Simulatori solari nel fotovoltaico: fondamenti e tecnica di misura

Una cella solare non è un misuratore di luce universale, bensì un convertitore spettralmente selettivo: essa non risponde a quanta radiazione la colpisce, ma a quale radiazione. Un simulatore solare deve quindi produrre più di una semplice irradianza totale di 1000 W/m² - deve riprodurre una distribuzione spettrale sufficientemente vicina allo spettro di riferimento standardizzato AM1.5G. La sfida centrale è che le deviazioni si verificano lungo tre dimensioni indipendenti - corrispondenza spettrale, uniformità spaziale e stabilità temporale - che non si compensano a vicenda. Solo la classificazione standardizzata di queste tre grandezze secondo la IEC 60904-9 rende le misurazioni di efficienza su celle e moduli solari comparabili tra laboratori, produttori ed enti di certificazione.

Nel 2025 il fotovoltaico è diventato per la prima volta la tecnologia di generazione elettrica più installata al mondo: le nuove installazioni globali hanno superato per la prima volta i 600 gigawatt, la capacità cumulativa ha raggiunto circa 2.800 gigawatt e l'energia solare ha rappresentato più di tre quarti della nuova capacità di generazione rinnovabile mondiale, secondo il Global Energy Review 2026 dell'International Energy Agency (IEA, 2026). Per la tecnologia di prova e misura, l'aspetto rilevante non è il volume, bensì la diversificazione tecnologica che vi sta dietro: accanto al silicio cristallino si stanno affermando celle a eterogiunzione, sistemi a film sottile basati su CdTe e CIGS e celle tandem perovskite-silicio, insieme a una quota crescente di moduli bifacciali.

La conseguenza tecnica segue una catena chiara: la crescente varietà di moduli e le maggiori efficienze delle celle aumentano la sensibilità dei risultati di prova alle deviazioni spettrali della sorgente di prova. Ogni ulteriore classe di materiali - film sottile, bifacciale, tandem - porta con sé la propria curva di responsività spettrale, il che restringe di fatto il margine di errore che un simulatore solare può permettersi rispetto alle più semplici celle in silicio monocristallino degli anni 1980, per le quali erano state concepite le norme originali.

Cinque sviluppi stanno modificando il compito di misura nella simulazione solare:

• Transizione dalle lampade a scarica di gas alla tecnologia LED. I simulatori a LED stanno sostituendo sempre più i sistemi allo xeno e agli alogenuri metallici, poiché offrono durate di vita più lunghe, minore manutenzione e una modellazione spettrale regolabile per via elettrica anziché ottica. Il risultato è uno spostamento del focus delle prove dall'ottica a filtri verso il controllo elettronico dei canali e la taratura spettrale, basata su software, dei singoli gruppi di LED.
• Introduzione della classe A+ e di metriche spettrali opzionali. La IEC 60904-9:2020 ha raddoppiato il rigore di valutazione e ha introdotto SPC/SPD, uno strumento che contrasta in modo specifico la soddisfacibilità formale della classificazione per bin da parte di spettri LED con lacune. Ciò comporta un crescente onere di documentazione per i costruttori di apparecchiature, che dovranno indicare in modo trasparente non solo una designazione di classe, ma sempre più anche valori di copertura e di deviazione.
• Sistemi multi-sorgente per le tecnologie tandem. Con l'ingresso sul mercato dei moduli tandem perovskite-silicio stanno emergendo simulatori con diverse decine di canali spettrali controllabili in modo indipendente e con intervalli di lunghezza d'onda estesi oltre i 1600 nanometri. Ciò crea un accoppiamento più stretto tra la taratura del simulatore e la caratterizzazione delle celle, poiché l'impostazione spettrale deve essere determinata singolarmente per ciascuna sottocella.
• Procedure di prova bifacciali. La specifica tecnica IEC TS 60904-1-2 formalizza le procedure per la misura di moduli bifacciali sotto irraggiamento simulato e naturale. Ciò comporta un fabbisogno aggiuntivo di sensori per l'irraggiamento sul lato posteriore e una crescente necessità di banchi di prova in grado di illuminare in modo controllato entrambi i lati del modulo contemporaneamente.
• Protocolli di potenza stabilizzata per materiali instabili. Per la perovskite e altre tecnologie di celle metastabili si stanno affermando protocolli di prova condivisi con illuminazione continua e stabilizzazione della potenza risolta nel tempo. La conseguenza è un allontanamento dalla pura istantanea della classica misura a flash verso una curva di potenza documentata su minuti fino a ore.

Dimensioni di mercato, tassi di crescita e fonti relativi a questo campo di applicazione sono riassunti nella pagina Sviluppo del mercato della tecnologia UV.

Un simulatore solare produce luce artificiale che riproduce l'irradianza spettrale della luce solare naturale in condizioni atmosferiche definite. La grandezza di riferimento è lo spettro AM1.5G (Air Mass 1.5, Global), uno spettro derivato per via computazionale da un modello atmosferico che rappresenta le latitudini dall'Europa centrale al Nord America con un angolo zenitale solare di 48,2° e normalizzato a un'irradianza integrata di 1000,4 W/m² (ASTM G173-03). Una fonte luminosa - solitamente una lampada a scarica di gas o una combinazione di molti LED - viene modellata tramite ottiche, filtri ed elettronica di controllo affinché intensità, spettro e uniformità nel piano del campione si avvicinino quanto più possibile a questo spettro di riferimento.

Dal punto di vista fisico, ciò che conta è che una cella solare non integra essa stessa l'irradianza, ma il prodotto dell'irradianza spettrale e della responsività spettrale della cella, dipendente dalla lunghezza d'onda. Due fonti luminose con la stessa irradianza totale ma spettri diversi producono fotocorrenti diverse sulla stessa cella. Un simulatore solare non viene pertanto tarato all'uscita della lampada, ma nel piano del campione, utilizzando una cella solare di riferimento tarata in modo riferibile o uno spettroradiometro.

Le lampade a scarica di gas hanno storicamente dominato perché, quando fu redatta la prima norma rilevante ASTM E927 (1979), erano le uniche sorgenti disponibili con uno spettro a banda larga sufficientemente simile a quello solare (ASTM E927-19). Da circa due decenni, i sistemi basati su LED si sono affermati sempre di più e stanno ora soppiantando la tradizionale tecnologia allo xeno nelle linee di produzione e nei laboratori.

Grazie alle loro caratteristiche native a banda larga, le lampade allo xeno restano diffuse nella produzione di moduli su larga area, ma richiedono una regolare ritaratura tramite filtraggio spettrale, poiché le loro righe di emissione, in particolare sopra gli 800 nm, peggiorano la classificazione (IEC 60904-9:2020). In misurazioni comparative delle curve corrente-tensione di moduli PV, i sistemi LED hanno mostrato prestazioni almeno equivalenti, e in termini di stabilità e flessibilità spettrale a volte superiori, rispetto alle sorgenti allo xeno (Chojniak et al., 2024).

Un simulatore solare non viene valutato in base a un singolo valore, ma in base a diverse grandezze fisiche reciprocamente indipendenti:

• Corrispondenza spettrale descrive quanto bene l'irradianza del simulatore in intervalli di lunghezza d'onda definiti coincida con lo spettro di riferimento AM1.5G. È determinante perché la fotocorrente misurata di una cella dipende dall'integrale di sovrapposizione tra lo spettro della sorgente e la responsività della cella, non dalla potenza totale della sorgente.
• La non uniformità spaziale quantifica la variazione dell'irradianza sull'area di prova. Riguarda soprattutto moduli di grandi dimensioni e stringhe di celle collegate in serie, poiché la sottoarea illuminata più debolmente può limitare la corrente totale.
• L'instabilità temporale registra le variazioni dell'irradianza durante la misurazione. Per i simulatori pulsati è particolarmente critica, poiché lo spettro e l'intensità della lampada continuano a variare durante la salita e la discesa del tubo flash.
• L'irradianza totale deve essere impostata sul valore di riferimento di 1000 W/m², poiché la curva caratteristica di una cella solare dipende in modo non lineare dall'irradianza; una deviazione non influisce in modo proporzionale su tutti i parametri della curva.
• La temperatura della cella è fissata come terza coordinata delle Condizioni di Prova Standard (STC), insieme allo spettro e all'intensità (25 °C). L'efficienza delle celle in silicio cristallino diminuisce tipicamente di 0,3 a 0,5 punti percentuali per ogni kelvin di aumento della temperatura, per cui un controllo termico inadeguato falsa i risultati della misurazione senza che ciò sia visibile nello spettro.
• La responsività spettrale della cella di riferimento e della cella in prova, insieme allo spettro della sorgente, determina il fattore di mismatch spettrale (vedere la sezione seguente). Non è una proprietà fissa di un tipo di cella, ma dipende dalla struttura degli strati, dall'incapsulamento e dallo stato di invecchiamento.

L'errore concettuale più comune nella pratica è equiparare la potenza elettrica della lampada all'irradianza ottica. Le due grandezze non sono legate linearmente: l'efficienza elettro-ottica di una lampada varia con il tempo di funzionamento, l'invecchiamento, le condizioni del filtro e la temperatura, per cui una potenza elettrica nominalmente costante può produrre un'irradianza ottica in deriva. Allo stesso modo, un tempo di esposizione da solo non è significativo se non è chiaro a quale irradianza si riferisce - una "durata di esposizione" senza un valore di dose o intensità corrispondente è tecnicamente incompleta.

Un secondo errore comune è misurare fuori dal piano effettivo del campione. Una lettura all'uscita della lampada o con un sensore di riferimento fisso posto fuori dal campo di prova descrive la fonte, non l'irraggiamento effettivo del dispositivo sotto test; differenze nel percorso ottico, luce diffusa e vignettatura possono causare deviazioni di diversi punti percentuali che non sono visibili al sensore.

Terzo, il soddisfacimento formale apparente di una classificazione viene spesso sovrastimato. La classificazione IEC 60904-9 valuta l'irradianza in sei a dodici ampie fasce spettrali; all'interno di una fascia non è specificato in quale punto dell'intervallo si trovi effettivamente l'intensità richiesta. Un simulatore a LED può quindi raggiungere formalmente la classe A o A+ anche se il suo spettro è costituito da picchi stretti separati da lacune spettrali. Valutazioni comparative mostrano sistemi commerciali reali con una copertura spettrale di solo 65 a 79 percento, pur raggiungendo simultaneamente una classificazione formale elevata (IEC 60904-9:2020). Per celle con una responsività spettrale ampia e continua - ad esempio celle a film sottile o multi-giunzione - tale lacuna è tecnicamente più rilevante che per una cella di riferimento con sensibilità ristretta.

Quarto, il metodo della cella di riferimento, in cui l'intensità del simulatore viene adattata alla corrente di corto circuito tarata di una cella di riferimento, è valido solo in condizioni restrittive: si trasferisce correttamente alla cella in prova solo se la cella di riferimento e quella in prova hanno responsività spettrale identica, oppure lo spettro del simulatore corrisponde esattamente allo spettro di riferimento. Nessuna delle due condizioni è mai completamente soddisfatta nella pratica; l'errore sistematico risultante è chiamato mismatch spettrale e deve essere corretto per calcolo, non eliminato con la taratura (ASTM E948).

Quinto, molti valori caratteristici sono validi solo sotto l'ipotesi che il dispositivo sotto test e il suo ambiente si trovino in equilibrio termico ed elettrico. Per simulatori a xeno pulsati con durate del flash nell'ordine dei millisecondi, il tempo spesso non è sufficiente affinché gli effetti capacitivi in moduli di grande superficie, oppure il comportamento transitorio fotoindotto di materiali instabili come la perovskite, si stabilizzino completamente - la curva misurata descrive quindi uno stato transitorio, non un punto di funzionamento stazionario.

La responsività spettrale di una cella solare non è una grandezza universale; essa è determinata dal band gap, dallo spessore dello strato e dalle perdite ottiche del rispettivo materiale assorbente. Il silicio cristallino assorbe all'incirca tra 400 e 1100 nanometri; gli intervalli spettrali originali della ASTM E927 e delle prime edizioni della IEC 60904-9 sono stati definiti esattamente per questo intervallo. Le tecnologie a film sottile come CdTe e CIGS presentano il proprio bordo di assorbimento ancora entro questa finestra, ma traggono beneficio dall'intervallo di valutazione esteso a 300-1200 nanometri nel 2020, poiché la loro responsività alle lunghezze d'onda corte viene rilevata meglio in tale intervallo (IEC 60904-9:2020).

Anche l'intervallo esteso non è sufficiente per le celle tandem perovskite-silicio e le celle multigiunzione III-V: le celle multigiunzione III-V presentano larghezze di banda di assorbimento fino a 1800 nanometri. Le celle tandem aggiungono una particolarità strutturale: le sottocelle sono collegate in serie, quindi la sottocella con la fotocorrente più bassa limita la corrente totale della cella (condizione di current-matching). Una deviazione spettrale della sorgente di prova non agisce qui come un errore uniforme sull'intera curva, ma sposta quale sottocella diventa limitante - il risultato è una curva caratteristica corrispondente a una situazione di irraggiamento che non si verifica sotto la luce solare naturale. Per questo motivo, la caratterizzazione delle celle tandem richiede un adattamento spettrale dello spettro del simulatore in cui ogni sottocella viene regolata specificamente sulla fotocorrente che genererebbe in condizioni di riferimento (Chojniak et al., 2024).

Il fattore di mismatch spettrale M corregge l'errore sistematico che si verifica quando lo spettro del simulatore, lo spettro di riferimento e le responsività spettrali della cella di riferimento e della cella in prova divergono tra loro. È definito normativamente nella ASTM E948 e nella 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 ]

Qui E_ref(λ) è lo spettro di riferimento spettrale (solitamente AM1.5G), E_sim(λ) è lo spettro effettivo del simulatore solare nel piano del campione, S_ref(λ) è la responsività spettrale relativa della cella di riferimento, e S_t(λ) è la responsività spettrale relativa della cella in prova. Poiché nell'equazione entrano solo le forme spettrali relative, i fattori di taratura assoluti si annullano; conta solo la forma della curva. La corrente di corto circuito della cella in prova corretta con M, in Condizioni di Prova Standard, si ottiene dividendo la corrente misurata sotto il simulatore per M (ASTM E948).

L'applicabilità richiede che sia lo spettro del simulatore sia le responsività di entrambe le celle siano note con risoluzione spettrale sufficiente nell'intervallo di lunghezze d'onda rilevante; le incertezze di misura nella responsività spettrale si ripercuotono direttamente sull'incertezza di M. Limiti del modello: per due celle con responsività spettrale molto differente, in particolare strutturata - ad esempio una cella a film sottile rispetto a una cella di riferimento cristallina - M può deviare in modo apprezzabile da 1 ed è al contempo più sensibile a piccole variazioni spettrali della sorgente. Un'analisi sistematica dell'incertezza ha mostrato che l'incertezza combinata del fattore di mismatch può essere derivata dalle incertezze degli spettri in ingresso mediante simulazione Monte Carlo, e dipende fortemente da quanto siano correlati spettralmente i singoli contributi di incertezza: l'incertezza estesa di M variava, in funzione del grado di correlazione assunto, tra 0,06 e 1,26 percento (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M non è una costante fissa dello strumento, ma deve essere determinato nuovamente per ogni combinazione di simulatore, cella di riferimento e cella in prova, e la sua incertezza deve essere indicata nel risultato di taratura.

Ipotesi. Una cella di riferimento in silicio cristallino con responsività spettrale nota viene utilizzata per impostare l'intensità di un simulatore solare allo xeno di classe A. Deve essere testata una cella a film sottile CIGS; la sua responsività spettrale è superiore a quella del silicio nell'intervallo delle lunghezze d'onda corte (400–600 nm) e inferiore sopra i 900 nm - uno schema tipico delle tecnologie a film sottile e ripetutamente documentato in letteratura.

Modello. M è formato dai quattro integrali spettrali secondo la definizione sopra riportata.

Calcolo (qualitativo, basato su ordini di grandezza pubblicati). Se lo spettro dello xeno devia dallo spettro di riferimento AM1.5G di alcuni punti percentuali sopra gli 800 nm a causa delle righe di emissione native, questo influisce sulla cella di test CIGS in misura maggiore rispetto alla cella di riferimento in silicio, poiché la loro ponderazione relativa differisce in questa regione spettrale. Studi sistematici sull'incertezza delle tarature di celle di riferimento hanno documentato fattori di correzione di alcuni punti percentuali, con contributi di incertezza sensibili allo spettro che vanno da meno dell'uno a diversi punti percentuali, per coppie di celle spettralmente dissimili (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Interpretazione. Un valore di efficienza non corretto può quindi apparire plausibile pur essendo sistematicamente troppo alto o troppo basso, senza che ciò sia visibile nella forma della curva. Per ottenere valori di efficienza attendibili, la combinazione della misurazione del simulatore risolta spettralmente con la responsività nota della cella non è quindi una misurazione opzionale aggiuntiva, ma parte della misurazione effettiva della curva.

La classificazione internazionalmente armonizzata dei simulatori solari secondo IEC 60904-9 (recepita in Germania come DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) valuta tre valori caratteristici indipendentemente l'uno dall'altro, indicati nell'ordine corrispondenza spettrale - non uniformità spaziale - instabilità temporale, ad esempio come "classe AAA" o "classe A+A+A+":

Fonte: IEC 60904-9:2020.

L'edizione 2020 ha inoltre introdotto due metriche opzionali, non ancora utilizzate per la classificazione: la copertura spettrale (SPC) e la deviazione spettrale (SPD). La SPC indica la quota dello spettro tra 300 e 1200 nm in cui l'irradianza del simulatore raggiunge almeno il 10 percento del valore di riferimento AM1.5G; la SPD somma gli errori spettrali assoluti sull'intero intervallo. Entrambe le metriche sono state introdotte perché la pura classificazione a intervalli - come descritto nella sezione precedente - non distingue in modo affidabile i simulatori LED con uno spettro discontinuo ma "convenientemente posizionato" da quelli che riproducono effettivamente lo spettro in modo continuo.

La tabella delle classi nella sezione precedente indica la deviazione consentita ma non rispetto a cosa. Eccola: lo spettro di riferimento AM1.5G è diviso in sei intervalli, la quota dell'irradianza totale è fissata per ciascuno, e la classe deriva dal peggiore dei sei rapporti – non dalla loro media. Le colonne a destra convertono le tolleranze percentuali in quote assolute; la classe B (60–140 %) è omessa per leggibilità.

Ne derivano tre aspetti che una classificazione da sola non rivela:

• Decide un singolo intervallo. Un simulatore che si trova al 95 percento in cinque intervalli e al 130 nel sesto è classe B – non migliore di uno che è ovunque al 130. La classe è un minimo, non un voto.
• Al di sotto di 400 nm nulla viene valutato per A, B e C. L'intervallo di valutazione di queste tre classi inizia a 400 nm. Un simulatore può essere classe A ed erogare troppo poco o troppo nell'UV – irrilevante per una misura I-V sul silicio, ma non per qualsiasi affermazione su invecchiamento, ingiallimento o incapsulamento. Solo A+ valuta a partire da 300 nm.
• Le quote si somme al 100 percento. Troppo in un intervallo comporta necessariamente troppo poco in un altro. Un simulatore a LED non può quindi essere migliorato aumentando singoli canali – la classificazione valuta la forma dello spettro, non la sua altezza.

Quote secondo IEC 60904-9 per lo spettro di riferimento AM1.5G; fa fede l'edizione attuale della norma.

Un simulatore solare di classe A riproduce lo spettro solare tra 400 e 1100 nm – l'intervallo in cui una cella al silicio genera corrente. Per una misura I-V questo è esattamente corretto. Per la domanda su quanto duri il modulo è invece l'intervallo di lunghezza d'onda sbagliato: l'ingiallimento dell'incapsulante, la delaminazione, lo sfarinamento del backsheet e il degrado della guarnizione del bordo sono innescati dai UV, e prevalentemente sotto i 400 nm – ambito in cui la classificazione in A, B o C non guarda affatto.

Per questo la norma sul modulo separa le due cose. La IEC 61215 richiede un precondizionamento UV di 15 kWh/m² nell'intervallo 280–400 nm, di cui almeno 5 kWh/m² tra 280 e 320 nm, a una temperatura del modulo di 60 ± 5 °C – prima ancora che il modulo entri nella sequenza di ciclo termico e umidità-gelo. Nessun simulatore solare produce questo precondizionamento; una camera di test UV con lampade costruite appositamente sì.

È esattamente qui che si posizionano le camere di irraggiamento Opsytec:

• BS-04 – ampia camera di test UV, commutabile tra UVA-351, UVB-313 e UVC. La commutabilità è qui il punto chiave: i 5 kWh/m² in UVB non possono essere raggiunti con una lampada solo UVA.
• BS-05 – camera di test UV per invecchiamento e fotostabilità con elevata uniformità sull'area del campione. Poiché una dose si accumula nell'arco di settimane, qualsiasi non uniformità si trasferisce direttamente nel risultato: una deviazione del 10 percento sull'area è una differenza del 10 percento nella dose alla fine, non un rumore che si media.

Entrambe operano a controllo della dose tramite UV-MAT – il test termina al raggiungimento di una dose in kWh/m², non dopo un numero di giorni. Questa è la differenza tra un test che dimostra il valore richiesto e uno che lo stima: le lampade invecchiano, e un'irradianza ritenuta costante per sei settimane non lo è.

Produzione di celle e moduli. Nella produzione industriale, i flash tester classificano i moduli in classi di potenza in base alle prestazioni misurate sotto irraggiamento simulato. Ciò che conta qui è soprattutto la stabilità temporale durante la breve durata del flash, poiché la produttività e la riproducibilità dipendono direttamente dalla ripetibilità del flash.

Ricerca e sviluppo. I laboratori universitari e istituzionali - ad esempio nello sviluppo di nuovi materiali assorbenti - necessitano di simulatori spettralmente flessibili che spesso funzionano in continuo, poiché nuovi concetti di celle come i tandem perovskite-silicio devono essere caratterizzati sotto luce stazionaria definita per catturare gli effetti metastabili. Il parametro di processo critico è la sintonizzabilità spettrale rispetto alla relativa sottocella.

Laboratori di taratura e certificazione accreditati. La verifica dell'efficienza indipendente dal produttore richiede celle di riferimento riferibili e una caratterizzazione documentata e spettralmente risolta della fonte del simulatore. Il parametro di processo critico è l'incertezza di misura del fattore di mismatch spettrale, che deve essere indicata nel certificato di taratura.

Fotovoltaico spaziale. Per le celle destinate a satelliti e veicoli spaziali, il riferimento non è l'AM1.5G ma lo spettro extraterrestre AM0, con un'irradianza di circa 1367 W/m² e una componente nelle lunghezze d'onda corte più forte rispetto all'AM1.5G, poiché l'atmosfera terrestre non filtra più lo spettro. Ciò che è decisivo qui è la corrispondenza spettrale nell'intervallo UV e blu.

Fotovoltaico a concentrazione (CPV). I sistemi che concentrano otticamente la luce solare richiedono simulatori con elevata irradianza, da diverse centinaia a diverse migliaia di "soli". Il parametro di processo critico è l'uniformità dello spot di luce fortemente focalizzato, poiché le disomogeneità ad alta concentrazione si traducono in modo sproporzionato in effetti termici ed elettrici locali.

Invecchiamento dei materiali e incapsulamento. Accanto al test delle prestazioni elettriche vi è il test di invecchiamento accelerato di film incapsulanti, adesivi, materiali per back-sheet e rivestimenti antiriflesso sotto irraggiamento UV. Qui non conta il rendimento elettrico ma l'effetto fotochimico - per maggiori approfondimenti si veda invecchiamento UV, resistenza al colore e fotostabilità.

Le celle solari tandem e multi-giunzione richiedono simulatori multi-sorgente con tipicamente diverse decine di canali spettrali controllabili in modo indipendente. Un sistema realizzato presso il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE per moduli tandem perovskite-silicio combina 28 canali di luce regolabili spettralmente su 40 sorgenti luminose con un totale di 18.400 LED che coprono un intervallo di lunghezze d'onda da 320 a 1650 nanometri, e consente inoltre di simulare diversi orari del giorno e spettri di localizzazione (Fraunhofer ISE, 2023).

I moduli bifacciali richiedono un irraggiamento controllato sia del lato frontale che del lato posteriore, poiché la resa aggiuntiva sul lato posteriore sul campo dipende dalla radiazione diffusa e riflessa. La specifica tecnica IEC TS 60904-1-2 descrive procedure per la misurazione delle curve caratteristiche di celle e moduli bifacciali sia sotto irraggiamento naturale sia simulato.

Materiali instabili (perovskite). I simulatori flash classici della produzione di silicio non possono essere facilmente utilizzati per le celle a base di perovskite, poiché la breve durata del flash non è sufficiente a catturare il comportamento metastabile indotto dalla luce tipico di questa classe di materiali. È necessaria una caratterizzazione sotto illuminazione continua con misurazione della potenza stabilizzata per un periodo definito - una procedura concordata da un consorzio internazionale di ricerca raccomanda, tra l'altro, intensità luminose da 800 a 1000 W/m² con caratteristiche spettrali della sorgente documentate (Khenkin et al., 2020).

Irraggiamento concentrato. Per i sistemi CPV si utilizzano simulatori a xeno a funzionamento continuo con barra omogeneizzante e ottica di collimazione, oppure configurazioni pulsate ad alto flusso che producono brevemente diverse centinaia di soli senza sovraccaricare termicamente il dispositivo sotto test.

Il punto di partenza per qualsiasi caratterizzazione di un simulatore solare è la domanda su quale grandezza di misura sia effettivamente significativa per la data applicazione - non quale strumento sia per caso disponibile. Per il puro monitoraggio dell'intensità nella produzione quotidiana, una misura radiometrica a banda larga con un sensore al silicio o a termopila tarato nel piano del campione è spesso sufficiente, a condizione che lo spettro della sorgente sia noto e stabile. Non appena un simulatore solare viene messo in servizio per la prima volta, riqualificato dopo un cambio di lampada, o utilizzato per la certificazione, diventa necessaria una misura spettralmente risolta, poiché solo questa consente la classificazione secondo IEC 60904-9 e la determinazione del fattore di mismatch spettrale.

Le misure spaziali diventano necessarie non appena l'area di prova è grande rispetto alla zona di uniformità della sorgente - per moduli interi piuttosto che per singole celle, ad esempio; la norma richiede una misura a raster in un numero minimo di posizioni definite. Le misure risolte nel tempo sono indispensabili per sorgenti pulsate o sorgenti dipendenti da un transitorio termico, poiché l'intensità, e talvolta lo spettro, possono cambiare durante la finestra di misura.

Nelle linee di produzione automatizzate, il simulatore solare è solitamente parte di un flash tester in linea che testa ogni modulo con un breve impulso di luce dopo la laminazione e lo classifica automaticamente in classi di potenza in base alla curva misurata. Dal punto di vista tecnico, ciò che conta non è tanto la pura connettività di rete quanto la necessità di monitorare la stabilità spettrale e relativa all'intensità della sorgente attraverso migliaia di ciclo di prova: l'invecchiamento della lampada, la contaminazione degli elementi ottici e la deriva termica modificano gradualmente l'irradianza effettiva senza che ciò sia visibile dall'aspetto esteriore dell'apparecchiatura.

I concetti di monitoraggio orientati alla produzione combinano quindi una misura di riferimento spettrale completa a intervalli più lunghi con una misura di controllo continua a banda larga in un intervallo di lunghezze d'onda fisso tra i cicli di taratura completa. Ciò consente di rilevare precocemente uno spostamento spettrale graduale, senza dover eseguire una misura spettrale completa e dispendiosa in termini di tempo a ogni singolo ciclo di prova. L'integrazione di tali misure di controllo nel sistema di controllo dell'impianto consente di rilevare automaticamente le deviazioni da uno spettro di riferimento memorizzato prima che si manifestino in moduli classificati in modo errato.

Per ciascuna di queste misure, l'incertezza di misura deve essere considerata esplicitamente: essa comprende l'incertezza di taratura del sensore, il mismatch spettrale proprio del sensore rispetto allo spettro di riferimento e - per i valori di efficienza derivati - l'incertezza del fattore di mismatch. La riferibilità metrologica della strumentazione utilizzata a standard nazionali o internazionali è il presupposto perché laboratori diversi possano riportare valori comparabili.

La seguente pubblicazione sviluppa un metodo per regolare con precisione lo spettro di simulatori multi-sorgente basati su LED specificamente per celle solari tandem, e risulta quindi direttamente rilevante per la tecnologia di misura dei moduli perovskite-silicio:

"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.

Questo lavoro indaga in modo sistematico come l'incertezza del fattore di mismatch spettrale possa essere calcolata dalle incertezze degli spettri coinvolti mediante metodi Monte Carlo, fornendo una base quantitativa per i budget di incertezza di taratura:

"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.

Il seguente lavoro fondamentale, spesso citato, fu il primo trattamento sistematico dell'incertezza del fattore di mismatch spettrale in condizioni di prova standard (Standard Test Conditions) e resta oggi un riferimento metodologico per i laboratori di taratura:

"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.

Questo documento di posizione concordato a livello internazionale definisce protocolli di misura e di rendicontazione per i test di stabilità delle celle solari a perovskite e sostiene, tra l'altro, la necessità di un'illuminazione continua e spettralmente documentata invece di misure con flash di breve durata:

"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.

Il fotovoltaico compare anche in diverse sfaccettature nelle pubblicazioni dei nostri stessi clienti - dall'invecchiamento UV dell'incapsulamento dei moduli, attraverso la lavorazione UV degli strati delle celle, fino ai test di array solari per l'impiego spaziale.

Confronta quattro materiali incapsulanti per moduli fotovoltaici sotto irraggiamento UV nel Deserto di Atacama - uno dei campi di prova piu intensivi al mondo per l'invecchiamento dei moduli in termini di UV.
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.

Studia come si sviluppa il degrado indotto dagli UV nei contatti passivanti delle celle a heterojunction in silicio - una delle tecnologie di cella che questa pagina indica esplicitamente come classe spettralmente distinta.
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).

Utilizza deliberatamente l'irraggiamento con LED UV per il recottura selettiva per strato di celle solari a perovskite e determina l'energia di cristallizzazione necessaria - un esempio di UV come strumento di produzione, non solo come metodo di prova.
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.

Sviluppa un setup dedicato ad alta irradianza per la fotodegradazione accelerata e controllata con precisione di celle solari organiche - metodologicamente correlato ai simulatori solari ad alto flusso per il fotovoltaico a concentrazione descritti in questa pagina.
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.

Testa materiali di array solari della missione ESA BepiColombo ad alta intensita e alta temperatura - un esempio pratico di fotovoltaico spaziale come descritto nella sezione sui campi di applicazione di questa pagina.
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.

Ulteriori lavori provenienti da aree tematiche correlate sono raccolti nelle pubblicazioni dei clienti, ordinate per argomento.

Il motore di ricerca delle pubblicazioni elenca tutte le pubblicazioni sul fotovoltaico a noi note – ricercabili per dispositivo, campo e parola chiave.

• IEC 60904-9:2020, Dispositivi fotovoltaici - Parte 9: Requisiti di prestazione dei simulatori solari (nazionale: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); inoltre IEC TS 60904-1-2:2024 (moduli bifacciali) e 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

Come funziona un simulatore solare nel fotovoltaico?
Un simulatore solare riproduce l'irradianza spettrale della luce solare in condizioni di riferimento definite (solitamente AM1.5G, 1000 W/m², temperatura della cella 25 °C). Una fonte luminosa viene regolata tramite ottiche, filtri oppure - nei sistemi a LED - tramite controllo elettronico dei canali, in modo che lo spettro, la distribuzione spaziale e il comportamento temporale dell'irradianza restino entro i limiti stabiliti dalla norma.

Quale intervallo di lunghezze d'onda o spettro è idoneo per i test fotovoltaici?
AM1.5G è lo standard per le applicazioni terrestri, AM0 per le applicazioni aerospaziali. L'intervallo di lunghezze d'onda rilevante dipende dal tipo di cella: 400–1100 nm per il silicio classico, 300–1200 nm per le celle a film sottile e in silicio moderno, fino a 1800 nm per le celle multigiunzione III-V.

Quale irradianza è richiesta per le Standard Test Conditions?
Le Standard Test Conditions (STC) specificano un'irradianza di 1000 W/m² AM1.5G a una temperatura della cella di 25 °C. Queste tre grandezze - spettro, intensità, temperatura - devono essere soddisfatte tutte insieme; se anche solo una delle tre manca, il risultato della misura non è confrontabile con altre misurazioni.

Qual è la differenza tra classe AAA e classe A+A+A+?
Entrambe indicano la classificazione più elevata, oppure una classificazione estesa, secondo IEC 60904-9. La classe AAA soddisfa la classe A in tutti e tre i criteri (spettro, uniformità, stabilità). La classe A+ è stata introdotta nel 2020, richiede tolleranze doppiamente più stringenti rispetto alla classe A e deve essere dimostrata su un intervallo spettrale esteso di 300–1200 nm.

Perché un simulatore solare fornisce valori di misura errati nonostante una potenza della lampada nominalmente sufficiente?
La potenza elettrica della lampada e l'irradianza ottica nel piano del campione non sono accoppiate linearmente; l'invecchiamento, lo stato del filtro e la temperatura modificano l'efficienza elettro-ottica. Inoltre può verificarsi un errore di spectral mismatch quando lo spettro della sorgente e la responsività della cella si discostano dal caso di riferimento - questo errore è indipendente dall'intensità e deve essere corretto per via di calcolo. La derivazione generale - dalla potenza elettrica, attraverso l'efficienza elettro-ottica, fino alla grandezza misurata nel punto di applicazione - è riportata sotto grandezze radiometriche.

Come viene misurata l'irradianza spettrale di un simulatore solare?
La caratterizzazione spettrale viene eseguita con uno spettroradiometro tarato nel piano del campione, integrata da una misura a griglia sull'intera area di prova per determinare l'uniformità spaziale e, per le sorgenti pulsate, da una misura risolta nel tempo durante la durata del flash.

Quale tecnologia di simulatore è idonea per le celle solari tandem?
Le celle solari tandem perovskite-silicio e multigiunzione richiedono simulatori a LED multi-sorgente con canali spettrali controllabili indipendentemente, poiché ciascuna sottocella deve essere regolata individualmente sulla propria fotocorrente di riferimento. I sistemi classici allo xeno a singola o doppia lampada generalmente non sono in grado di soddisfare questo requisito.

Perché un'istantanea di un flash tester non è sufficiente per le celle in perovskite?
I materiali in perovskite mostrano un comportamento metastabile, indotto dalla luce, che si stabilizza solo dopo diversi secondi o minuti di illuminazione continua. Un flash nell'ordine dei millisecondi cattura solo uno stato transitorio; i protocolli di prova concordati richiedono pertanto una misura di potenza risolta nel tempo in condizioni di luce stazionaria.

La riproduzione controllata della luce solare è necessaria in diversi settori: la misurazione della luce e dei display condivide la spettroradiometria e la catena di taratura, l'elettronica e la produzione di semiconduttori fornisce i processi da cui provengono le celle, e la produzione fotocatalitica di idrogeno lavora con le stesse condizioni AM1.5 per rendere le efficienze comparabili. Il quadro completo è disponibile nella panoramica delle applicazioni UV.

Una classificazione nominale dice poco sulla stabilità e sull'uniformità spettrale effettiva di un simulatore solare durante il funzionamento continuo. Chi necessita di dati di efficienza affidabili per celle, moduli o nuove classi di materiali non può evitare una caratterizzazione spettrale risolta nel piano campione - e una taratura riferibile della strumentazione utilizzata per questo scopo. Per la caratterizzazione spettrale di simulatori solari e dell'irradianza globale, è disponibile lo SR900; per il monitoraggio continuo di un intervallo di lunghezze d'onda fisso tra i cicli di taratura completa, un RMD Pro; e per test controllati di esposizione UV su materiali di incapsulamento, camere di irraggiamento con funzionamento a dose controllata tramite UV-MAT. Contattateci per la vostra esigenza di test.