Simulateur solaire - Solar simulator
Un simulateur solaire (également du soleil artificiel ) est un appareil qui fournit un éclairage se rapprochant de la lumière naturelle du soleil . Le but du simulateur solaire est de fournir une installation de test intérieure contrôlable dans des conditions de laboratoire, utilisée pour tester les cellules solaires , les écrans solaires , les plastiques et d'autres matériaux et dispositifs.
Classification
Les normes IEC 60904-9 Edition2 et ASTM E927-10 sont une spécification commune pour les simulateurs solaires utilisés pour les tests photovoltaïques . La lumière d'un simulateur solaire est contrôlée en trois dimensions :
- contenu spectral
- uniformité spatiale
- stabilité temporelle
Chaque dimension est classée dans l'une des trois classes : A, B ou C. Les spécifications requises pour chaque classe sont définies dans le tableau 1 ci-dessous. Un simulateur solaire répondant aux spécifications de classe A dans les trois dimensions est appelé simulateur solaire de classe A, ou parfois classe AAA (se référant à chacune des dimensions dans l'ordre indiqué ci-dessus).
| Classification | Correspondance spectrale (chaque intervalle) | Irradiance Non-uniformité spatiale | Instabilité temporelle |
|---|---|---|---|
| Classe A | 0,75-1,25 | 2% | 2% |
| Classe B | 0,6-1,4 | 5% | 5% |
| Classe C | 0,4–2,0 | dix% | dix% |
Le spectre de simulation solaire est en outre spécifié via l'irradiance intégrée sur plusieurs intervalles de longueur d'onde. Le pourcentage d'irradiance totale est indiqué ci-dessous dans le tableau 2 pour les spectres terrestres standard de AM 1.5G et AM 1.5D, et le spectre extraterrestre, AM 0.
| Intervalle de longueur d'onde [nm] | AM1.5D | AM1.5G | AM0 |
|---|---|---|---|
| 300–400 | aucune spécification | aucune spécification | 8,0% |
| 400–500 | 16,9% | 18,4% | 16,4% |
| 500–600 | 19,7% | 19,9% | 16,3% |
| 600–700 | 18,5% | 18,4% | 13,9% |
| 700–800 | 15,2% | 14,9% | 11,2% |
| 800–900 | 12,9% | 12,5% | 9,0% |
| 900–1100 | 16,8% | 15,9% | 13,1% |
| 1100-1400 | aucune spécification | aucune spécification | 12,2% |
Ces spécifications étaient principalement destinées au photovoltaïque au silicium , et donc la gamme spectrale sur laquelle les intervalles ont été définis était limitée principalement à la région d'absorption du silicium. Bien que cette définition soit également adéquate pour plusieurs autres technologies photovoltaïques , y compris les cellules solaires à couche mince construites à partir de CdTe ou de CIGS , elle n'est pas suffisante pour le sous-domaine émergent du photovoltaïque concentré utilisant des cellules solaires multi-jonctions à semi - conducteur III-V à haut rendement en raison à leur bande passante d'absorption plus large de 300 à 1800 nm.
Types de simulateurs solaires
Les simulateurs solaires peuvent être divisés en trois grandes catégories : continu, flash et pulsé. Le premier type est une forme familière de source lumineuse dans laquelle l'éclairage est continu dans le temps. Les spécifications discutées dans la section précédente se rapportent le plus directement à ce type de simulateur solaire. Cette catégorie est le plus souvent utilisée pour les tests de faible intensité, de moins d'un soleil à plusieurs soleils. Dans ce contexte, 1 soleil est généralement défini comme l'intensité nominale de la pleine lumière solaire par temps clair et clair sur Terre, qui mesure 1 000 W/m 2 . Les simulateurs solaires à lumière continue peuvent combiner plusieurs types de lampes différentes (par exemple une source à arc et une ou plusieurs lampes halogènes) pour étendre le spectre loin dans l'infrarouge. Des exemples de simulateurs solaires continus à faible et à haute intensité sont disponibles auprès de Solar Light Company, Inc. (inventeur du simulateur solaire original en 1967) Atonometrics, Eternal Sun, TS-Space Systems, WACOM, Newport Oriel, Sciencetech, Spectrolab , Photo Emission Tech, Abet Technologies, infinityPV
Le deuxième type de simulateur solaire est le simulateur flashé qui est qualitativement similaire à la photographie au flash et utilise des tubes flash . Avec des durées typiques de plusieurs millisecondes, des intensités très élevées allant jusqu'à plusieurs milliers de soleils sont possibles. Ce type d'équipement est souvent utilisé pour éviter une accumulation de chaleur inutile dans l'appareil testé. Cependant, en raison du chauffage et du refroidissement rapides de la lampe, l'intensité et le spectre lumineux sont intrinsèquement transitoires, ce qui rend les tests fiables répétés plus difficiles sur le plan technique. La dimension de stabilité temporelle de la norme ne s'applique pas directement à cette catégorie de simulateurs solaires, bien qu'elle puisse être remplacée par une spécification de répétabilité de tir à tir analogue.
Le troisième type de simulateur solaire est le simulateur pulsé, qui utilise un obturateur pour bloquer ou débloquer rapidement la lumière d'une source continue. Cette catégorie est un compromis entre le continu et le flash, ayant l'inconvénient de la forte consommation d'énergie et des intensités relativement faibles des simulateurs continus, mais l'avantage d'une intensité de sortie et d'un spectre stables. La courte durée d'éclairage offre également l'avantage des faibles charges thermiques des simulateurs flashés. Les impulsions sont généralement de l'ordre de 100 millisecondes jusqu'à 800 millisecondes pour les systèmes spéciaux Xe Long Pulse. Ces systèmes sont proposés pour différents segments tels que le contrôle qualité en production de cellules et modules solaires ainsi que pour les laboratoires indépendants ou la R&D des fabricants. Les systèmes de laboratoire offrent généralement des fonctions améliorées telles que le cycle de température et des niveaux d'irradiation configurables.
Types de lampes
Plusieurs types de lampes ont été utilisés comme sources lumineuses dans les simulateurs solaires.
Lampe à arc au xénon : c'est le type de lampe le plus courant aussi bien pour les simulateurs solaires continus que flash. Ces lampes offrent des intensités élevées et un spectre non filtré qui s'adapte assez bien à la lumière du soleil. Cependant, le spectre Xe est également caractérisé par de nombreux pics de transition atomiques pointus indésirables, ce qui rend le spectre moins souhaitable pour certaines applications sensibles au spectre.
Lampe à arc aux halogénures métalliques : Principalement développées pour une utilisation dans l'éclairage des films et de la télévision où une stabilité temporelle élevée et une correspondance des couleurs à la lumière du jour sont requises, les lampes à arc aux halogénures métalliques sont également utilisées dans la simulation solaire.
QTH : les lampes halogènes à quartz et tungstène offrent des spectres qui correspondent très étroitement au rayonnement du corps noir , bien que généralement avec une température de couleur inférieure à celle du soleil.
LED : les diodes électroluminescentes ont récemment été utilisées dans les laboratoires de recherche pour construire des simulateurs solaires, et pourraient être prometteuses à l'avenir pour la production à haut rendement énergétique de la lumière artificielle spectralement adaptée.