Solsimulatorer i fotovoltaik: grundlæggende principper og målteknik

En solcelle er ikke en universel lysmåler, men en spektralt selektiv omformer: den svarer ikke på, hvor meget stråling der træffer den, men hvilken stråling. En solsimulator skal derfor levere mere end en samlet irradians på 1000 W/m² - den skal genskabe en spektralfordeling, der ligger tæt nok på det standardiserede referencespektrum AM1.5G. Den centrale udfordring er, at afvigelser forekommer langs tre uafhængige dimensioner - spektral match, rumlig uniformitet og tidsmæssig stabilitet - som ikke opvejer hinanden. Kun den standardiserede klassificering af disse tre størrelser under IEC 60904-9 gør effektivitetsmålinger på solceller og moduler sammenlignelige mellem laboratorier, producenter og certificeringsorganer.

Fotovoltaik blev for første gang i 2025 verdens største installerede teknologi til elproduktion: den globale tilvækst passerede for første gang 600 gigawatt, den samlede kapacitet nåede omkring 2.800 gigawatt, og solenergi tegnede sig for mere end tre fjerdedele af verdens nye vedvarende produktionskapacitet, ifølge International Energy Agency's Global Energy Review 2026 (IEA, 2026). For test- og måleteknologi er den relevante historie ikke mængden, men den teknologiske diversificering bag den: ud over krystallinsk silicium etablerer heterojunction-celler, tyndfilmssystemer baseret på CdTe og CIGS samt perovskit-silicium-tandemceller sig, sammen med en stigende andel af bifaciale moduler.

Den tekniske konsekvens følger en tydelig kæde: stigende modulmangfoldighed og højere celleeffektivitet øger testresultaternes følsomhed for spektrale afvigelser i testkilden. Hver yderligere materialeklasse - tyndfilm, bifacial, tandem - bringer sin egen spektrale følsomhedskurve med sig, hvilket effektivt indsnævrer den fejlmargin, en solsimulator kan tillade sig, i forhold til de enklere monokrystallinske siliciumceller fra 1980'erne, som de oprindelige standarder blev udformet til.

Fem udviklinger ændrer måleopgaven inden for solsimulering:

• Overgang fra gasudladningslamper til LED-teknologi. LED-simulatorer erstatter i stigende grad xenon- og metalhalogensystemer, fordi de tilbyder længere levetid, lavere vedligeholdelse og spektral formgivning, der kan justeres elektrisk snarere end optisk. Resultatet er en forskydning af testfokus fra filteroptik mod elektronisk kanalstyring og softwarebaseret spektral kalibrering af individuelle LED-grupper.
• Indførelse af A+-klassen og valgfrie spektrale målestørrelser. IEC 60904-9:2020 fordoblede evalueringskravene og introducerede SPC/SPD, et instrument, der specifikt modvirker den formelle opfyldelse af binklassificering ved hjælp af huller i LED-spektret. Dette fører til stigende dokumentationskrav for udstyrsproducenter, som fremover i stigende grad skal angive ikke kun en klasseangivelse, men også dækning og afvigelsesværdier på gennemsigtig vis.
• Multikildesystemer til tandemteknologier. Med markedsintroduktionen af perovskit-silicium-tandemmoduler opstår simulatorer med flere dusin uafhængigt styrbare spektrale kanaler og udvidede bølgelængdeområder ud over 1600 nanometer. Dette skaber en tættere kobling mellem simulatorkalibrering og cellekarakterisering, da den spektrale indstilling skal fastlægges individuelt for hver delcelle.
• Testprocedurer for bifaciale moduler. Den tekniske specifikation IEC TS 60904-1-2 formaliserer procedurer til måling af bifaciale moduler under simuleret og naturlig bestråling. Dette medfører et yderligere behov for sensorer til bagsidebestråling og et stigende behov for teststande, der kontrolleret kan belyse begge modulsider samtidigt.
• Stabiliserede effektprotokoller til ustabile materialer. For perovskit og andre metastabile celleteknologier etablerer der sig konsensusbaserede testprotokoller med kontinuerlig belysning og tidsopløst effektstabilisering. Konsekvensen er en forskydning væk fra det rene snapshot i klassisk flashmåling mod en effektkurve, der dokumenteres over minutter til timer.

Markedsstørrelser, vækstrater og kilder for dette anvendelsesområde er samlet på siden Markedsudvikling for UV-teknologi.

En solsimulator producerer kunstigt lys, der reproducerer det naturlige sollys' spektrale irradians under definerede atmosfæriske forhold. Referencestørrelsen er AM1.5G-spektret (Air Mass 1.5, Global), et spektrum, der er beregningsmæssigt afledt af en atmosfærisk model, som repræsenterer mideuropæiske til nordamerikanske breddegrader ved en solar zenitvinkel på 48,2°, og som er normaliseret til en integreret irradians på 1000,4 W/m² (ASTM G173-03). En lyskilde - typisk en gasudladningslampe eller en kombination af mange LED'er - formes gennem optik, filtre og styreelektronik, så intensitet, spektrum og uniformitet i prøveplanet kommer så tæt som muligt på dette referencespektrum.

Fysisk set er det afgørende, at en solcelle ikke integrerer irradiansen i sig selv, men produktet af den spektrale irradians og cellens bølgelængdeafhængige spektrale respons. To lyskilder med identisk total irradians, men forskellige spektre, producerer forskellige fotostrømme på den samme celle. En solsimulator kalibreres derfor ikke ved lampens udgang, men i prøveplanet, ved brug af en metrologisk sporbart kalibreret referencesolcelle eller et spektroradiometer.

Gasudladningslamper dominerede historisk, fordi de, da den første relevante standard ASTM E927 (1979) blev udarbejdet, var de eneste tilgængelige kilder med et tilstrækkeligt sollignende bredbåndsspektrum (ASTM E927-19). I omkring to årtier har LED-baserede systemer i stigende grad etableret sig og fortrænger nu traditionel xenonteknologi i produktionslinjer og laboratorier.

På grund af deres naturlige bredbåndskarakteristika er xenonlamper stadig udbredte i storarealsmodulproduktion, men de kræver regelmæssig justering gennem spektral filtrering, da deres emissionslinjer, især over 800 nm, forringer klassificeringen (IEC 60904-9:2020). I sammenlignende målinger af PV-modulers strøm-spænding-kurver har LED-systemer vist en ydelse mindst på niveau med, og i stabilitet og spektral flexibilitet nogle gange bedre end, xenonkilder (Chojniak et al., 2024).

En solsimulator bedømmes ikke på et enkelt tal, men på flere, indbyrdes uafhængige fysiske størrelser:

• Spektralt match beskriver, hvor godt simulatorens irradians i definerede bølgelængdeintervaller stemmer overens med AM1.5G-referencespektret. Det er afgørende, fordi en celles målte fotostrøm afhænger af overlapintegralet mellem kildespektret og cellens responsivitet - ikke af kildens samlede effekt.
• Rumlig uensartethed kvantificerer variationen af irradians hen over testarealet. Det påvirker primært store moduler og seriekoblede cellestrenge, da det svagest belyste delareal kan begrænse den samlede strøm.
• Tidsmæssig instabilitet beskriver variationer i irradiansen under målingen. For pulserende simulatorer er det særligt kritisk, fordi lampens spektrum og intensitet fortsat ændrer sig under blitzrørets stigning og aftagen.
• Total irradians skal indstilles til referenceværdien på 1000 W/m², da en solcelles karakteristiske kurve afhænger ikke-lineært af irradiansen; en afvigelse påvirker ikke alle kurveparametre proportionalt.
• Cellens temperatur er fastlagt som den tredje koordinat i Standard Test Conditions (STC), sammen med spektrum og intensitet (25 °C). Effektiviteten af krystallinske silicium-celler falder typisk med 0,3 til 0,5 procentpoint per kelvin temperaturstigning, så mangelfuld temperaturkontrol forvrænger måleresultaterne, uden at dette er synligt i spektret.
• Spektral responsivitet for reference- og testcellen bestemmer sammen med kildespektret den spektrale mismatch-faktor (se afsnittet nedenfor). Det er ikke en fast egenskab ved en celletype, men afhænger af lagstruktur, indkapsling og aldringstilstand.

Den mest almindelige misforståelse i praksis er at sætte elektrisk lampeeffekt lig med optisk irradians. De to størrelser er ikke lineært koblet: en lampes elektro-optiske effektivitet ændrer sig med driftstid, ældning, filtertilstand og temperatur, så en nominelt konstant elektrisk effekt kan give en driftende optisk irradians. På samme måde er en eksponeringstid i sig selv ikke meningsfuld, hvis det ikke er klart, hvilken irradians den refererer til - en "eksponeringsvarighed" uden en tilhørende dosis- eller intensitetsangivelse er teknisk set ufuldstændig.

En anden almindelig fejl er at måle uden for det egentlige prøveplan. En måling ved lampeudgangen eller med en fast referencesensor uden for testfeltet beskriver kilden, ikke den faktiske bestråling af testobjektet; forskelle i optisk vejlængde, spredt lys og vignettering kan give afvigelser på flere procent, som ikke er synlige ved sensoren.

For det tredje bliver den formelle opfyldelse af en klassifikation ofte overvurderet. IEC 60904-9-klassifikationen bedømmer irradiansen i seks til tolv brede spektrale bånd; inden for et bånd er det ikke specificeret, hvor i intervallet den krævede intensitet reelt ligger. En LED-simulator kan derfor formelt opnå klasse A eller A+, selv om dens spektrum består af smalle toppe med spektrale mellemrum. Sammenlignende evalueringer viser reelle kommercielle systemer med en spektral dækning på kun 65 til 79 procent, samtidig med at de opnår en høj formel klassevurdering (IEC 60904-9:2020). For celler med en bred, kontinuerlig spektral følsomhed - f.eks. tyndfilm- eller multijunction-celler - er sådant et mellemrum teknisk mere relevant end for en referencecelle med snæver følsomhed.

For det fjerde er referencecelle-metoden, hvor simulatorens intensitet tilpasses en referencecelles kalibrerede kortslutningsstrøm, kun gyldig under begrænsende betingelser: den overføres kun korrekt til testcellen, hvis enten reference- og testcelle har identisk spektral følsomhed, eller simulatorens spektrum nøjagtigt matcher referencespektret. Ingen af disse er i praksis nogensinde fuldt ud opfyldt; den resulterende systematiske fejl kaldes spektral mismatch og skal korrigeres beregningsmæssigt, ikke kalibreres væk (ASTM E948).

For det femte er mange karakteristiske værdier kun gyldige under forudsætning af, at testobjektet og dets omgivelser er i termisk og elektrisk ligevægt. For pulserede xenon-simulatorer med blitzvarigheder i millisekundområdet er tiden ofte ikke tilstrækkelig til, at kapacitive effekter i storarealsmoduler eller den transiente, lysinducerede opførsel af ustabile materialer som perovskit kan indstille sig fuldstændigt - den målte kurve beskriver da en transient tilstand, ikke et stabilt driftspunkt.

En solcelles spektrale følsomhed er ikke en universel størrelse; den bestemmes af båndgabet, lagtykkelsen og de optiske tab i det pågældende absorbermateriale. Krystallinsk silicium absorberer nogenlunde mellem 400 og 1100 nanometer; de oprindelige spektrale intervaller i ASTM E927 og de tidlige udgaver af IEC 60904-9 var defineret præcist for dette område. Tyndfilmsteknologier som CdTe og CIGS har deres absorptionskant stadig inden for dette vindue, men de har fordel af det evalueringsområde, der blev udvidet til 300-1200 nanometer i 2020, da deres kortbølgede følsomhed derved indfanges bedre (IEC 60904-9:2020).

Selv det udvidede område er ikke tilstrækkeligt til perovskit-silicium-tandemceller og III-V-multijunctionceller: III-V-multijunctionceller har absorptionsbåndbredder på op til 1800 nanometer. Tandemceller tilføjer en strukturel særegenhed: subcellerne er forbundet i serie, så den subcelle med den laveste fotostrøm begrænser den samlede cellestrøm (strømmatchningsbetingelse). En spektral afvigelse i testkilden virker her ikke som en ensartet fejl over hele kurven, men forskyder, hvilken subcelle der bliver begrænsende - resultatet er en karakteristik, der svarer til en bestrålingssituation, som ikke forekommer under naturligt sollys. Derfor kræver karakterisering af tandemceller en spektral justering af simulatorspektret, hvor hver subcelle indstilles specifikt til den fotostrøm, den ville generere under referenceforhold (Chojniak et al., 2024).

Den spektrale mismatchfaktor M korrigerer den systematiske fejl, der opstår, når simulatorspektret, referencespektret og de spektrale følsomheder for reference- og testcellen afviger fra hinanden. Den er normativt defineret i ASTM E948 og 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 ]

Her er E_ref(λ) det spektrale referencespektrum (normalt AM1.5G), E_sim(λ) er solsimulatorens faktiske spektrum i prøveplanet, S_ref(λ) er referencecellens relative spektrale følsomhed, og S_t(λ) er testcellens relative spektrale følsomhed. Da det kun er de relative spektrale forløb, der indgår i ligningen, ophæver de absolutte kalibreringsfaktorer hinanden; kun kurveformen har betydning. Testcellens M-korrigerede kortslutningsstrøm under Standard Test Conditions fås ved at dividere den strøm, der måles under simulatoren, med M (ASTM E948).

Anvendeligheden kræver, at både simulatorspektret og begge cellers følsomheder er kendt med tilstrækkelig spektral opløsning over det relevante bølgelængdeområde; måleusikkerheder i den spektrale følsomhed indgår direkte i usikkerheden på M. Modellens grænser: for to celler med markant forskellig, især struktureret spektral følsomhed - f.eks. en tyndfilmcelle sammenlignet med en krystallinsk referencecelle - kan M afvige mærkbart fra 1 og er samtidig mere følsom over for små spektrale ændringer i kilden. En systematisk usikkerhedsanalyse har vist, at mismatchfaktorens kombinerede usikkerhed kan udledes af usikkerhederne i inputspektrene ved hjælp af Monte Carlo-simulering, og at den afhænger stærkt af, hvor korrelerede de enkelte usikkerhedsbidrag er spektralt: den udvidede usikkerhed for M lå, afhængigt af den forudsatte korrelationsgrad, mellem 0,06 og 1,26 procent (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M er ikke en fast instrumentkonstant, men skal bestemmes på ny for hver kombination af simulator, referencecelle og testcelle, og dens usikkerhed skal angives i kalibreringsresultatet.

Antagelser. En referencecelle af krystallinsk silicium med kendt spektral følsomhed anvendes til at indstille intensiteten af en klasse A-xenon-solsimulator. En CIGS-tyndfilmscelle skal testes; dens spektrale følsomhed er højere end siliciums i det kortbølgede område (400-600 nm) og lavere over 900 nm - et mønster, der er typisk for tyndfilmsteknologier og gentagne gange dokumenteret i litteraturen.

Model. M dannes ud fra de fire spektrale integraler i henhold til definitionen ovenfor.

Beregning (kvalitativ, baseret på offentliggjorte størrelsesordener). Hvis xenonspektret afviger fra AM1.5G-referencespektret med adskillige procent over 800 nm på grund af naturlige emissionslinjer, påvirker dette CIGS-testcellen stærkere end silicium-referencecellen, da deres relative vægtning er forskellig i dette spektrale område. Systematiske usikkerhedsstudier af referencecellekalibreringer har dokumenteret korrektionsfaktorer på et par procent, med spektralt følsomme usikkerhedsbidrag fra under en til et par procent, for spektralt uens cellepar (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Fortolkning. En ukorrigeret effektivitetsværdi kan derfor fremstå plausibel, samtidig med at den er systematisk for høj eller for lav, uden at dette er synligt i kurvens form. For pålidelige effektivitetstal er kombinationen af spektralt opløst simulatormåling med kendt cellefølsomhed derfor ikke en valgfri ekstra måling, men en del af selve kurvemålingen.

Den internationalt harmoniserede klassificering af solsimulatorer ifølge IEC 60904-9 (i Tyskland vedtaget som DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) vurderer tre karakteristiske værdier uafhængigt af hinanden, angivet i rækkefølgen spektral match - rumlig uensartethed - tidsmæssig instabilitet, for eksempel som "klasse AAA" eller "klasse A+A+A+":

Kilde: IEC 60904-9:2020.

2020-udgaven introducerede desuden to valgfrie målestørrelser, som endnu ikke anvendes til klassificering: spektral dækning (SPC) og spektral afvigelse (SPD). SPC angiver den andel af spektret mellem 300 og 1200 nm, hvor simulatorens irradians når mindst 10 procent af AM1.5G-referenceværdien; SPD summerer de absolutte spektrale fejl over hele intervallet. Begge målestørrelser blev introduceret, fordi den rene binklassificering - som beskrevet i det foregående afsnit - ikke pålideligt kan skelne LED-simulatorer med et spektrum med huller, men "belejligt placeret", fra dem, der faktisk reproducerer spektret kontinuerligt.

Klassetabellen i afsnittet ovenfor angiver den tilladte afvigelse, men ikke fra hvad. Her er det: AM1.5G-referencespektret er opdelt i seks intervaller, andelen af den samlede irradians er fastsat for hvert af dem, og klassen fastlægges af det værste af de seks forhold – ikke af deres gennemsnit. Kolonnerne til højre omregner procenttolerancerne til absolutte andele; klasse B (60-140 %) er udeladt af hensyn til læsbarheden.

Tre ting følger heraf, som en klassebetegnelse alene ikke afslører:

• Et enkelt interval afgør det. En simulator, der ligger på 95 procent i fem intervaller og på 130 i det sjette, er klasse B – ikke bedre end en, der ligger på 130 overalt. Klassen er et minimum, ikke en karakter.
• Under 400 nm bedømmes intet for A, B og C. Evalueringsområdet for disse tre klasser begynder ved 400 nm. En simulator kan være klasse A og alligevel levere alt for lidt eller alt for meget i UV-området – irrelevant for en I-V-måling på silicium, men ikke for udsagn om ældning, forgulning eller indkapsling. Kun A+ evaluerer fra 300 nm.
• Andelene summer til 100 procent. For meget i et interval betyder nødvendigvis for lidt i et andet. En LED-simulator kan derfor ikke forbedres ved at skrue op for enkelte kanaler – klassificeringen bedømmer spektrets form, ikke dets højde.

Andele iht. IEC 60904-9 for AM1.5G-referencespektret; det er den gældende udgave af standarden, der er afgørende.

En klasse A-solsimulator genskaber solspektret mellem 400 og 1100 nm – det område, hvor en silicium­celle genererer strøm. For en I-V-måling er det helt rigtigt. For spørgsmålet om, hvor længe modulet holder, er det derimod det forkerte bølgelængdeområde: gulfarvning af indkapslingsmaterialet, delaminering, afskalning af bagsiden og nedbrydning af kantforseglingen udløses af UV, og primært under 400 nm – hvor klassificeringen i A, B eller C overhovedet ikke kigger.

Modulstandarden skelner derfor mellem de to. IEC 61215 kræver UV-forkonditionering på 15 kWh/m² i området 280 til 400 nm, hvoraf mindst 5 kWh/m² mellem 280 og 320 nm, ved en modultemperatur på 60 ± 5 °C – før modulet overhovedet indgår i termisk cykling og fugt-frost-sekvensen. Ingen solsimulator frembringer denne forkonditionering; det gør et UV-testkammer med lamper bygget til formålet.

Det er præcis der, Opsytecs bestrålingskamre hører hjemme:

• BS-04 – stort UV-testkammer, der kan skiftes mellem UVA-351, UVB-313 og UVC. Skiftbarheden er netop pointen her: de 5 kWh/m² i UVB kan ikke nås med en ren UVA-lampe.
• BS-05 – UV-testkammer til ældning og fotostabilitet med høj uniformitet over prøveområdet. Da en dosis akkumuleres over uger, slår enhver uens fordeling direkte igennem på resultatet: 10 procents afvigelse over arealet er 10 procents forskel i dosis til sidst, ikke støj der udjævnes.

Begge kører dosiskontrolleret via UV-MAT – testen slutter ved en opnået dosis i kWh/m², ikke efter et bestemt antal dage. Det er forskellen mellem en test, der påviser den krævede værdi, og en, der blot anslår den: lamper ældes, og en irradians, der antages konstant over seks uger, er det ikke.

Celle- og modulproduktion. I industriel produktion sorterer flashtestere moduler i effektklasser baseret på deres ydeevne målt under simuleret bestråling. Det, der her er vigtigst, er frem for alt den tidslige stabilitet under den korte flashvarighed, da gennemstrømning og reproducerbarhed er direkte afhængige af flashens repeterbarhed.

Forskning og udvikling. Universitets- og institutionelle laboratorier - for eksempel ved udvikling af nye absorbermaterialer - har brug for spektralt flexible simulatorer, som ofte kører kontinuerligt, da nye cellekoncepter som perovskit-silicium-tandemceller skal karakteriseres under defineret stationært lys for at fange metastabile effekter. Den kritiske procesparameter er spektral indstillelighed til den respektive subcelle.

Akkrediterede kalibrerings- og certificeringslaboratorier. Producentuafhængig effektivitetsverifikation kræver sporbare referenceceller og en dokumenteret, spektralt opløst karakterisering af simulatorkilden. Den kritiske procesparameter er måleusikkerheden for spectral mismatch-faktoren, som skal angives i kalibreringscertifikatet.

Rumfotovoltaik. For satellit- og rumfartøjsceller er referencen ikke AM1.5G, men det ekstraterrestriske AM0-spektrum, med en irradians på ca. 1367 W/m² og en stærkere kortbølget komponent end AM1.5G's, da Jordens atmosfære ikke længere filtrerer spektret. Det afgørende her er spektral match i UV- og blåt område.

Koncentrator-fotovoltaik (CPV). Systemer, der optisk koncentrerer sollys, kræver simulatorer med høj irradians, fra flere hundrede til flere tusinde "sole". Den kritiske procesparameter er ensartetheden af den stærkt fokuserede lysplet, da uhomogeniteter ved høj koncentration i uforholdsmæssig grad omsættes til lokale termiske og elektriske effekter.

Materialeældning og indkapsling. Ved siden af elektrisk ydeevnetest findes den accelererede ældningstest af indkapslingsfilm, klæbemidler, backsheet-materialer og antireflekscoatinger under UV-bestråling. Her er det ikke det elektriske udbytte, men den fotokemiske effekt, der betyder noget - se den dybere baggrund om UV-ældning, farveægthed og fotostabilitet for mere.

Tandem- og multijunction-solceller kræver multikildesimulatorer med typisk adskillige dusin uafhængigt styrbare spektrale kanaler. Et system bygget ved Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE til perovskit-silicium-tandemmoduler kombinerer 28 spektralt justerbare lyskanaler fordelt på 40 lyskilder med i alt 18.400 LED'er, der spænder over et bølgelængdeområde fra 320 til 1650 nanometer, og gør det desuden muligt at simulere forskellige tidspunkter på dagen og lokationsspektre (Fraunhofer ISE, 2023).

Bifaciale moduler kræver kontrolleret bestråling af både for- og bagsiden, da det ekstra udbytte fra bagsiden i felten afhænger af diffus og reflekteret stråling. Den tekniske specifikation IEC TS 60904-1-2 beskriver procedurer til måling af karakteristikkurver for bifaciale celler og moduler under både naturlig og simuleret bestråling.

Ustabile materialer (perovskit). Klassiske blitzsimulatorer fra silicium-produktion kan ikke uden videre anvendes til perovskitbaserede celler, da den korte blitzvarighed ikke er tilstrækkelig til at indfange denne materialeklasses lysinducerede, metastabile adfærd. Karakterisering under kontinuerlig belysning med stabiliseret effektmåling over en defineret periode er nødvendig - en procedure aftalt af et internationalt forskningskonsortium anbefaler blandt andet lysintensiteter på 800 til 1000 W/m² med dokumenterede spektrale egenskaber for kilden (Khenkin et al., 2020).

Koncentreret bestråling. Til CPV-systemer anvendes kontinuerlige xenonsimulatorer med homogeniseringsstav og kollimationsoptik, eller pulserede high-flux-opstillinger, der kortvarigt producerer flere hundrede sole uden termisk at overbelaste testobjektet.

Udgangspunktet for enhver karakterisering af en solsimulator er spørgsmålet om, hvilken målestørrelse der reelt er meningsfuld for den givne anvendelse - ikke hvilket instrument der tilfældigvis er til rådighed. Til ren intensitetsovervågning i den daglige produktion er en bredbåndet radiometrisk måling med en kalibreret silicium- eller termopilesensor i prøveplanet ofte tilstrækkelig, forudsat at kildens spektrum er kendt og stabilt. Så snart en solsimulator idriftsættes for første gang, kvalificeres på ny efter et lampeskift eller anvendes til certificering, bliver en spektralt opløsende måling nødvendig, fordi det kun er den, der gør det muligt at klassificere efter IEC 60904-9 og bestemme spectral mismatch-faktoren.

Rumlige målinger bliver nødvendige, så snart testarealet er stort i forhold til kildens uniformitetszone - for eksempel for hele moduler i stedet for enkelte celler; standarden kræver en rastermåling på et minimumsantal af definerede positioner. Tidsopløste målinger er uundgåelige for pulserende kilder eller kilder, der afhænger af en termisk opstartsfase, da intensiteten - og til tider spektret - kan ændre sig inden for målevinduet.

I automatiserede produktionslinjer er solsimulatoren normalt en del af en inline-flashtester, der tester hvert modul med en kort lyspuls efter laminering og automatisk sorterer det i effektklasser baseret på den målte kurve. Teknisk set er det mindre den rene netværksforbindelse, der er afgørende, end behovet for at overvåge kildens spektrale og intensitetsrelaterede stabilitet over tusinder af testcyklusser: lampealdring, forurening af optiske elementer og termisk drift ændrer gradvist den effektive irradians, uden at dette er synligt på udstyrets ydre.

Produktionsorienterede overvågningskoncepter kombinerer derfor en komplet spektral referencemåling med længere mellemrum med en kontinuerlig, bredbåndet kontrolmåling ved et fastlagt bølgelængdeområde mellem de fulde kalibreringscyklusser. På den måde kan et gradvist spektralt skift opdages tidligt, uden at man skal gennemføre en komplet, tidskrævende spektral måling ved hver enkelt testcyklus. Ved at integrere sådanne kontrolmålinger i anlæggets styringssystem bliver det muligt automatisk at registrere afvigelser fra et gemt referencespektrum, før de viser sig som forkert klassificerede moduler.

For hver af disse målinger skal måleusikkerheden vurderes explicit: den omfatter sensorens kalibreringsusikkerhed, sensorens egen spektrale mismatch i forhold til referencespektret og - for afledte effektivitetsværdier - usikkerheden på mismatch-faktoren. Metrologisk sporbarhed for det anvendte instrumentarium til nationale eller internationale standarder er en forudsætning for, at forskellige laboratorier overhovedet kan rapportere sammenlignelige værdier.

Følgende publikation udvikler en metode til præcis justering af spektret for LED-baserede multikildesimulatorer specifikt til tandem-solceller og er derfor direkte relevant for måleteknikken til perovskit-silicium-moduler:

"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.

Dette arbejde undersøger systematisk, hvordan usikkerheden af den spektrale mismatch-faktor kan beregnes ud fra usikkerhederne i de involverede spektre ved hjælp af Monte Carlo-metoder, og giver dermed et kvantitativt grundlag for usikkerhedsbudgetter ved kalibrering:

"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.

Følgende, hyppigt citerede grundlæggende arbejde var den første systematiske behandling af usikkerheden ved den spektrale mismatch-faktor under Standard Test Conditions og er stadig i dag en metodisk reference for kalibreringslaboratorier:

"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.

Dette internationalt aftalte positionspapir definerer måle- og rapporteringsprotokoller for stabilitetstest af perovskit-solceller og understøtter blandt andet behovet for kontinuerlig, spektralt dokumenteret belysning i stedet for korte blitzmålinger:

"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.

Fotovoltaik viser sig også i flere facetter i vores egne kundepublikationer - fra UV-ældning af modulindkapsling, over UV-processering af cellelag, til test af solarrays til rumfartsbrug.

Sammenligner fire indkapslingsmaterialer til fotovoltaiske moduler under UV-bestråling i Atacama-ørkenen - et af verdens mest UV-intensive testfelter for modulældning.
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.

Undersøger, hvordan UV-induceret nedbrydning udvikler sig ved de passiverede kontakter i silicium-heterojunction-celler - en af de celleteknologier, denne side eksplicit betegner som en spektralt distinkt klasse.
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).

Anvender UV-LED-bestråling målrettet til lagselektiv annealing af perovskit-solceller og bestemmer den nødvendige krystallisationsenergi - et eksempel på UV som produktionsredskab, ikke kun som testmetode.
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.

Udvikler en dedikeret opsætning med høj irradians til præcist styret, accelereret fotonedbrydning af organiske solceller - metodisk relateret til de high-flux solsimulatorer til koncentrator-fotovoltaik, der beskrives på denne side.
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.

Tester materialer til solarrays fra ESA's BepiColombo-mission under høj intensitet og høj temperatur - et praktisk eksempel på rumfotovoltaik som beskrevet i denne sides afsnit om anvendelsesområder.
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.

Yderligere arbejde fra relaterede emneområder er samlet i publikationer af kunder, sorteret efter emne.

Publikationssøgeren viser alle publikationer om fotovoltaik, vi kender til - søgbare efter enhed, felt og søgeord.

• IEC 60904-9:2020, Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements (national: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); desuden IEC TS 60904-1-2:2024 (bifaciale moduler) og ASTM E927-19 / ASTM G173-03.
• International Energy Agency (IEA): Global Energy Review 2026 - Technology: Solar PV and wind, 2026. https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2026/technology-solar-pv-and-wind
• Khenkin, M. V.; Katz, E. A.; Abate, A. et al.: Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures, Nature Energy 5(1), 35-49, 2020. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5
• Chojniak, D.; Schachtner, M.; Reichmuth, S. K. et al.: A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators, Progress in Photovoltaics 32(6), 372-389, 2024. https://doi.org/10.1002/pip.3776
• Hohl-Ebinger, J.; Warta, W.: Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices, Progress in Photovoltaics 19(5), 573-579, 2011. https://doi.org/10.1002/pip.1059
• Maham, K.; Kärhä, P.; Ikonen, E.: Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation, IEEE Journal of Photovoltaics 13(6), 899-904, 2023. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2023.3311890

Hvordan fungerer en solsimulator i fotovoltaik?
En solsimulator genskaber solens spektrale irradians under definerede referencebetingelser (normalt AM1.5G, 1000 W/m², 25 °C celletemperatur). En lyskilde justeres via optik, filtre eller - i LED-systemer - elektronisk kanalstyring, så spektrum, rumlig fordeling og tidsforløb for irradiansen holder sig inden for de grænser, standarden fastsætter.

Hvilket bølgelængdeområde eller spektrum er velegnet til fotovoltaisk testning?
AM1.5G er standarden for terrestriske anvendelser, AM0 for rumfartsanvendelser. Det relevante bølgelængdeområde afhænger af celletypen: 400-1100 nm for klassisk silicium, 300-1200 nm for tyndfilm- og moderne siliciumceller, op til 1800 nm for III-V-multijunctionceller.

Hvilken irradians kræves til Standard Test Conditions?
Standard Test Conditions (STC) angiver 1000 W/m² AM1.5G-irradians ved 25 °C celletemperatur. Disse tre størrelser - spektrum, intensitet, temperatur - skal alle opfyldes samtidigt; mangler blot en af de tre, bliver et måleresultat ikke sammenligneligt med andre målinger.

Hvad er forskellen mellem klasse AAA og klasse A+A+A+?
Begge betegner den højeste, eller en udvidet, klassificering under IEC 60904-9. Klasse AAA opfylder klasse A i alle tre kriterier (spektrum, uniformitet, stabilitet). Klasse A+ blev introduceret i 2020, kræver tolerancer, der er dobbelt så snævre som klasse A, og skal påvises over et udvidet spektralområde på 300-1200 nm.

Hvorfor giver en solsimulator forkerte måleværdier trods nominelt tilstrækkelig lampeeffekt?
Elektrisk lampeeffekt og optisk irradians i prøveplanet er ikke lineært koblet; ældning, filtertilstand og temperatur ændrer den elektro-optiske effektivitet. Desuden kan der forekomme en spektral mismatchfejl, når kildespektret og cellens responsivitet afviger fra referencetilfældet - denne fejl er uafhængig af intensitet og skal korrigeres beregningsmæssigt. Den generelle udledning - fra elektrisk effekt via elektro-optisk effektivitet til målestørrelsen på virkningspunktet - findes under radiometriske størrelser.

Hvordan måles en solsimulators spektrale irradians?
Den spektrale karakterisering udføres med et kalibreret spektroradiometer i prøveplanet, suppleret med en rastermåling over testarealet for at bestemme den rumlige uniformitet, og for pulsede kilder en tidsopløst måling under blitzvarigheden.

Hvilken simulatorteknologi er velegnet til tandemsolceller?
Perovskit-silicium-tandem- og multijunctionsolceller kræver multikilde-LED-simulatorer med uafhængigt styrbare spektrale kanaler, da hver delcelle skal justeres individuelt til sin referencefotostrøm. Klassiske enkelt- eller dobbeltlampe-xenonsystemer kan generelt ikke opfylde dette krav.

Hvorfor er et snapshot fra en blitztester ikke tilstrækkeligt til perovskitceller?
Perovskitmaterialer udviser metastabil, lysinduceret adfærd, der først stabiliseres efter flere sekunders til minutters kontinuerlig belysning. En blitz i millisekundområdet fanger kun en transient tilstand; aftalte testprotokoller kræver derfor en tidsopløst effektmåling under steady-state-belysning.

Kontrolleret reproduktion af sollys er nødvendig på flere områder: lys- og displaymåling deler spektroradiometri og kalibreringskæden, elektronik- og halvlederfremstilling leverer de processer, cellerne stammer fra, og fotokatalytisk brintproduktion arbejder med de samme AM1.5-betingelser for at gøre effektivitet sammenlignelig. Det fulde billede findes i oversigten UV-anvendelser.

En nominel klasseangivelse siger kun lidt om, hvor stabil og spektralt uniform en solsimulator faktisk er under løbende drift. Alle, der har brug for pålidelige effektivitetstal for celler, moduler eller nye materialeklasser, kan ikke komme uden om en spektralt opløst karakterisering i prøveplanet - og metrologisk sporbar kalibrering af det instrumentering, der bruges til dette. Til spektral karakterisering af solsimulatorer og global irradians er SR900 tilgængelig; til løbende overvågning af et fast bølgelængdeområde mellem fulde kalibreringscyklusser en RMD Pro; og til kontrolleret UV-eksponeringstestning af indkapslingsmaterialer, bestrålingskamre med dosiskontrolleret drift via UV-MAT. Kontakt os om dit testbehov.