Solsimulatorer i fotovoltaikk: Grunnleggende prinsipper og måleteknikk

En solcelle er ikke en universell lysmåler, men en spektralt selektiv omformer: den svarer ikke på hvor mye stråling som treffer den, men hvilken stråling. En solsimulator må derfor produsere mer enn en total irradians på 1 000 W/m² - den må gjengi en spektralfordeling som er nær nok den standardiserte referansespekteret AM1.5G. Den sentrale utfordringen er at avvik oppstår langs tre uavhengige dimensjoner - spektral tilpasning, romlig uniformitet og tidsmessig stabilitet - som ikke kompenserer for hverandre. Kun den standardiserte klassifiseringen av disse tre størrelsene i henhold til IEC 60904-9 gjør virkningsgradsmålinger på solceller og moduler sammenlignbare på tvers av laboratorier, produsenter og sertifiseringsorganer.

Fotovoltaikk ble for første gang verdens største installerte teknologi for kraftproduksjon i 2025: globale nyinstallasjoner passerte 600 gigawatt for første gang, kumulativ kapasitet nådde omtrent 2 800 gigawatt, og solkraft sto for mer enn tre fjerdedeler av verdens nye kapasitet for fornybar kraftproduksjon, ifølge International Energy Agency sin Global Energy Review 2026 (IEA, 2026). For test- og måleteknologi er det ikke volumet som er den relevante historien, men den teknologiske diversifiseringen bak den: ved siden av krystallinsk silisium etablerer heterojunction-celler, tynnfilmsystemer basert på CdTe og CIGS, og perovskitt-silisium-tandemceller seg, sammen med en økende andel bifaciale moduler.

Den tekniske konsekvensen følger en klar kjede: økende modulmangfold og høyere celleeffektivitet øker følsomheten til testresultater for spektrale avvik i testkilden. Hver nye materialklasse - tynnfilm, bifacial, tandem - har sin egen spektrale responskurve, noe som effektivt innsnevrer feilmarginen en solsimulator har råd til, sammenlignet med de enklere monokrystallinske silisiumcellene fra 1980-tallet, som de opprinnelige standardene ble utformet for.

Fem utviklingstrekk endrer måleoppgaven innen solsimulering:

• Overgang fra gassutladningslamper til LED-teknologi. LED-simulatorer erstatter i økende grad xenon- og metallhalogensystemer fordi de tilbyr lengre levetid, lavere vedlikehold og spektral formgivning som kan justeres elektronisk i stedet for optisk. Resultatet er en dreining i testfokus fra filteroptikk mot elektronisk kanalstyring og programvarebasert spektral kalibrering av individuelle LED-grupper.
• Innføring av A+-klassen og valgfrie spektrale metrikker. IEC 60904-9:2020 doblet strengheten i evalueringen og innførte SPC/SPD, et instrument som spesifikt motvirker den formelle oppfyllbarheten av binklassifisering gjennom hullete LED-spektre. Dette fører til økende dokumentasjonskrav for utstyrsprodusenter, som i økende grad må oppgi ikke bare en klassebetegnelse, men også dekning og avviksverdier på en transparent måte.
• Multikildesystemer for tandemteknologier. Med markedsintroduksjonen av perovskitt-silisium-tandemmoduler dukker det opp simulatorer med flere dusin uavhengig styrbare spektrale kanaler og utvidede bølgelengdeområder utover 1600 nanometer. Dette skaper en tettere kobling mellom simulatorkalibrering og cellekarakterisering, ettersom den spektrale innstillingen må fastsettes individuelt for hver delcelle.
• Testprosedyrer for bifaciale moduler. Den tekniske spesifikasjonen IEC TS 60904-1-2 formaliserer prosedyrer for måling av bifaciale moduler under simulert og naturlig bestråling. Dette medfører økt sensorbehov for bestråling av baksiden og et voksende behov for teststasjoner som kan belyse begge modulsider samtidig på en kontrollert måte.
• Stabiliserte effektprotokoller for ustabile materialer. For perovskitt og andre metastabile celleteknologier etablerer det seg konsensusbaserte testprotokoller med kontinuerlig belysning og tidsoppløst effektstabilisering. Konsekvensen er en dreining bort fra det rene øyeblikksbildet fra klassisk blitsmåling mot en effektkurve dokumentert over minutter til timer.

Markedsstørrelser, vekstrater og kilder for dette anvendelsesområdet er oppsummert på siden Markedsutvikling for UV-teknologi.

En solsimulator produserer kunstig lys som gjengir den spektrale irradiansen til naturlig sollys under definerte atmosfæriske forhold. Referansestørrelsen er AM1.5G-spekteret (Air Mass 1,5, Global), et spekter utledet beregningsmessig fra en atmosfæremodell som representerer midt-europeiske til nordamerikanske breddegrader ved en solzenittvinkel på 48,2° og er normalisert til en integrert irradians på 1 000,4 W/m² (ASTM G173-03). En lyskilde - vanligvis en gassutladningslampe eller en kombinasjon av mange LED-er - formes gjennom optikk, filtre og styreelektronikk slik at intensitet, spekter og jevnhet i prøveplanet kommer så nær som mulig dette referansespekteret.

Fysisk sett er det avgjørende at en solcelle ikke integrerer irradiansen i seg selv, men produktet av spektral irradians og cellens bølgelengdeavhengige spektrale respons. To lyskilder med identisk total irradians, men forskjellige spektre, gir forskjellig fotostrøm på samme celle. En solsimulator kalibreres derfor ikke ved lampeutgangen, men i prøveplanet, ved bruk av en metrologisk sporbart kalibrert referansesolcelle eller et spektroradiometer.

Gassutladningslamper dominerte historisk fordi de, da den første relevante standarden ASTM E927 (1979) ble utarbeidet, var de eneste tilgjengelige kildene med et tilstrekkelig sollignende bredbåndsspektrum (ASTM E927-19). I omtrent to tiår har LED-baserte systemer i økende grad etablert seg og fortrenger nå tradisjonell xenonteknologi i produksjonslinjer og laboratorier.

På grunn av sine naturlige bredbåndsegenskaper er xenonlamper fortsatt utbredt i storarealmodulproduksjon, men de krever regelmessig etterjustering gjennom spektral filtrering, siden emisjonslinjene deres, spesielt over 800 nm, forverrer klassifiseringen (IEC 60904-9:2020). I sammenlignende målinger av PV-modulers strøm-spenning-kurver har LED-systemer vist ytelse minst likeverdig med, og når det gjelder stabilitet og spektral fleksibilitet noen ganger overlegen, xenonkilder (Chojniak et al., 2024).

En solsimulator vurderes ikke ut fra ett enkelt tall, men ut fra flere, gjensidig uavhengige fysiske størrelser:

• Spektral samsvar beskriver hvor godt simulatorens irradians i definerte bølgelengdeintervaller stemmer overens med AM1.5G-referansespekteret. Dette er avgjørende fordi en celles målte fotostrøm avhenger av overlappsintegralet mellom kildespekteret og cellens responsivitet - ikke av kildens totale effekt.
• Romlig ikke-uniformitet kvantifiserer variasjonen i irradians over testarealet. Dette påvirker først og fremst store moduler og seriekoblede cellestrenger, siden delområdet med svakest belysning kan begrense totalstrømmen.
• Tidsmessig ustabilitet fanger opp variasjoner i irradiansen under målingen. For pulsede simulatorer er dette spesielt kritisk, fordi lampens spekter og intensitet endres kontinuerlig under stigning og fall av blitsrøret.
• Total irradians må settes til referanseverdien 1 000 W/m², siden solcellens karakteristikkurve avhenger ikke-lineært av irradiansen; et avvik påvirker ikke alle kurveparametere proporsjonalt.
• Celletemperatur er fastsatt som den tredje koordinaten i Standard Test Conditions (STC), sammen med spekter og intensitet (25 °C). Virkningsgraden til krystallinske silisiumceller faller typisk med 0,3 til 0,5 prosentpoeng per kelvin temperaturøkning, slik at utilstrekkelig temperaturkontroll forvrenger måleresultatene uten at dette er synlig i spekteret.
• Spektral responsivitet til referanse- og testcellen bestemmer sammen med kildespekteret den spektrale mismatch-faktoren (se avsnittet nedenfor). Dette er ikke en fast egenskap ved en celletype, men avhenger av lagstruktur, innkapsling og aldringstilstand.

Den vanligste misforståelsen i praksis er å likestille elektrisk lampeeffekt med optisk irradians. De to størrelsene er ikke lineært koblet: en lampes elektro-optiske effektivitet endrer seg med driftstid, aldring, filtertilstand og temperatur, slik at en nominelt konstant elektrisk effekt kan gi en optisk irradians som driver. På samme måte har en eksponeringstid alene ingen mening dersom det ikke er klart hvilken irradians den refererer til - en "eksponeringsvarighet" uten en tilhørende dose- eller intensitetsverdi er teknisk sett ufullstendig.

En annen vanlig feil er å måle utenfor det faktiske prøveplanet. En avlesning ved lampeutgangen eller ved en fast referansesensor utenfor testfeltet beskriver kilden, ikke den faktiske bestrålingen av prøveobjektet; forskjeller i optisk baneavstand, spredt lys og vignettering kan gi avvik på flere prosent som ikke er synlige ved sensoren.

For det tredje blir den formelle oppfyllelsen av en klassifisering ofte overvurdert. IEC 60904-9-klassifiseringen vurderer irradiansen i seks til tolv brede spektrale bånd; innenfor et bånd er det ikke spesifisert hvor i intervallet den nødvendige intensiteten faktisk befinner seg. En LED-simulator kan derfor formelt oppnå klasse A eller A+ selv om spekteret dens består av smale topper skilt av spektrale gap. Sammenlignende evalueringer viser reelle kommersielle systemer med spektral dekning på bare 65 til 79 prosent, samtidig som de oppnår en høy formell klassevurdering (IEC 60904-9:2020). For celler med en bred, kontinuerlig spektral responsivitet - for eksempel tynnfilm- eller multijunction-celler - er et slikt gap teknisk mer relevant enn for en referansecelle med smal sensitivitet.

For det fjerde er referansecelle-metoden, der simulatorintensiteten justeres til referansecellens kalibrerte kortslutningsstrøm, bare gyldig under restriktive forhold: den overføres kun korrekt til testcellen dersom enten referanse- og testcellen har identisk spektral responsivitet, eller simulatorspekteret nøyaktig matcher referansespekteret. Ingen av disse er i praksis fullt ut oppfylt; den resulterende systematiske feilen kalles spektral mismatch og må korrigeres ved beregning, ikke kalibreres bort (ASTM E948).

For det femte er mange karakteristiske verdier bare gyldige under antagelsen at prøveobjektet og omgivelsene er i termisk og elektrisk likevekt. For pulsede xenon-simulatorer med blitsvarighet i millisekundområdet er tiden ofte ikke tilstrekkelig for at kapasitive effekter i store moduler, eller den transiente, lysinduserte oppførselen til ustabile materialer som perovskitt, skal stabilisere seg fullstendig - den målte kurven beskriver da en transient tilstand, ikke et stabilt driftspunkt.

Den spektrale responsen til en solcelle er ikke en universell størrelse; den bestemmes av båndgapet, lagtykkelsen og de optiske tapene til det respektive absorbermaterialet. Krystallinsk silisium absorberer omtrent mellom 400 og 1100 nanometer; de opprinnelige spektrale intervallene i ASTM E927 og de tidlige utgavene av IEC 60904-9 ble definert nøyaktig for dette området. Tynnfilmteknologier som CdTe og CIGS har absorpsjonskanten fortsatt innenfor dette vinduet, men har nytte av evalueringsområdet som ble utvidet til 300–1200 nanometer i 2020, siden deres kortbølgede respons dermed fanges bedre opp (IEC 60904-9:2020).

Selv det utvidede området er ikke tilstrekkelig for perovskitt-silisium-tandemceller og III-V-multiovergangsceller: III-V-multiovergangsceller har absorpsjonsbåndbredder på opptil 1800 nanometer. Tandemceller tilfører en strukturell egenhet: delcellene er koblet i serie, slik at delcellen med lavest fotostrøm begrenser den totale cellestrømmen (strømtilpasningsbetingelse). Et spektralt avvik i testkilden virker her ikke som en jevn feil over hele kurven, men forskyver hvilken delcelle som blir begrensende - resultatet er en karakteristikk som svarer til en bestrålingssituasjon som ikke forekommer under naturlig sollys. Av denne grunn krever karakterisering av tandemceller en spektral justering av simulatorspekteret der hver delcelle stilles inn spesifikt mot den fotostrømmen den ville generert under referansebetingelser (Chojniak et al., 2024).

Spektral mismatch-faktor M korrigerer den systematiske feilen som oppstår når simulatorspekteret, referansespekteret og de spektrale responsivitetene til referanse- og testcellen avviker fra hverandre. Den er normativt definert 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 referansespekteret (vanligvis AM1.5G), E_sim(λ) er solsimulatorens faktiske spekter i prøveplanet, S_ref(λ) er referansecellens relative spektrale responsivitet, og S_t(λ) er testcellens relative spektrale responsivitet. Siden bare relative spektrale former går inn i ligningen, kanselleres absolutte kalibreringsfaktorer; bare kurveformen har betydning. Testcellens M-korrigerte kortslutningsstrøm under Standard Test Conditions oppnås ved å dividere strømmen målt under simulatoren med M (ASTM E948).

Anvendbarhet krever at både simulatorspekteret og begge cellenes responsiviteter er kjent med tilstrekkelig spektral oppløsning over det relevante bølgelengdeområdet; måleusikkerheter i spektral responsivitet går direkte inn i usikkerheten til M. Modellens begrensninger: for to celler med sterkt forskjellig, særlig strukturert spektral responsivitet - en tynnfilmcelle mot en krystallinsk referansecelle, for eksempel - kan M avvike merkbart fra 1 og er samtidig mer følsom for små spektrale endringer i kilden. En systematisk usikkerhetsanalyse har vist at mismatch-faktorens kombinerte usikkerhet kan avledes fra usikkerhetene i inngangsspektrene ved hjelp av Monte Carlo-simulering, og avhenger sterkt av hvor sterkt korrelerte de enkelte usikkerhetsbidragene er spektralt: den utvidede usikkerheten til M varierte, avhengig av den antatte korrelasjonsgraden, mellom 0,06 og 1,26 prosent (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M er ikke en fast instrumentkonstant, men må bestemmes på nytt for hver kombinasjon av simulator, referansecelle og testcelle, og usikkerheten må angis i kalibreringsresultatet.

Antagelser. En referansecelle av krystallinsk silisium med kjent spektral responsivitet brukes til å angi intensiteten til en klasse A-xenon-solsimulator. En CIGS-tynnfilmcelle skal testes; den spektrale responsiviteten er høyere enn silisiums i det kortbølgede området (400–600 nm) og lavere over 900 nm - et mønster som er typisk for tynnfilmteknologier og gjentatte ganger dokumentert i litteraturen.

Modell. M dannes fra de fire spektrale integralene i henhold til definisjonen ovenfor.

Beregning (kvalitativ, basert på publiserte størrelsesordener). Hvis xenon-spekteret avviker fra AM1.5G-referansespekteret med flere prosent over 800 nm på grunn av native emisjonslinjer, påvirker dette CIGS-testcellen sterkere enn silisium-referansecellen, siden deres relative vekting er forskjellig i dette spektralområdet. Systematiske usikkerhetsstudier av kalibreringer av referanseceller har dokumentert korreksjonsfaktorer på noen få prosent, med spektralt sensitive usikkerhetsbidrag som varierer fra under én til noen få prosent, for spektralt ulike cellepar (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Tolkning. En ukorrigert virkningsgradverdi kan derfor virke plausibel samtidig som den er systematisk for høy eller for lav, uten at dette er synlig i kurvens form. For å få pålitelige virkningsgradtall er derfor kombinasjonen av spektralt oppløst simulatormåling med kjent celleresponsivitet ikke en valgfri ekstra måling, men en del av selve kurvemålingen.

Den internasjonalt harmoniserte klassifiseringen av solsimulatorer under IEC 60904-9 (vedtatt i Tyskland som DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) vurderer tre karakteristiske verdier uavhengig av hverandre, angitt i rekkefølgen spektral tilpasning - romlig uniformitet - tidsmessig stabilitet, for eksempel som "klasse AAA" eller "klasse A+A+A+":

Kilde: IEC 60904-9:2020.

2020-utgaven introduserte i tillegg to valgfrie målestørrelser, som ennå ikke brukes til klassifisering: spektral dekning (SPC) og spektralavvik (SPD). SPC angir andelen av spekteret mellom 300 og 1200 nm der simulatorens irradians når minst 10 prosent av AM1.5G-referanseverdien; SPD summerer de absolutte spektrale avvikene over hele intervallet. Begge målestørrelsene ble introdusert fordi ren bin-klassifisering - som beskrevet i forrige avsnitt - ikke på en pålitelig måte skiller LED-simulatorer med et hullete, men "gunstig plassert" spekter, fra de som faktisk reproduserer spekteret kontinuerlig.

Klassetabellen i avsnittet ovenfor angir det tillatte avviket, men ikke fra hva. Her er det: AM1.5G-referansespekteret er delt inn i seks intervaller, andelen av total irradians er fastsatt for hvert av dem, og klassen følger av det dårligste av de seks forholdene – ikke av gjennomsnittet deres. Kolonnene til høyre konverterer prosenttoleransene til absolutte andeler; klasse B (60–140 %) er utelatt for lesbarhetens skyld.

Tre ting følger som en klassevurdering alene ikke avdekker:

• Ett enkelt intervall avgjør. En simulator som ligger på 95 prosent i fem intervaller og på 130 i det sjette, er klasse B – ikke bedre enn én som ligger på 130 overalt. Klassen er et minimum, ikke en karakter.
• Under 400 nm blir ingenting vurdert for A, B og C. Evalueringsområdet for disse tre klassene begynner ved 400 nm. En simulator kan være klasse A og likevel levere langt for lite eller for mye i UV-området – irrelevant for en I-V-måling på silisium, men ikke for noen påstand om aldring, gulning eller innkapsling. Bare A+ evaluerer fra 300 nm.
• Andelene summerer seg til 100 prosent. For mye i ett intervall betyr nødvendigvis for lite i et annet. En LED-simulator kan derfor ikke forbedres ved å øke enkeltkanaler – klassifiseringen vurderer formen på spekteret, ikke høyden.

Andeler i henhold til IEC 60904-9 for AM1.5G-referansespekteret; det er den gjeldende utgaven av standarden som er avgjørende.

En klasse A-solsimulator reproduserer solspekteret mellom 400 og 1100 nm – området der en silisiumcelle genererer strøm. For en I-V-måling er det akkurat riktig. For spørsmålet om hvor lenge modulen holder er det feil bølgelengdeområde: gulning av innkapslingsmaterialet, delaminering, avskalling av bakplaten og svikt i kantforseglingen utløses i UV-området, og hovedsakelig under 400 nm – der klassifisering i A, B eller C ikke ser i det hele tatt.

Modulstandarden skiller derfor mellom de to. IEC 61215 krever UV-forkondisjonering på 15 kWh/m² i området 280 til 400 nm, hvorav minst 5 kWh/m² mellom 280 og 320 nm, ved en modultemperatur på 60 ± 5 °C – før modulen i det hele tatt går inn i termisk sykling og fukt-frys-sekvensen. Ingen solsimulator produserer denne forkondisjoneringen; det gjør et UV-testkammer med lamper bygget for det.

Det er nøyaktig der Opsytec-bestrålingskamrene befinner seg:

• BS-04 – stort UV-testkammer, kan veksles mellom UVA-351, UVB-313 og UVC. Vekslingsmuligheten er poenget her: 5 kWh/m² i UVB kan ikke nås med en lampe som bare gir UVA.
• BS-05 – UV-testkammer for aldring og fotostabilitet med høy uniformitet over prøveområdet. Fordi en dose akkumuleres over uker, går enhver ujevnhet rett gjennom til resultatet: 10 prosent avvik over arealet er 10 prosent forskjell i dose ved slutten, ikke støy som jevner seg ut.

Begge kjører dosekontrollert via UV-MAT – testen avsluttes ved en dose nådd i kWh/m², ikke etter et antall dager. Det er forskjellen mellom en test som påviser den nødvendige verdien og en som anslår den: lamper eldes, og en irradians som antas konstant over seks uker er ikke det.

Celle- og modulproduksjon. I industriell produksjon sorterer blitstestere moduler i effektklasser basert på ytelsen målt under simulert bestråling. Her er det først og fremst tidsmessig stabilitet under den korte blitsvarigheten som betyr noe, siden gjennomstrømning og reproduserbarhet avhenger direkte av blitsens repeterbarhet.

Forskning og utvikling. Universitets- og institusjonslaboratorier - for eksempel ved utvikling av nye absorbermaterialer - trenger spektralt fleksible simulatorer som ofte kjører kontinuerlig, fordi nye cellekonsepter som perovskitt-silisium-tandemer må karakteriseres under definert stasjonært lys for å fange opp metastabile effekter. Den kritiske prosessparameteren er spektral tilpasningsdyktighet til den respektive undercellen.

Akkrediterte kalibrerings- og sertifiseringslaboratorier. Produsentuavhengig verifisering av effektivitet krever sporbare referanseceller og en dokumentert, spektralt oppløst karakterisering av simulatorkilden. Den kritiske prosessparameteren er måleusikkerheten til den spektrale mismatch-faktoren, som må angis i kalibreringssertifikatet.

Romfartsfotovoltaikk. For satellitt- og romfartøyceller er referansen ikke AM1.5G, men det ekstraterrestriske AM0-spekteret, med en irradians på omtrent 1367 W/m² og en sterkere kortbølget komponent enn AM1.5G, siden jordens atmosfære ikke lenger filtrerer spekteret. Det avgjørende her er spektral samsvar i UV- og blåområdet.

Konsentratorfotovoltaikk (CPV). Systemer som optisk konsentrerer sollys krever simulatorer med høy irradians, fra flere hundre til flere tusen "soler". Den kritiske prosessparameteren er homogeniteten til det sterkt fokuserte lyspunktet, siden inhomogeniteter ved høy konsentrasjon fører til uforholdsmessig store lokale termiske og elektriske effekter.

Materialaldring og innkapsling. Ved siden av elektrisk ytelsestesting finnes akselerert aldringstesting av innkapslingsfolier, klebemidler, bakplatemateriale og antirefleksbelegg under UV-bestråling. Her er det ikke elektrisk utbytte, men fotokjemisk effekt som betyr noe - se den dypere bakgrunnen om UV-aldring, fargeekthet og fotostabilitet for mer informasjon.

Tandem- og multiovergangssolceller krever multikilde-simulatorer med typisk flere titalls uavhengig styrbare spektralkanaler. Et system bygget ved Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE for perovskitt-silisium-tandemmoduler kombinerer 28 spektralt justerbare lyskanaler fordelt på 40 lyskilder med totalt 18 400 LED-er som spenner over et bølgelengdeområde fra 320 til 1650 nanometer, og gjør det dessuten mulig å simulere ulike tider på dagen og spektre for ulike steder (Fraunhofer ISE, 2023).

Bifaciale moduler krever kontrollert bestråling av både front- og baksiden, siden det ekstra baksideutbyttet i felt avhenger av diffus og reflektert strålning. Den tekniske spesifikasjonen IEC TS 60904-1-2 beskriver prosedyrer for å måle karakteristikkurvene til bifaciale celler og moduler under både naturlig og simulert bestråling.

Ustabile materialer (perovskitt). Klassiske blitssimulatorer fra silisiumproduksjon kan ikke uten videre brukes for perovskittbaserte celler, fordi den korte blitsvarigheten ikke er tilstrekkelig til å fange opp denne materialklassens lysinduserte, metastabile oppførsel. Karakterisering under kontinuerlig belysning med stabilisert effektmåling over en definert periode er nødvendig - en prosedyre avtalt av et internasjonalt forskningskonsortium anbefaler blant annet lysintensiteter på 800 til 1000 W/m² med dokumentert spektral karakteristikk for kilden (Khenkin et al., 2020).

Konsentrert bestråling. For CPV-systemer brukes kontinuerlige xenonsimulatorer med homogeniseringsstav og kollimeringsoptikk, eller pulsede høyfluks-oppsett som kortvarig produserer flere hundre soler uten å termisk overbelaste prøveobjektet.

Utgangspunktet for enhver karakterisering av en solsimulator er spørsmålet om hvilken målestørrelse som faktisk er meningsfull for den aktuelle anvendelsen - ikke hvilket instrument som tilfeldigvis er tilgjengelig. For ren intensitetsovervåking i den daglige produksjonen er ofte en bredbånds radiometrisk måling med en kalibrert silisium- eller termosøylesensor i prøveplanet tilstrekkelig, forutsatt at kildens spektrum er kjent og stabilt. Så snart en solsimulator settes i drift for første gang, rekvalifiseres etter et lampeskifte, eller brukes til sertifisering, blir en spektralt oppløsende måling nødvendig, fordi det er den eneste måten som gjør klassifisering i henhold til IEC 60904-9 og bestemmelse av spektral mismatch-faktor mulig.

Romlige målinger blir nødvendige når testarealet er stort i forhold til kildens uniformitetssone - for eksempel for hele moduler i stedet for enkeltceller; standarden krever en rastermåling ved et minimum antall definerte posisjoner. Tidsoppløste målinger er uunngåelige for pulsede kilder eller kilder som avhenger av en termisk oppvarmingsfase, ettersom intensiteten, og noen ganger spekteret, kan endre seg innenfor målevinduet.

I automatiserte produksjonslinjer er solsimulatoren vanligvis en del av en inline blitstester som tester hver modul med en kort lyspuls etter lamineringen og automatisk sorterer den i effektklasser basert på den målte kurven. Det som teknisk sett er avgjørende, er mindre den rene nettverkstilkoblingen enn behovet for å overvåke kildens spektrale og intensitetsrelaterte stabilitet over tusenvis av testcykluser: lampealdring, forurensning av optiske elementer og termisk drift endrer gradvis den effektive irradiansen uten at dette er synlig fra utstyrets utvendige utseende.

Produksjonsorienterte overvåkingskonsepter kombinerer derfor en fullstendig spektral referansemåling ved lengre intervaller med en kontinuerlig, bredbånds kontrollmåling i et fast bølgelengdeområde mellom fullstendige kalibreringssykluser. Dette gjør det mulig å oppdage en gradvis spektral forskyvning tidlig, uten å måtte kjøre en fullstendig, tidkrevende spektralmåling ved hver enkelt testcyklus. Ved å integrere slike kontrollmålinger i anleggets styringssystem blir det mulig å automatisk oppdage avvik fra et lagret referansespekter før de viser seg som feilklassifiserte moduler.

For hver av disse målingene må målusikkerheten vurderes eksplisitt: den omfatter sensorens kalibreringsusikkerhet, sensorens egen spektrale mismatch i forhold til referansespekteret, og - for avledede effektivitetsverdier - usikkerheten til mismatch-faktoren. Metrologisk sporbarhet for det brukte instrumentet til nasjonale eller internasjonale standarder er forutsetningen for at forskjellige laboratorier i det hele tatt kan rapportere sammenlignbare verdier.

Følgende publikasjon utvikler en metode for presis justering av spekteret til LED-baserte multikildesimulatorer spesielt for tandem-solceller, og er derfor direkte relevant for måleteknikken til perovskitt-silisium-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 arbeidet undersøker systematisk hvordan usikkerheten til den spektrale mismatch-faktoren kan beregnes fra usikkerhetene til de involverte spektrene ved hjelp av Monte Carlo-metoder, og gir et kvantitativt grunnlag for usikkerhetsbudsjetter 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, ofte siterte grunnleggende arbeid var den første systematiske behandlingen av usikkerheten til den spektrale mismatch-faktoren under Standard Test Conditions og er fortsatt en metodisk referanse for kalibreringslaboratorier i dag:

"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 internasjonalt omforente posisjonsnotatet definerer protokoller for måling og rapportering ved stabilitetstesting av perovskitt-solceller og underbygger blant annet behovet for kontinuerlig, spektralt dokumentert belysning i stedet for korte blitsmålinger:

"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.

Fotovoltaikk vises også i flere fasetter i våre egne kundepublikasjoner - fra UV-aldring av modulinnkapsling, via UV-prosessering av cellelag, til testing av solcellepaneler for bruk i rommet.

Sammenligner fire innkapslingsmaterialer for fotovoltaiske moduler under UV-bestråling i Atacama-ørkenen - et av verdens mest UV-intensive testfelt for modulaldring.
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.

Undersøker hvordan UV-indusert degradering utvikler seg ved de passiverte kontaktene i silisium-heterojunction-celler - en av celleteknologiene som denne siden eksplisitt nevner 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).

Bruker UV-LED-bestråling bevisst for lagselektiv annealing av perovskitt-solceller og fastsetter energien som kreves for krystallisering - et eksempel på UV som produksjonsverktøy, ikke bare 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.

Utvikler et dedikert oppsett med høy irradians for presist kontrollert, akselerert fotodegradering av organiske solceller - metodisk relatert til solsimulatorene med høy fluks for konsentrator-fotovoltaikk beskrevet på denne siden.
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 solcellepaneler fra ESAs BepiColombo-oppdrag under høy intensitet og høy temperatur - et praktisk eksempel på fotovoltaikk i rommet slik det beskrives i denne sidens avsnitt om bruksområder.
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.

Ytterligere arbeid fra relaterte temaområder er samlet i publikasjoner fra kunder, sortert etter tema.

Publikasjonssøkeren lister alle publikasjoner om fotovoltaikk vi vet om – søkbare etter enhet, felt og søkeord.

• IEC 60904-9:2020, Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements (nasjonal: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); i tillegg 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 fotovoltaikk?
En solsimulator gjenskaper den spektrale irradiansen til sollys under definerte referansebetingelser (vanligvis AM1.5G, 1000 W/m², 25 °C celletemperatur). En lyskilde justeres ved hjelp av optikk, filtre eller - i LED-systemer - elektronisk kanalstyring, slik at spekteret, den romlige fordelingen og tidsatferden til irradiansen holder seg innenfor grensene som er fastsatt av standarden.

Hvilket bølgelengdeområde eller spektrum egner seg for fotovoltaisk testing?
AM1.5G er standarden for terrestriske anvendelser, AM0 for romfartsanvendelser. Det relevante bølgelengdeområdet avhenger av celletypen: 400–1100 nm for klassisk silisium, 300–1200 nm for tynnfilm- og moderne silisiumceller, opptil 1800 nm for III-V-multijunction-celler.

Hvilken irradians kreves for Standard Test Conditions?
Standard Test Conditions (STC) angir 1000 W/m² AM1.5G-irradians ved 25 °C celletemperatur. Disse tre størrelsene - spekter, intensitet, temperatur - må alle oppfylles samtidig; hvis en av de tre mangler, blir et måleresultat ikke sammenlignbart med andre målinger.

Hva er forskjellen mellom klasse AAA og klasse A+A+A+?
Begge betegner den høyeste, eller en utvidet, klassifiseringen i henhold til IEC 60904-9. Klasse AAA oppfyller klasse A i alle tre kriteriene (spekter, uniformitet, stabilitet). Klasse A+ ble introdusert i 2020, krever toleranser som er dobbelt så strenge som klasse A, og må dokumenteres over et utvidet spektralområde på 300–1200 nm.

Hvorfor gir en solsimulator feil måleverdier til tross for nominelt tilstrekkelig lampeeffekt?
Elektrisk lampeeffekt og optisk irradians i prøveplanet er ikke lineært koblet; aldring, filtertilstand og temperatur endrer den elektro-optiske effektiviteten. I tillegg kan det oppstå en spektral mismatch-feil når kildespekteret og cellens responsivitet avviker fra referansetilfellet - denne feilen er uavhengig av intensitet og må korrigeres ved beregning. Den generelle utledningen – fra elektrisk effekt via elektro-optisk effektivitet til målestørrelsen på virkningsstedet – er gitt under radiometriske størrelser.

Hvordan måles en solsimulators spektrale irradians?
Spektral karakterisering utføres med et kalibrert spektroradiometer i prøveplanet, supplert med en rastermåling over testområdet for å bestemme romlig uniformitet, og for pulsede kilder en tidsoppløst måling under blitsvarigheten.

Hvilken simulatorteknologi egner seg for tandem-solceller?
Perovskitt-silisium-tandem- og multijunction-solceller krever LED-simulatorer med flere kilder og uavhengig styrbare spektralkanaler, fordi hver delcelle må stilles inn individuelt til sin referansefotostrøm. Klassiske xenonsystemer med én eller to lamper kan generelt ikke oppfylle dette kravet.

Hvorfor er et øyeblikksbilde fra en flashtester ikke tilstrekkelig for perovskittceller?
Perovskittmaterialer viser metastabil, lysindusert atferd som først stabiliseres etter flere sekunder til minutter med kontinuerlig belysning. Et blitslys i millisekundområdet fanger bare en forbigående tilstand; avtalte testprotokoller krever derfor en tidsoppløst effektmåling under stasjonært lys.

Kontrollert reproduksjon av sollys er nødvendig innen flere felt: lys- og skjermmåling deler spektroradiometri og kalibreringskjeden, elektronikk- og halvlederproduksjon leverer prosessene cellene kommer fra, og fotokatalytisk hydrogenproduksjon arbeider med de samme AM1.5-forholdene for å gjøre effektivitetene sammenlignbare. Det fullstendige bildet finner du i oversikten over UV-applikasjoner.

En nominell klassebetegnelse sier lite om hvor stabil og spektralt uniform en solsimulator faktisk er under løpende drift. Den som trenger pålitelige effektivitetstall for celler, moduler eller nye materialklasser, kan ikke unngå en spektralt oppløst karakterisering i prøveplanet - og metrologisk sporbar kalibrering av instrumenteringen som brukes til dette. For spektral karakterisering av solsimulatorer og global irradians er SR900 tilgjengelig; for kontinuerlig overvåking av et fast bølgelengdeområde mellom fullstendige kalibreringssykluser, en RMD Pro; og for kontrollert UV-eksponeringstesting av innkapslingsmaterialer, bestrålingskammer med dosekontrollert drift via UV-MAT. Ta kontakt med oss om testbehovet ditt.