe de base reste le même : la source lumineuse doit être contrôlée, vérifiée et comprise.

L'étalonnage de l'éclairement et la mesure spectrale nécessitent un travail minutieux. La position de la cellule de référence, la non-uniformité de la zone de test, les changements de filtres, la distribution spectrale des LED et le contrôle de la température peuvent tous influencer le résultat final de puissance. Dans les tests photovoltaïques, les petites erreurs ne restent pas petites longtemps.

Point de vue d'Ooitech

En tant que fournisseur d'équipements travaillant avec des lignes de production de modules solaires, Ooitech considère l'étalonnage du simulateur solaire non pas comme un réglage ponctuel, mais comme faisant partie de l'ensemble du système de contrôle qualité de l'usine. Pour la fabrication de modules à haut débit, le testeur IV et le simulateur solaire doivent être assortis de routines d'étalonnage claires, de dispositifs de référence stables et d'une formation pratique des opérateurs ; sinon, la précision du laboratoire peut ne pas se traduire en répétabilité sur la ligne de production. Le véritable défi est d'équilibrer la précision avec l'efficacité quotidienne de la fabrication, surtout lorsque les technologies de modules avancées et les puissances nominales plus élevées rendent les petites déviations de mesure plus visibles.