Solární simulátory ve fotovoltaice: Základy a měřicí technika

Solární článek není univerzální luxmetr, nýbrž spektrálně selektivní konvertor: neodpovídá na otázku, kolik záření na něj dopadá, ale jaké záření. Solární simulátor proto musí produkovat více než celkovou ozářenost 1 000 W/m² - musí reprodukovat spektrální rozložení blízké standardizovanému referenčnímu spektru AM1.5G. Klíčovým problémem je, že odchylky se vyskytují ve třech nezávislých dimenzích - spektrální shoda, prostorová rovnoměrnost a časová stabilita - které se vzájemně nekompenzují. Pouze standardizovaná klasifikace těchto tří veličin podle IEC 60904-9 umožňuje srovnatelné měření účinnosti solárních článků a modulů mezi laboratořemi, výrobci a certifikačními orgány.

Fotovoltaika se v roce 2025 poprvé stala největší instalovanou technologií výroby elektřiny na světě: globální přírůstky poprvé přesáhly 600 gigawattů, kumulovaný instalovaný výkon dosáhl přibližně 2 800 gigawattů a solární energie představovala více než tři čtvrtiny nové světové kapacity obnovitelných zdrojů, jak uvádí Global Energy Review 2026 Mezinárodní energetické agentury (IEA, 2026). Pro měřicí a zkušební techniku však není podstatný objem, nýbrž technologická diverzifikace, která za ním stojí: vedle krystalického křemíku se prosazují heterojunkční články, tenkovrstvé systémy na bázi CdTe a CIGS a tandemové články perovskit–křemík, a to společně s rostoucím podílem bifaciálních modulů.

Technický důsledek sleduje jasný sled: rostoucí rozmanitost modulů a vyšší účinnosti článků zvyšují citlivost výsledků měření na spektrální odchylky zkušebního zdroje. Každá další materiálová třída – tenkovrstvá, bifaciální, tandemová – přináší vlastní křivku spektrální citlivosti, což faktivně zužuje toleranci chyby, kterou si solární simulátor může dovolit, ve srovnání s jednoduššími monokrystalickými křemíkovými články z let 1980–1989, pro které byly původní normy navrženy.

Měřicí úlohu v solární simulaci mění pět vývojových trendů:

• Přechod od výbojkových lamp k LED technologii. LED simulátory postupně nahrazují xenonové a halogenidové systémy, protože nabízejí delší životnost, nižší nároky na údržbu a spektrální tvarování, které je nastavitelné elektricky, a nikoli opticky. Výsledkem je posun důrazu zkoušení od filtrové optiky k elektronickému řízení kanálů a softwarové spektrální kalibraci jednotlivých skupin LED.
• Zavedení třídy A+ a volitelných spektrálních metrik. Norma IEC 60904-9:2020 zdvojnásobila náročnost vyhodnocení a zavedla SPC/SPD, nástroj, který cíleně čelí formální splnitelnosti klasifikace do pásem pomocí spekter LED s mezerami. To vede k rostoucí náročnosti dokumentace pro výrobce zařízení, kteří budou muset ve stále větší míře transparentně uvádět nejen označení třídy, ale také hodnoty pokrytí a odchylek.
• Systémy s více zdroji pro tandemové technologie. S nástupem tandemových modulů perovskit–křemík na trh vznikají simulátory s několika desítkami nezávisle řiditelných spektrálních kanálů a s rozšířenými rozsahy vlnových délek nad 1 600 nanometrů. Tím vzniká těsnější provázání mezi kalibrací simulátoru a charakterizací článků, neboť spektrální nastavení musí být stanoveno individuálně pro každý subčlánek.
• Zkušební postupy pro bifaciální moduly. Technická specifikace IEC TS 60904-1-2 formalizuje postupy měření bifaciálních modulů při simulovaném i přirozeném ozařování. To s sebou nese dodatečnou potřebu senzorů pro ozařování zadní strany a rostoucí poptávku po zkušebních stavech, které dokáží řízeně osvětlovat obě strany modulu současně.
• Protokoly stabilizovaného výkonu pro nestabilní materiály. U perovskitových a dalších metastabilních technologií článků se prosazují konsenzuální zkušební protokoly s kontinuálním osvětlením a časově rozlišenou stabilizací výkonu. Důsledkem je odklon od pouhého okamžitého snímku klasického zábleskového měření k výkonové křivce dokumentované v průběhu minut až hodin.

Velikosti trhu, tempa růstu a zdroje pro tuto aplikační oblast jsou shrnuty na stránce Vývoj trhu UV technologií.

Solární simulátor vytváří umělé světlo, které reprodukuje spektrální ozářenost přirozeného slunečního záření za definovaných atmosférických podmínek. Referenční veličinou je spektrum AM1.5G (Air Mass 1.5, Global), spektrum odvozené výpočtem z atmosférického modelu, které představuje středoevropské až severoamerické zeměpisné šířky při zenitovém úhlu Slunce 48,2° a je normalizováno na integrovanou ozářenost 1 000,4 W/m² (ASTM G173-03). Zdroj světla - obvykle výbojka nebo kombinace mnoha LED - je tvarován pomocí optiky, filtrů a řídicí elektroniky tak, aby se intenzita, spektrum a rovnoměrnost v rovině vzorku co nejvíce přiblížily tomuto referenčnímu spektru.

Z fyzikálního hlediska je podstatné, že solární článek neintegruje samotnou ozářenost, ale součin spektrální ozářenosti a spektrální citlivosti článku závislé na vlnové délce. Dva zdroje světla se stejnou celkovou ozářeností, ale odlišným spektrem, vytvářejí na stejném článku odlišný fotoproud. Solární simulátor proto není kalibrován na výstupu lampy, ale v rovině vzorku, pomocí metrologicky návazně kalibrovaného referenčního solárního článku nebo spektroradiometru.

Výbojky historicky dominovaly, protože v době, kdy byla vypracována první relevantní norma ASTM E927 (1979), byly jedinými dostupnými zdroji s dostatečně sluneční širokopásmovou spektrální charakteristikou (ASTM E927-19). Zhruba dvě desetiletí se stále více prosazují systémy založené na LED, které nyní v produkčních linkách a laboratořích vytlačují tradiční xenonovou technologii.

Díky své přirozené širokopásmové charakteristice zůstávají xenonové lampy rozšířené ve velkoplošné výrobě modulů, ale vyžadují pravidelné dosazování prostřednictvím spektrální filtrace, protože jejich emisní čáry, zejména nad 800 nm, zhoršují klasifikaci (IEC 60904-9:2020). Při srovnávacích měřeních voltampérových charakteristik fotovoltaických modulů vykazovaly LED systémy výkon přinejmenším srovnatelný, a v oblasti stability a spektrální flexibility místy dokonce lepší, než xenonové zdroje (Chojniak et al., 2024).

Solární simulátor se neposuzuje podle jediného čísla, ale podle několika vzájemně nezávislých fyzikálních veličin:

• Spektrální shoda popisuje, jak dobře se ozářenost simulátoru v definovaných vlnových intervalech shoduje s referenčním spektrem AM1.5G. Je rozhodující, protože naměřený fotoproud článku závisí na překryvném integrálu spektra zdroje a spektrální citlivosti článku – nikoli na celkovém výkonu zdroje.
• Prostorová nerovnoměrnost kvantifikuje kolísání ozářenosti v rámci zkušební plochy. Ovlivňuje především velké moduly a sériově zapojené řetězce článků, protože nejslaběji osvětlená dílčí plocha může omezovat celkový proud.
• Časová nestabilita zachycuje kolísání ozářenosti během měření. U pulzních simulátorů je obzvláště kritická, protože spektrum a intenzita lampy se během náběhu a doběhu záblesku neustále mění.
• Celková ozářenost musí být nastavena na referenční hodnotu 1000 W/m², protože charakteristická křivka solárního článku závisí na ozářenosti nelineárně; odchylka neovlivňuje všechny parametry křivky úměrně.
• Teplota článku je stanovena jako třetí souřadnice standardních zkušebních podmínek (STC) vedle spektra a intenzity (25 °C). Účinnost krystalických křemíkových článků typicky klesá o 0,3 až 0,5 procentního bodu na kelvin nárůstu teploty, takže nedostatečná regulace teploty zkresluje výsledky měření, aniž by to bylo patrné ve spektru.
• Spektrální citlivost referenčního a měřeného článku spolu se spektrem zdroje určuje faktor spektrální neshody (viz níže uvedená část). Nejedná se o pevnou vlastnost typu článku, ale závisí na struktuře vrstev, zapouzdření a stavu stárnutí.

Nejčastějším omylem v praxi je zaměňování elektrického výkonu lampy s optickou ozářeností. Tyto dvě veličiny nejsou lineárně svázány: elektro-optická účinnost lampy se mění s dobou provozu, stárnutím, stavem filtru a teplotou, takže nominálně konstantní elektrický výkon může vést k proměnlivé optické ozářenosti. Podobně samotná doba ozařování nemá smysl, pokud není jasné, k jaké ozářenosti se vztahuje – „doba ozařování" bez uvedení odpovídající dávky nebo intenzity je z technického hlediska neúplná.

Druhou častou chybou je měření mimo skutečnou rovinu vzorku. Údaj naměřený na výstupu lampy nebo na pevném referenčním senzoru umístěném mimo zkušební pole popisuje zdroj, nikoli skutečné ozáření testovaného zařízení; rozdíly v délce optické dráhy, rozptýlené světlo a vinětace mohou způsobit odchylky v řádu několika procent, které na senzoru nejsou viditelné.

Za třetí je často přeceňováno zdánlivé formální splnění klasifikace. Klasifikace IEC 60904-9 hodnotí ozářenost v šesti až dvanácti širokých spektrálních pásmech; uvnitř pásma není specifikováno, kde v daném intervalu se požadovaná intenzita skutečně nachází. LED simulátor tak může formálně dosáhnout třídy A nebo A+, přestože jeho spektrum sestává z úzkých píků oddělených spektrálními mezerami. Srovnávací hodnocení ukazují, že reálné komerční systémy dosahují spektrálního krytí jen 65 až 79 procent, přičemž současně dosahují vysokého formálního třídního hodnocení (IEC 60904-9:2020). U článků se širokou, spojitou spektrální citlivostí - například tenkovrstvých nebo vícepřechodových článků - je taková mezera technicky významnější než u úzce citlivého referenčního článku.

Za čtvrté, metoda referenčního článku, při níž je intenzita simulátoru přizpůsobena kalibrovanému zkratovému proudu referenčního článku, je platná pouze za omezujících podmínek: správně se přenáší na testovaný článek jen tehdy, pokud referenční a testovaný článek mají shodnou spektrální citlivost, nebo pokud spektrum simulátoru přesně odpovídá referenčnímu spektru. Ani jedna z těchto podmínek není v praxi nikdy zcela splněna; výsledná systematická chyba se nazývá spektrální neshoda (spectral mismatch) a musí být opravena výpočtem, nikoli „vykalibrována pryč" (ASTM E948).

Za páté, mnoho charakteristických hodnot platí pouze za předpokladu, že testované zařízení a jeho okolí jsou v tepelné a elektrické rovnováze. U pulzních xenonových simulátorů s dobou trvání záblesku v řádu milisekund často nestačí čas na to, aby se plně ustálily kapacitní jevy ve velkoplošných modulech nebo přechodné, světlem vyvolané chování nestabilních materiálů, jako je perovskit - naměřená křivka pak popisuje přechodný stav, nikoli ustálený provozní bod.

Spektrální citlivost solárního článku není univerzální veličina; je určena šířkou zakázaného pásu, tloušťkou vrstvy a optickými ztrátami příslušného absorpčního materiálu. Krystalický silikon absorbuje zhruba mezi 400 a 1 100 nanometry; původní spektrální intervaly normy ASTM E927 a raná vydání IEC 60904-9 byly definovány přesně pro tento rozsah. Tenkovrstvé technologie jako CdTe a CIGS mají svou absorpční hranu stále v tomto rozsahu, ale profitují z hodnoticího rozsahu rozšířeného v roce 2020 na 300–1 200 nanometrů, protože jejich citlivost při krátkých vlnových délkách je tam lépe zachycena (IEC 60904-9:2020).

Ani rozšířený rozsah však nestačí pro tandemové články perovskit-silikon a mnohočlánkové články III-V: mnohočlánkové články III-V mají absorpční šířky pásma až 1 800 nanometrů. Tandemové články přinášejí strukturální zvláštnost: dílčí články jsou zapojeny v sérii, takže dílčí článek s nejnižším fotoproudem omezuje celkový proud článku (podmínka vyrovnání proudu). Spektrální odchylka zkušebního zdroje se zde nechová jako jednotná chyba v celé křivce, ale posouvá, který dílčí článek se stane limitujícím - výsledkem je charakteristická křivka odpovídající situaci ozáření, která se za přirozeného slunečního světla nevyskytuje. Z tohoto důvodu vyžaduje charakterizace tandemových článků spektrální úpravu simulovaného spektra, v němž je každý dílčí článek naladěn specificky na fotoproud, který by generoval za referenčních podmínek (Chojniak et al., 2024).

Faktor spektrální neshody M korigus systematickou chybu, která vzniká, pokud se spektrum simulátoru, referenční spektrum a spektrální citlivosti referenčního a testovaného článku od sebe liší. Je normativně definován v ASTM E948 a IEC 60904-7:

M = [ ∫ E_ref(λ)·S_ref(λ) dλ / ∫ E_sim(λ)·S_ref(λ) dλ ] × [ ∫ E_sim(λ)·S_t(λ) dλ / ∫ E_ref(λ)·S_t(λ) dλ ]

Zde E_ref(λ) je spektrální referenční spektrum (obvykle AM1.5G), E_sim(λ) je skutečné spektrum solárního simulátoru v rovině vzorku, S_ref(λ) je relativní spektrální citlivost referenčního článku a S_t(λ) je relativní spektrální citlivost testovaného článku. Protože do rovnice vstupují pouze relativní spektrální tvary, absolutní kalibrační faktory se vzájemně vykrátí; rozhoduje pouze tvar křivky. M-korigovaný zkratový proud testovaného článku za standardních zkušebních podmínek se získá vydělením proudu naměřeného pod simulátorem faktorem M (ASTM E948).

Použitelnost vyžaduje, aby jak spektrum simulátoru, tak citlivosti obou článků byly známy s dostatečným spektrálním rozlišením v relevantním rozsahu vlnových délek; nejistoty měření spektrální citlivosti se přímo promítají do nejistoty M. Omezení modelu: pro dva články s výrazně odlišnou, zejména strukturovanou spektrální citlivostí - například tenkovrstvý článek oproti krystalickému referenčnímu článku - se M může výrazně odchýlit od 1 a je současně citlivější na malé spektrální změny zdroje. Systematická analýza nejistot ukázala, že kombinovanou nejistotu faktoru neshody lze odvodit z nejistot vstupních spekter pomocí Monte Carlo simulace a že silně závisí na tom, jak silně jsou jednotlivé příspěvky nejistoty spektrálně korelovány: rozšířená nejistota M se pohybovala, v závislosti na předpokládaném stupni korelace, mezi 0,06 a 1,26 procenta (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M není pevnou přístrojovou konstantou, ale musí být znovu stanoven pro každou kombinaci simulátoru, referenčního článku a testovaného článku, a jeho nejistota musí být uvedena ve výsledku kalibrace.

Předpoklady. Referenční článek z krystalického silikonu se známou spektrální citlivostí se používá k nastavení intenzity solárního simulátoru s xenonovou výbojkou třídy A. Testován má být tenkovrstvý článek CIGS; jeho spektrální citlivost je vyšší než u silikonu v krátkovlnné oblasti (400–600 nm) a nižší nad 900 nm - vzorec typický pro tenkovrstvé technologie a opakovaně dokumentovaný v literatuře.

Model. M je tvořeno čtyřmi spektrálními integrály podle výše uvedené definice.

Výpočet (kvalitativní, na základě publikovaných řádových velikostí). Pokud se spektrum xenonové výbojky odchyluje od referenčního spektra AM1.5G o několik procent nad 800 nm v důsledku vlastních emisních čar, ovlivňuje to testovaný článek CIGS silněji než referenční silikonový článek, protože jejich relativní váha se v této spektrální oblasti liší. Systematické studie nejistot kalibrací referenčních článků dokumentovaly korekční faktory v řádu několika procent, přičemž spektrálně citlivé příspěvky k nejistotě se pohybují od méně než jednoho procenta až po několik procent u spektrálně odlišných dvojic článků (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Interpretace. Nekorigovaná hodnota účinnosti se tak může jevit jako plausibilní, přičemž je systematicky příliš vysoká nebo příliš nízká, aniž by to bylo viditelné na tvaru křivky. Pro spolehlivé údaje o účinnosti proto není kombinace spektrálně rozlišeného měření simulátoru se známou citlivostí článku nepovinným doplňkovým měřením, nýbrž součástí samotného měření křivky.

Mezinárodně harmonizovaná klasifikace solárních simulátorů podle IEC 60904-9 (v Německu zavedena jako DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) hodnotí tři charakteristické veličiny nezávisle na sobě, uváděné v pořadí spektrální shoda – prostorová nerovnoměrnost – časová nestabilita, například jako „třída AAA" nebo „třída A+A+A+":

Zdroj: IEC 60904-9:2020.

Vydání z roku 2020 navíc zavedlo dvě volitelné metriky, které se zatím pro klasifikaci nepoužívají: spektrální pokrytí (SPC) a spektrální odchylku (SPD). SPC udává podíl spektra mezi 300 a 1200 nm, ve kterém ozářenost simulátoru dosahuje alespoň 10 procent referenční hodnoty AM1.5G; SPD sčítá absolutní spektrální chyby v celém intervalu. Obě metriky byly zavedeny proto, že čistá klasifikace podle pásem – popsaná v předchozí části – spolehlivě nerozliší LED simulátory s nesouvislým, ale „výhodně umístěným" spektrem od těch, které spektrum skutečně reprodukují spojitě.

Tabulka tříd v části výše uvádí povolenou odchylku, ale neuvádí, od čeho. Zde je to: referenční spektrum AM1.5G je rozděleno do šesti intervalů, podíl na celkové ozářenosti je pro každý z nich pevně stanoven a třída vyplývá z nejhoršího ze šesti poměrů – nikoli z jejich průměru. Sloupce vpravo převádějí procentní tolerance na absolutní podíly; třída B (60–140 %) je z důvodu čitelnosti vynechána.

Z toho vyplývají tři skutečnosti, které samotné zařazení do třídy neodhalí:

• Rozhoduje jediný interval. Simulátor, který dosahuje 95 procent v pěti intervalech a 130 procent v šestém, je třídy B – ne lepší než simulátor, který dosahuje 130 procent všude. Třída je minimum, nikoli hodnocení.
• Pod 400 nm se pro třídy A, B a C nic nehodnotí. Hodnotící rozsah těchto tří tříd začíná na 400 nm. Simulátor může být třídy A a přitom dodávat v UV oblasti výrazně méně nebo více záření – to je nepodstatné pro měření I-V charakteristiky na křemíku, ale nikoli pro jakékoli tvrzení o stárnutí, žloutnutí nebo zapouzdření. Pouze třída A+ hodnotí od 300 nm.
• Podíly se sčítají na 100 procent. Příliš mnoho v jednom intervalu nutně znamená příliš málo v jiném. LED simulátor tedy nelze zlepšit zvýšením jednotlivých kanálů – klasifikace hodnotí tvar spektra, nikoli jeho výšku.

Podíly dle IEC 60904-9 pro referenční spektrum AM1.5G; rozhodující je aktuální vydání normy.

Solární simulátor třídy A reprodukuje solární spektrum mezi 400 a 1100 nm – v tomto rozsahu generuje křemíkový článek proud. Pro měření I-V charakteristiky je to přesně správné. Pro otázku, jak dlouho modul vydrží, je to ale špatný rozsah vlnových délek: žloutnutí zalévací hmoty, delaminace, křídování zadní fólie a degradace okrajového tmelu jsou vyvolány UV zářením, a to převážně pod 400 nm – kde se klasifikace do A, B nebo C vůbec nedívá.

Norma pro moduly proto tyto dvě věci odděluje. IEC 61215 vyžaduje UV předúpravu 15 kWh/m² v rozsahu 280 až 400 nm, z toho alespoň 5 kWh/m² mezi 280 a 320 nm, při teplotě modulu 60 ± 5 °C – ještě před tím, než modul vstoupí do sekvence teplotních cyklů a zkoušky vlhko-mráz. Tuto předúpravu žádný solární simulátor nevyprodukuje; dokáže to UV zkušební komora s lampami k tomu určenými.

Přesně na tomto místě se nacházejí ozařovací komory Opsytec:

• BS-04 – velká UV zkušební komora, přepínatelná mezi UVA-351, UVB-313 a UVC. Přepínatelnost je tady podstatná: 5 kWh/m² v UVB nelze dosáhnout s lampou pouze pro UVA.
• BS-05 – UV zkušební komora pro stárnutí a fotostabilitu s vysokou rovnoměrností v ploše vzorku. Protože se dávka kumuluje po dobu týdnů, jakákoli nerovnoměrnost se přímo promítne do výsledku: 10% odchylka v ploše znamená na konci 10% rozdíl v dávce, nikoli šum, který se zprůměruje.

Obě komory pracují s řízením dávky přes UV-MAT – test skončí při dosažení dávky v kWh/m², nikoli po určitém počtu dní. To je rozdíl mezi testem, který požadovanou hodnotu skutečně prokáže, a testem, který ji jen odhaduje: lampy stárnou, a ozářenost považovaná za konstantní po dobu šesti týdnů žádná konstantní není.

Výroba článků a modulů. V průmyslové výrobě třídí bleskové testery moduly do výkonnostních tříd na základě jejich výkonu měřeného při simulovaném ozařování. Zde záleží především na časové stabilitě během krátké doby záblesku, protože propustnost a opakovatelnost přímo závisí na reprodukovatelnosti záblesku.

Výzkum a vývoj. Univerzitní a institucionální laboratoře - například při vývoji nových absorpčních materiálů - potřebují spektrálně flexibilní simulátory, které často běží nepřetržitě, protože nové koncepty článků, jako jsou perovskitovo-křemíkové tandemy, musí být charakterizovány za definovaného ustáleného osvětlení, aby bylo možné zachytit metastabilní jevy. Kritickým procesním parametrem je spektrální laditelnost vzhledem k příslušnému dílčímu článku.

Akreditované kalibrační a certifikační laboratoře. Nezávislé ověření účinnosti vyžaduje metrologicky návazné referenční články a dokumentovanou, spektrálně rozlišenou charakterizaci zdroje simulátoru. Kritickým procesním parametrem je nejistota měření faktoru spektrální neshody, která musí být uvedena v kalibračním certifikátu.

Fotovoltaika pro vesmírné aplikace. U článků pro satelity a kosmické lodě není referencí AM1.5G, ale mimozemské spektrum AM0 s ozářeností přibližně 1367 W/m² a silnější krátkovlnnou složkou než u AM1.5G, jelikož zemská atmosféra spektrum již nefiltruje. Rozhodující je zde spektrální shoda v UV a modré oblasti.

Koncentrátorová fotovoltaika (CPV). Systémy, které opticky koncentrují sluneční záření, vyžadují simulátory s vysokou ozářeností, od několika set až po několik tisíc "sluncí". Kritickým procesním parametrem je rovnoměrnost silně zaostřené světelné stopy, neboť nehomogenity při vysoké koncentraci se nepřiměřeně promítají do lokálních tepelných a elektrických jevů.

Stárnutí materiálů a zapouzdření. Vedle testování elektrického výkonu stojí zrychlené testování stárnutí zapouzdřovacích fólií, lepidel, materiálů zadní fólie a antireflexních povlaků při UV ozařování. Zde nezáleží na elektrickém výnosu, ale na fotochemickém účinku - více informací naleznete v hlubším pojednání na téma stárnutí vlivem UV záření, stálobarevnost a fotostabilita.

Tandemové a vícepřechodové solární články vyžadují víceizdrojové simulátory obvykle s několika desítkami nezávisle regulovatelných spektrálních kanálů. Systém postavený ve Fraunhoferově institutu pro solární energetické systémy ISE pro perovskit-křemíkové tandemové moduly kombinuje 28 spektrálně nastavitelných světelných kanálů napříč 40 světelnými zdroji s celkem 18 400 LED diodami pokrývajícími rozsah vlnových délek od 320 do 1650 nanometrů a navíc umožňuje simulovat spektra pro různé denní doby a lokality (Fraunhofer ISE, 2023).

Oboustranné (bifaciální) moduly vyžadují řízené ozařování jak přední, tak zadní strany, neboť dodatečný výnos ze zadní strany v terénu závisí na difuzním a odraženém záření. Technická specifikace IEC TS 60904-1-2 popisuje postupy měření charakteristických křivek bifaciálních článků a modulů jak při přirozeném, tak při simulovaném ozáření.

Nestabilní materiály (perovskit). Klasické bleskové simulátory z výroby křemíkových článků nelze snadno použít pro články na bázi perovskitu, protože krátké trvání záblesku nestačí k zachycení světlem indikovaného, metastabilního chování této třídy materiálů. Je vyžadována charakterizace při kontinuálním osvětlení se stabilizovaným měřením výkonu po definovanou dobu - postup dohodnutý mezinárodním výzkumným konsorciem doporučuje mimo jiné intenzity světla 800 až 1000 W/m² s dokumentovanou spektrální charakteristikou zdroje (Khenkin et al., 2020).

Koncentrované ozáření. Pro CPV systémy se používají kontinuální xenonové simulátory s homogenizační tyčí a kolimační optikou, nebo pulzní vysokovýkonné sestavy, které krátkodobě produkují několik set sluncí, aniž by tepelně přetížily testované zařízení.

Výchozím bodem pro jakoukoli charakterizaci solárního simulátoru je otázka, která měřená veličina má pro danou aplikaci skutečně smysl - nikoli to, jaký přístroj je náhodou k dispozici. Pro pouhé sledování intenzity v běžné výrobě často postačuje širokopásmové radiometrické měření kalibrovaným křemíkovým nebo termopilovým senzorem v rovině vzorku, pokud je spektrum zdroje známé a stabilní. Jakmile je solární simulátor nově uváděn do provozu, opětovně kvalifikován po výměně lampy nebo používán pro certifikaci, stává se nezbytným spektrálně rozlišené měření, protože pouze to umožňuje klasifikaci podle IEC 60904-9 a stanovení faktoru spektrální neshody.

Prostorová měření jsou nutná ve chvíli, kdy je testovaná plocha velká vzhledem k zóně homogenity zdroje - například u celých modulů, nikoli jednotlivých článků; norma vyžaduje rastrové měření v minimálním počtu definovaných pozic. Časově rozlišená měření jsou nepostradatelná u pulzních zdrojů nebo zdrojů závislých na tepelném náběhu, protože intenzita, a někdy i spektrum, se mohou během měřicího okna měnit.

V automatizovaných výrobních linkách je solární simulátor obvykle součástí inline flash testeru, který testuje každý modul krátkým světelným pulzem po laminaci a na základě naměřené křivky jej automaticky zařadí do výkonových tříd. Technicky důležitá není ani tak čistá síťová konektivita, jako nutnost monitorovat spektrální a intenzitní stabilitu zdroje během tisíců testovacích cyklů: stárnutí lampy, znečištění optických prvků a teplotní drift postupně mění efektivní ozářenost, aniž by to bylo patrné z vnějšího vzhledu zařízení.

Koncepce monitoringu orientovaného na výrobu proto kombinují úplné spektrální referenční měření v delších intervalech s nepřetržitým širokopásmovým kontrolním měřením v pevném rozsahu vlnových délek mezi úplnými kalibračními cykly. To umožňuje včas zachytit postupný spektrální posun, aniž by bylo nutné provádět úplné, časově náročné spektrální měření při každém jednotlivém testovacím cyklu. Integrace takových kontrolních měření do řídicího systému provozu umožňuje automaticky detekovat odchylky od uloženého referenčního spektra dříve, než se projeví v chybně klasifikovaných modulech.

U každého z těchto měření je třeba explicitně zohlednit nejistotu měření: zahrnuje nejistotu kalibrace senzoru, vlastní spektrální neshodu senzoru vzhledem k referenčnímu spektru a - u odvozených hodnot účinnosti - nejistotu faktoru neshody. Metrologická návaznost použité měřicí techniky na národní nebo mezinárodní normy je předpokladem toho, aby různé laboratoře vůbec mohly uvádět srovnatelné hodnoty.

Následující publikace popisuje metodu pro přesné nastavení spektra LED multi-zdrojových simulátorů speciálně pro tandemové solární články, a je proto přímo relevantní pro měřicí techniku perovskitovo-křemíkových modulů:

"A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators", Chojniak, D., Schachtner, M., Reichmuth, S. K., Bett, A. J., Rauer, M., Hohl-Ebinger, J., Schmid, A., Siefer, G., Glunz, S. W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 32(6), 372-389, 2024, DOI: 10.1002/pip.3776.

Tato práce systematicky zkoumá, jak lze pomocí metod Monte Carlo vypočítat nejistotu faktoru spektrální neshody z nejistot zúčastněných spekter, a poskytuje tak kvantitativní základ pro rozpočty nejistot při kalibraci:

"Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation", Maham, K., Kärhä, P., Ikonen, E., IEEE Journal of Photovoltaics, 13(6), 899-904, 2023, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2023.3311890.

Následující, často citovaná základní práce byla prvním systematickým zpracováním nejistoty faktoru spektrální neshody za standardních zkušebních podmínek a dodnes zůstává metodologickou referencí pro kalibrační laboratoře:

"Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices", Hohl-Ebinger, J., Warta, W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19(5), 573-579, 2011, DOI: 10.1002/pip.1059.

Tento mezinárodně odsouhlasený poziční dokument definuje protokoly měření a vykazování pro testování stability perovskitových solárních článků a mimo jiné podporuje potřebu nepřetržitého, spektrálně dokumentovaného osvětlení namísto krátkých bleskových měření:

"Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures", Khenkin, M. V., Katz, E. A., Abate, A. et al., Nature Energy, 5(1), 35-49, 2020, DOI: 10.1038/s41560-019-0529-5.

Fotovoltaika se v publikacích našich zákazníků objevuje v mnoha podobách - od UV stárnutí zapouzdření modulů přes UV zpracování vrstev článků až po testování solárních polí pro use ve vesmíru.

Porovnává čtyři zapouzdřovací materiály pro fotovoltaické moduly při UV ozařování v poušti Atacama - jednom z nejintenzivnějších UV testovacích polí na světě pro stárnutí modulů.
Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert
Correa-Puerta, Jonathan, et al. "Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert." Solar Energy 228 (2021): 625-635.

Zkoumá, jak se vyvíjí UV indukovaná degradace na pasivovaných kontaktech křemíkových heterojunkčních článků - jedné z technologií článků, kterou tato stránka výslovně uvádí jako spektrálně odlišnou třídu.
Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells
Xu, Binbin, et al. "Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells." Small Structures 7.6 (2026).

Využívá UV-LED ozařování cíleně pro vrstevně selektivní žíhání perovskitových solárních článků a stanovuje potřebnou krystalizační energii - příklad UV jako výrobního nástroje, nikoli pouze jako testovací metody.
Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells
Ouyang, Zhongliang, et al. "Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells." Advanced Energy Materials 10.4 (2020): 1902898.

Vyvíjí speciální vysokointenzivní sestavu pro přesně řízenou, urychlenou fotodegradaci organických solárních článků - metodicky příbuznou s vysokoúrovňovými solárními simulátory pro koncentrátorovou fotovoltaiku popsanými na této stránce.
Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells
Burlafinger, Klaus. Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells. Diss. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), 2020.

Testuje materiály solárních polí z mise ESA BepiColombo při vysoké intenzitě a vysoké teplotě - praktický příklad kosmické fotovoltaiky, jak je popsáno v sekci této stránky o oblastech použití.
High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays
Tighe, Adrian, et al. "High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays." CEAS Space Journal 13 (2021): 475-492.

Další práce z příbuzných tematických oblastí jsou shrnuty v sekci publikace zákazníků, řazené podle tématu.

Vyhledávač publikací uvádí všechny publikace o fotovoltaice, které známe – lze v nich vyhledávat podle přístroje, oboru a klíčového slova.

• IEC 60904-9:2020, Fotovoltaická zařízení – Část 9: Požadavky na vlastnosti slunečních simulátorů (národní: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); dále IEC TS 60904-1-2:2024 (bifaciální moduly) a ASTM E927-19 / ASTM G173-03.
• International Energy Agency (IEA): Global Energy Review 2026 – Technologie: fotovoltaika a vítr, 2026. https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2026/technology-solar-pv-and-wind
• Khenkin, M. V.; Katz, E. A.; Abate, A. a kol.: Konsenzuální stanovisko k hodnocení a vykazování stability perovskitové fotovoltaiky na základě postupů ISOS, Nature Energy 5(1), 35–49, 2020. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5
• Chojniak, D.; Schachtner, M.; Reichmuth, S. K. a kol.: Přesná metoda spektrálního seřízení LED a vícezdrojových slunečních simulátorů, Progress in Photovoltaics 32(6), 372–389, 2024. https://doi.org/10.1002/pip.3776
• Hohl-Ebinger, J.; Warta, W.: Nejistota korekčního faktoru spektrální neshody při měřeních fotovoltaických zařízení za podmínek STC, Progress in Photovoltaics 19(5), 573–579, 2011. https://doi.org/10.1002/pip.1059
• Maham, K.; Kärhä, P.; Ikonen, E.: Odhad nejistoty spektrální neshody při kalibraci solárních článků pomocí simulace Monte Carlo, IEEE Journal of Photovoltaics 13(6), 899–904, 2023. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2023.3311890

Jak funguje solární simulátor ve fotovoltaice?
Solární simulátor reprodukuje spektrální ozářenost slunečního záření za definovaných referenčních podmínek (obvykle AM1.5G, 1000 W/m², teplota článku 25 °C). Zdroj světla je nastaven pomocí optiky, filtrů nebo - u LED systémů - elektronického řízení kanálů tak, aby spektrum, prostorové rozložení a časové chování ozářenosti zůstaly v mezích stanovených normou.

Jaký rozsah vlnových délek nebo spektrum je vhodný pro fotovoltaické testování?
AM1.5G je standard pro pozemské aplikace, AM0 pro kosmické aplikace. Relevantní rozsah vlnových délek závisí na typu článku: 400–1100 nm pro klasický křemík, 300–1200 nm pro tenkovrstvé a moderní křemíkové články, až 1800 nm pro vícepřechodové články III-V.

Jaká ozářenost je vyžadována pro standardní testovací podmínky?
Standardní testovací podmínky (STC) stanovují ozářenost 1000 W/m² AM1.5G při teplotě článku 25 °C. Všechny tři veličiny - spektrum, intenzita, teplota - musí být splněny současně; chybí-li kterákoli z těchto tří podmínek, je výsledek měření nesrovnatelný s jinými měřeními.

Jaký je rozdíl mezi třídou AAA a třídou A+A+A+?
Obě označení popisují nejvyšší, resp. rozšířenou klasifikaci podle IEC 60904-9. Třída AAA splňuje třídu A ve všech třech kritériích (spektrum, homogenita, stabilita). Třída A+ byla zavedena v roce 2020, vyžaduje dvakrát přísnější tolerance než třída A a musí být prokázána v rozšířeném spektrálním rozsahu 300–1200 nm.

Proč solární simulátor produkuje nesprávné hodnoty měření i při nominálně dostatečném výkonu lampy?
Elektrický výkon lampy a optická ozářenost v rovině vzorku nejsou lineárně svázány; stárnutí, stav filtru a teplota mění elektro-optickou účinnost. Kromě toho může vzniknout chyba spektrálního nesouladu, pokud se spektrum zdroje a citlivost článku odchylují od referenčního případu - tato chyba je nezávislá na intenzitě a musí být korigována výpočtem. Obecné odvození - od elektrického výkonu přes elektro-optickou účinnost až k měřené veličině v místě působení - je uvedeno na stránce radiometrické veličiny.

Jak se měří spektrální ozářenost solárního simulátoru?
Spektrální charakterizace se provádí kalibrovaným spektroradiometrem v rovině vzorku, doplněná rastrovým měřením přes celou testovanou plochu ke zjištění prostorové homogenity a u pulzních zdrojů časově rozlišeným měřením během trvání záblesku.

Jaká technologie simulátoru je vhodná pro tandemové solární články?
Perovskitové-křemíkové tandemové a vícepřechodové solární články vyžadují LED simulátory s více zdroji a nezávisle řiditelnými spektrálními kanály, protože každý dílčí článek musí být samostatně vyladěn na svůj referenční fotoproud. Klasické jedno- nebo dvoulampové xenonové systémy tento požadavek zpravidla nesplňují.

Proč nestačí pro perovskitové články jediný snímek z bleskového testeru?
Perovskitové materiály vykazují metastabilní, světlem indukované chování, které se stabilizuje až po několika sekundách až minutách nepřerušovaného osvětlení. Blesk v řádu milisekund zachytí pouze přechodový stav; dohodnuté testovací protokoly proto vyžadují časově rozlišené měření výkonu za ustáleného osvětlení.

Řízená reprodukce slunečního záření je potřebná v několika oblastech: měření světla a displejů využívá stejnou spektroradiometrii a kalibrační řetězec, výroba elektroniky a polovodičů zajišťuje procesy, ze kterých vznikají články, a fotokatalytická výroba vodíku pracuje se stejnými podmínkami AM1.5, aby byly účinnosti srovnatelné. Celkový přehled naleznete v přehledu UV aplikací.

Nominální třídní označení málo vypovídá o tom, jak stabilní a spektrálně jednotný je solární simulátor skutečně během běžného provozu. Kdo potřebuje spolehlivé údaje o účinnosti článků, modulů nebo nových třídách materiálů, se nevyhne spektrálně rozlišené charakterizaci v rovině vzorku – a metrologicky návazné kalibraci použité přístrojové techniky. Pro spektrální charakterizaci solárních simulátorů a globálního ozáření je k dispozici SR900; pro kontinuální monitorování pevného rozsahu vlnových délek mezi jednotlivými cykly úplné kalibrace RMD Pro; a pro řízené UV zkoušky zapouzdřovacích materiálů ozařovací komory s provozem řízeným podle dávky prostřednictvím UV-MAT. Kontaktujte nás ohledně Vašeho zkušebního požadavku.