Simuladores Solares em Fotovoltaica: Fundamentos e Tecnologia de Medição

Uma célula solar não é um medidor de luz universal, mas sim um conversor espectralmente seletivo: ela não responde quanta radiação incide sobre ela, mas sim qual radiação. Por isso, um simulador solar precisa produzir mais do que uma irradiância total de 1000 W/m² - ele deve reproduzir uma distribuição espectral suficientemente próxima do espectro de referência padronizado AM1.5G. O desafio central é que os desvios ocorrem ao longo de três dimensões independentes - correspondência espectral, uniformidade espacial e estabilidade temporal - que não se compensam mutuamente. Somente a classificação padronizada dessas três grandezas segundo a IEC 60904-9 torna as medições de eficiência em células e módulos solares comparáveis entre laboratórios, fabricantes e organismos de certificação.

A energia fotovoltaica se tornou, por pela primeira vez em 2025, a maior tecnologia de geração de eletricidade instalada do mundo: as adições globais superaram 600 gigawatts pela primeira vez, a capacidade acumulada atingiu aproximadamente 2.800 gigawatts, e a energia solar representou mais de três quartos da nova capacidade de geração renovável do mundo, segundo o Global Energy Review 2026 da International Energy Agency (IEA, 2026). Para a tecnologia de teste e medição, o dado relevante não é o volume, mas a diversificação tecnológica por trás dele: além do silício cristalino, células de heterojunção, sistemas de filme fino baseados em CdTe e CIGS, e células tandem de perovskita-silício estão se consolidando, junto com uma participação crescente de módulos bifaciais.

A consequência técnica segue uma cadeia clara: a crescente diversidade de módulos e as maiores eficiências de célula aumentam a sensibilidade dos resultados de teste a desvios espectrais da fonte de teste. Cada classe adicional de material - filme fino, bifacial, tandem - traz sua própria curva de responsividade espectral, o que efetivamente reduz a margem de erro que um simulador solar pode admitir em comparação com as células de silício monocristalino mais simples da década de 1980, para as quais as normas originais foram concebidas.

Cinco desenvolvimentos estão mudando a tarefa de medição na simulação solar:

• Transição das lâmpadas de descarga de gás para a tecnologia LED. Os simuladores LED estão substituindo cada vez mais os sistemas de xenônio e halogenetos metálicos, pois oferecem vida útil mais longa, menor manutenção e conformação espectral ajustável eletricamente em vez de opticamente. O resultado é uma mudança do foco de teste da óptica de filtros para o controle eletrônico de canais e a calibração espectral baseada em software de grupos individuais de LEDs.
• Introdução da classe A+ e de métricas espectrais opcionais. A IEC 60904-9:2020 dobrou o rigor da avaliação e introduziu o SPC/SPD, um instrumento que combate especificamente o cumprimento meramente formal da classificação por faixas (bin) por meio de espectros de LED com lacunas. Isso leva a um aumento do esforço de documentação para os fabricantes de equipamentos, que precisarão informar de forma cada vez mais transparente não apenas a designação de classe, mas também os valores de cobertura e desvio.
• Sistemas multifonte para tecnologias tandem. Com a entrada no mercado de módulos tandem de perovskita-silício, estão surgindo simuladores com várias dezenas de canais espectrais controláveis de forma independente e faixas de comprimento de onda estendidas além de 1.600 nanômetros. Isso cria um acoplamento mais estreito entre a calibração do simulador e a caracterização da célula, já que o ajuste espectral deve ser determinado individualmente para cada subcélula.
• Procedimentos de teste bifacial. A especificação técnica IEC TS 60904-1-2 formaliza os procedimentos para a medição de módulos bifaciais sob irradiação simulada e natural. Isso implica uma demanda adicional de sensores para a irradiação do lado posterior e uma necessidade crescente de bancadas de teste capazes de iluminar de forma controlada ambos os lados do módulo simultaneamente.
• Protocolos de potência estabilizada para materiais instáveis. Para a perovskita e outras tecnologias de células metaestáveis, estão se consolidando protocolos de teste consensuais com iluminação contínua e estabilização de potência resolvida no tempo. A consequência é uma transição do simples instantâneo da medição clássica por flash para uma curva de potência documentada ao longo de minutos a horas.

Os tamanhos de mercado, taxas de crescimento e fontes para este campo de aplicação estão resumidos na página Desenvolvimento do mercado de tecnologia UV.

Um simulador solar produz luz artificial que reproduz a irradiância espectral da luz solar natural sob condições atmosféricas definidas. A grandeza de referência é o espectro AM1.5G (Air Mass 1.5, Global), um espectro derivado computacionalmente de um modelo atmosférico que representa latitudes da Europa Central à América do Norte com um ângulo zenital solar de 48,2° e é normalizado para uma irradiância integrada de 1000,4 W/m² (ASTM G173-03). Uma fonte de luz - geralmente uma lâmpada de descarga de gás ou uma combinação de muitos LEDs - é conformada por meio de óptica, filtros e eletrônica de controle, de modo que a intensidade, o espectro e a uniformidade no plano da amostra se aproximem o máximo possível desse espectro de referência.

Fisicamente, o que importa é que uma célula solar não integra a irradiância por si só, mas sim o produto da irradiância espectral pela responsividade espectral da célula, que depende do comprimento de onda. Duas fontes de luz com irradiância total idêntica, mas espectros diferentes, produzem fotocorrentes diferentes na mesma célula. Por isso, um simulador solar não é calibrado na saída da lâmpada, mas sim no plano da amostra, usando uma célula solar de referência calibrada de forma rastreável ou um espectrorradiômetro.

As lâmpadas de descarga de gás dominaram historicamente porque, quando a primeira norma relevante ASTM E927 (1979) foi elaborada, elas eram as únicas fontes disponíveis com um espectro de banda larga suficientemente semelhante ao solar (ASTM E927-19). Ao longo de aproximadamente duas décadas, os sistemas baseados em LED têm se estabelecido cada vez mais e atualmente estão substituindo a tecnologia tradicional de xenônio em linhas de produção e laboratórios.

Devido às suas características nativas de banda larga, as lâmpadas de xenônio permanecem amplamente utilizadas na produção de módulos de grande área, mas exigem ajuste regular por meio de filtragem espectral, uma vez que suas linhas de emissão, particularmente acima de 800 nm, pioram a classificação (IEC 60904-9:2020). Em medições comparativas das curvas de corrente-tensão de módulos fotovoltaicos, os sistemas LED demonstraram desempenho pelo menos equivalente, e em estabilidade e flexibilidade espectral às vezes superior, às fontes de xenônio (Chojniak et al., 2024).

Um simulador solar não é avaliado por um único valor, mas por diversas grandezas físicas mutuamente independentes:

• Correspondência espectral descreve o quão bem a irradiância do simulador em intervalos de comprimento de onda definidos concorda com o espectro de referência AM1.5G. É decisiva porque a fotocorrente medida de uma célula depende da integral de sobreposição entre o espectro da fonte e a responsividade da célula - não da potência total da fonte.
• Não uniformidade espacial quantifica a variação da irradiância na área de teste. Afeta principalmente módulos grandes e cadeias de células conectadas em série, já que a subárea com iluminação mais fraca pode limitar a corrente total.
• Instabilidade temporal registra variações na irradiância durante a medição. É particularmente crítica em simuladores pulsados, pois o espectro e a intensidade da lâmpada continuam mudando durante a subida e a queda do tubo de flash.
• Irradiância total deve ser ajustada para o valor de referência de 1000 W/m², já que a curva característica de uma célula solar depende de forma não linear da irradiância; um desvio não afeta todos os parâmetros da curva de forma proporcional.
• Temperatura da célula é fixada como a terceira coordenada das Condições de Teste Padrão (STC), junto com o espectro e a intensidade (25 °C). A eficiência de células de silício cristalino tipicamente cai de 0,3 a 0,5 pontos percentuais por kelvin de aumento de temperatura, de modo que um controle de temperatura inadequado distorce os resultados de medição sem que isso seja visível no espectro.
• Responsividade espectral da célula de referência e da célula sob teste, juntamente com o espectro da fonte, determina o fator de desvio espectral (spectral mismatch factor) (veja a seção abaixo). Não é uma propriedade fixa de um tipo de célula, mas depende da estrutura de camadas, do encapsulamento e do estado de envelhecimento.

O equívoco mais comum na prática é equiparar a potência elétrica da lâmpada com a irradiância óptica. As duas grandezas não estão acopladas linearmente: a eficiência eletro-óptica de uma lâmpada muda com o tempo de operação, o envelhecimento, o estado do filtro e a temperatura, de modo que uma potência elétrica nominalmente constante pode produzir uma irradiância óptica variável. Da mesma forma, um tempo de exposição isoladamente não é significativo, a menos que fique claro a qual irradiância ele se refere - uma "duração de exposição" sem uma dose ou intensidade correspondente é tecnicamente incompleta.

Um segundo erro comum é medir fora do plano real da amostra. Uma leitura na saída da lâmpada ou em um sensor de referência fixo fora do campo de teste descreve a fonte, não a irradiação real do dispositivo sob teste; diferenças no comprimento do caminho óptico, luz espúria e vinhetagem podem causar desvios de vários pontos percentuais que não são visíveis no sensor.

Terceiro, o cumprimento formal aparente de uma classificação costuma ser superestimado. A classificação da IEC 60904-9 avalia a irradiância em seis a doze faixas espectrais amplas; dentro de uma faixa, não se especifica em que ponto do intervalo a intensidade exigida realmente se encontra. Um simulador LED pode, portanto, atingir formalmente a classe A ou A+ mesmo que seu espectro seja composto por picos estreitos separados por lacunas espectrais. Avaliações comparativas mostram sistemas comerciais reais com cobertura espectral de apenas 65 a 79 por cento, ao mesmo tempo em que alcançam uma classificação formal alta (IEC 60904-9:2020). Para células com resposta espectral ampla e contínua - como células de filme fino ou multijunção, por exemplo - essa lacuna é tecnicamente mais relevante do que para uma célula de referência de sensibilidade estreita.

Quarto, o método da célula de referência, no qual a intensidade do simulador é ajustada à corrente de curto-circuito calibrada de uma célula de referência, é válido apenas sob condições restritivas: ele só se transfere corretamente para a célula sob teste se a célula de referência e a célula de teste tiverem resposta espectral idêntica, ou se o espectro do simulador corresponder exatamente ao espectro de referência. Na prática, nenhuma dessas condições é totalmente satisfeita; o erro sistemático resultante é chamado de descasamento espectral e deve ser corrigido por cálculo, não eliminado por calibração (ASTM E948).

Quinto, muitos valores característicos só são válidos sob a suposição de que o dispositivo sob teste e seu ambiente estão em equilíbrio térmico e elétrico. Em simuladores de xenônio pulsado com durações de flash na faixa de milissegundos, o tempo muitas vezes não é suficiente para que efeitos capacitivos em módulos de grande área, ou o comportamento transitório e induzido pela luz de materiais instáveis como a perovskita, se estabilizem completamente - a curva medida então descreve um estado transitório, não um ponto de operação estável.

A responsividade espectral de uma célula solar não é uma grandeza universal; ela é determinada pelo gap de banda, pela espessura da camada e pelas perdas ópticas do respectivo material absorvedor. O silício cristalino absorve aproximadamente entre 400 e 1100 nanômetros; os intervalos espectrais originais da ASTM E927 e as primeiras edições da IEC 60904-9 foram definidos exatamente para essa faixa. Tecnologias de filme fino, como CdTe e CIGS, têm sua borda de absorção ainda dentro dessa janela, mas se beneficiam da faixa de avaliação estendida para 300-1200 nanômetros em 2020, já que sua responsividade em comprimentos de onda curtos é captada melhor nessa faixa (IEC 60904-9:2020).

Mesmo a faixa estendida não é suficiente para células tandem de perovskita-silício e células multijunção III-V: as células multijunção III-V têm larguras de banda de absorção de até 1800 nanômetros. As células tandem acrescentam uma particularidade estrutural: as subcélulas são conectadas em série, de modo que a subcélula com a menor fotocorrente limita a corrente total da célula (condição de casamento de corrente). Um desvio espectral da fonte de teste não atua aqui como um erro uniforme em toda a curva, mas sim desloca qual subcélula se torna limitante - o resultado é uma curva característica correspondente a uma situação de irradiação que não ocorre sob a luz solar natural. Por essa razão, a caracterização de células tandem requer um ajuste espectral do espectro do simulador, no qual cada subcélula é ajustada especificamente para a fotocorrente que geraria sob condições de referência (Chojniak et al., 2024).

O fator de incompatibilidade espectral M corrige o erro sistemático que surge quando o espectro do simulador, o espectro de referência e as responsividades espectrais da célula de referência e da célula sob teste divergem entre si. Ele é definido normativamente na ASTM E948 e na 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 ]

Aqui, E_ref(λ) é o espectro de referência espectral (geralmente AM1.5G), E_sim(λ) é o espectro real do simulador solar no plano da amostra, S_ref(λ) é a responsividade espectral relativa da célula de referência, e S_t(λ) é a responsividade espectral relativa da célula sob teste. Como apenas as formas espectrais relativas entram na equação, os fatores de calibração absolutos se cancelam; somente a forma da curva importa. A corrente de curto-circuito da célula sob teste corrigida por M sob as Condições de Teste Padrão é obtida dividindo a corrente medida sob o simulador por M (ASTM E948).

A aplicabilidade exige que tanto o espectro do simulador quanto as responsividades de ambas as células sejam conhecidos com resolução espectral suficiente ao longo da faixa de comprimento de onda relevante; as incertezas de medição na responsividade espectral influenciam diretamente a incerteza de M. Limites do modelo: para duas células com responsividade espectral fortemente diferente e particularmente estruturada - uma célula de filme fino em comparação com uma célula de referência cristalina, por exemplo - M pode desviar-se sensivelmente de 1 e, ao mesmo tempo, torna-se mais sensível a pequenas variações espectrais da fonte. Uma análise sistemática de incerteza mostrou que a incerteza combinada do fator de incompatibilidade pode ser derivada das incertezas dos espectros de entrada por meio de simulação de Monte Carlo, e depende fortemente do grau de correlação espectral entre as contribuições individuais de incerteza: a incerteza expandida de M variou, dependendo do grau de correlação assumido, entre 0,06% e 1,26% (Maham, Kärhä & Ikonen, 2023). M não é uma constante fixa do instrumento, mas deve ser determinado novamente para cada combinação de simulador, célula de referência e célula sob teste, e sua incerteza deve ser declarada no resultado da calibração.

Premissas. Uma célula de referência de silício cristalino com responsividade espectral conhecida é usada para ajustar a intensidade de um simulador solar de xenônio classe A. Uma célula de filme fino de CIGS deve ser testada; sua responsividade espectral é maior que a do silício na faixa de comprimentos de onda curtos (400–600 nm) e menor acima de 900 nm - um padrão típico das tecnologias de filme fino e repetidamente documentado na literatura.

Modelo. M é formado a partir das quatro integrais espectrais de acordo com a definição acima.

Cálculo (qualitativo, baseado em ordens de grandeza publicadas). Se o espectro de xenônio desviar do espectro de referência AM1.5G em vários pontos percentuais acima de 800 nm devido a linhas de emissão nativas, isso afeta a célula de teste de CIGS mais fortemente do que a célula de referência de silício, uma vez que sua ponderação relativa difere nessa região espectral. Estudos sistemáticos de incerteza de calibrações de células de referência documentaram fatores de correção de alguns pontos percentuais, com contribuições de incerteza sensíveis ao espectro variando de menos de um a alguns pontos percentuais, para pares de células espectralmente dissimilares (Hohl-Ebinger & Warta, 2011).

Interpretação. Um valor de eficiência não corrigido pode, portanto, parecer plausível mesmo sendo sistematicamente alto ou baixo demais, sem que isso seja visível na forma da curva. Para valores de eficiência confiáveis, a combinação da medição espectralmente resolvida do simulador com a responsividade conhecida da célula não é, portanto, uma medição adicional opcional, mas parte da própria medição da curva.

A classificação harmonizada internacionalmente dos simuladores solares segundo a IEC 60904-9 (adotada na Alemanha como DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9) avalia três valores característicos de forma independente entre si, indicados na ordem correspondência espectral - não uniformidade espacial - instabilidade temporal, por exemplo como "classe AAA" ou "classe A+A+A+":

Fonte: IEC 60904-9:2020.

A edição de 2020 introduziu adicionalmente duas métricas opcionais, ainda não utilizadas para a classificação: cobertura espectral (SPC) e desvio espectral (SPD). A SPC indica a parcela do espectro entre 300 e 1200 nm na qual a irradiância do simulador atinge pelo menos 10 por cento do valor de referência AM1,5G; a SPD soma os erros espectrais absolutos em todo o intervalo. Ambas as métricas foram introduzidas porque a classificação pura por faixas - conforme descrita na seção anterior - não distingue de forma confiável simuladores LED com um espectro descontínuo, porém "convenientemente posicionado", daqueles que efetivamente reproduzem o espectro de forma contínua.

A tabela de classes na seção acima indica o desvio permitido, mas não em relação a quê. Eis a resposta: o espectro de referência AM1.5G é dividido em seis intervalos, a participação na irradiância total é fixada para cada um, e a classe resulta da pior das seis razões – não da média delas. As colunas à direita convertem as tolerâncias percentuais em participações absolutas; a classe B (60–140 %) foi omitida para melhor legibilidade.

Três aspectos decorrem disso que uma classificação isolada não revela:

• Um único intervalo decide. Um simulador que esteja em 95 por cento em cinco intervalos e em 130 no sexto é classe B – nada melhor do que um que esteja em 130 em todos. A classe é um mínimo, não uma nota.
• Abaixo de 400 nm nada é avaliado para A, B e C. A faixa de avaliação dessas três classes começa em 400 nm. Um simulador pode ser classe A e fornecer UV muito abaixo ou muito acima do esperado – irrelevante para uma medição I-V em silício, mas não para qualquer afirmação sobre envelhecimento, amarelamento ou encapsulamento. Somente a A+ avalia a partir de 300 nm.
• As participações somam 100 por cento. Excesso em um intervalo significa necessariamente deficiência em outro. Um simulador de LED, portanto, não pode ser aprimorado apenas aumentando canais individuais – a classificação avalia a forma do espectro, não sua altura.

Participações conforme IEC 60904-9 para o espectro de referência AM1.5G; o que prevalece é a edição atual da norma.

Um simulador solar de classe A reproduz o espectro solar entre 400 e 1100 nm – a faixa em que uma célula de silício gera corrente. Para uma medição I-V isso é exatamente correto. Para a questão de quanto tempo o módulo dura, essa é a faixa de comprimento de onda errada: o amarelecimento do encapsulante, a delaminação, o esfarelamento do backsheet e a falha da vedação de borda são desencadeados pela radiação UV, predominantemente abaixo de 400 nm – faixa que a classificação em A, B ou C simplesmente não observa.

Por esse motivo, a norma de módulos separa os dois testes. A IEC 61215 exige um pré-condicionamento UV de 15 kWh/m² na faixa de 280 a 400 nm, dos quais pelo menos 5 kWh/m² entre 280 e 320 nm, a uma temperatura de módulo de 60 ± 5 °C – antes mesmo de o módulo entrar na sequência de ciclagem térmica e umidade-congelamento. Nenhum simulador solar produz esse pré-condicionamento; uma câmara de teste UV com lâmpadas projetadas para isso, sim.

É exatamente aí que se posicionam as câmaras de irradiação da Opsytec:

• BS-04 – câmara de teste UV de grande porte, comutável entre UVA-351, UVB-313 e UVC. A comutabilidade é o ponto central aqui: os 5 kWh/m² na faixa UVB não podem ser alcançados com uma lâmpada apenas UVA.
• BS-05 – câmara de teste UV para envelhecimento e fotoestabilidade com alta uniformidade em toda a área da amostra. Como a dose se acumula ao longo de semanas, qualquer não uniformidade se reflete diretamente no resultado: um desvio de 10 % na área corresponde a uma diferença de 10 % na dose ao final, e não a um ruído que se compensa em média.

Ambas operam com controle de dose via UV-MAT – o teste termina ao atingir uma dose em kWh/m², e não após um número determinado de dias. Essa é a diferença entre um teste que comprova o valor exigido e um que apenas o estima: as lâmpadas envelhecem, e uma irradiância considerada constante ao longo de seis semanas não é realista.

Fabricação de células e módulos. Na produção industrial, testadores de flash classificam os módulos em classes de potência com base no seu desempenho medido sob irradiação simulada. O que importa aqui é, acima de tudo, a estabilidade temporal durante a curta duração do flash, já que o throughput e a reprodutibilidade dependem diretamente da repetibilidade do flash.

Pesquisa e desenvolvimento. Laboratórios universitários e institucionais - por exemplo, no desenvolvimento de novos materiais absorvedores - precisam de simuladores espectralmente flexíveis que muitas vezes operam continuamente, pois novos conceitos de células, como tandems de perovskita-silício, devem ser caracterizados sob luz estacionária definida para captar efeitos metaestáveis. O parâmetro de processo crítico é a sintonia espectral em relação à respectiva subcélula.

Laboratórios acreditados de calibração e certificação. A verificação de eficiência independente do fabricante requer células de referência rastreáveis e uma caracterização documentada e espectralmente resolvida da fonte do simulador. O parâmetro de processo crítico é a incerteza de medição do fator de descasamento espectral (spectral mismatch), que deve ser indicada no certificado de calibração.

Fotovoltaica espacial. Para células de satélites e espaçonaves, a referência não é o AM1.5G, mas sim o espectro extraterrestre AM0, com uma irradiância de aproximadamente 1367 W/m² e um componente de comprimento de onda curto mais forte do que o do AM1.5G, já que a atmosfera terrestre não filtra mais o espectro. O que é decisivo aqui é a correspondência espectral nas faixas UV e azul.

Fotovoltaica de concentração (CPV). Sistemas que concentram opticamente a luz solar requerem simuladores com alta irradiância, de várias centenas a vários milhares de "sóis". O parâmetro de processo crítico é a uniformidade do ponto de luz fortemente focalizado, já que as não homogeneidades em alta concentração se traduzem de forma desproporcional em efeitos térmicos e elétricos locais.

Envelhecimento de materiais e encapsulamento. Adjacente ao teste de desempenho elétrico está o teste de envelhecimento acelerado de filmes encapsulantes, adesivos, materiais de back-sheet e revestimentos antirreflexo sob irradiação UV. Aqui, o que importa não é o rendimento elétrico, mas sim o efeito fotoquímico - veja mais informações sobre o assunto em envelhecimento UV, solidez da cor e fotoestabilidade.

Células solares tandem e multijunção requerem simuladores multifonte com, tipicamente, várias dezenas de canais espectrais controláveis de forma independente. Um sistema construído no Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE para módulos tandem de perovskita-silício combina 28 canais de luz espectralmente ajustáveis distribuídos em 40 fontes de luz com um total de 18.400 LEDs, abrangendo uma faixa de comprimento de onda de 320 a 1650 nanômetros, e permite adicionalmente simular diferentes horários do dia e espectros de localização (Fraunhofer ISE, 2023).

Módulos bifaciais requerem irradiação controlada tanto da face frontal quanto da face posterior, já que o rendimento adicional da face posterior em campo depende da radiação difusa e refletida. A especificação técnica IEC TS 60904-1-2 descreve procedimentos para a medição das curvas características de células e módulos bifaciais sob irradiação tanto natural quanto simulada.

Materiais instáveis (perovskita). Os simuladores de flash clássicos usados na fabricação de silício não podem ser facilmente utilizados para células baseadas em perovskita, pois a curta duração do flash não é suficiente para capturar o comportamento metaestável induzido pela luz dessa classe de materiais. É necessária a caracterização sob iluminação contínua com medição estabilizada de potência ao longo de um período definido - um procedimento acordado por um consórcio internacional de pesquisa recomenda, entre outras coisas, intensidades de luz de 800 a 1000 W/m² com as características espectrais da fonte documentadas (Khenkin et al., 2020).

Irradiação concentrada. Para sistemas CPV, são utilizados simuladores contínuos de xenônio com bastão homogeneizador e óptica de colimação, ou configurações pulsadas de alto fluxo que produzem brevemente várias centenas de sóis sem sobrecarregar termicamente o dispositivo sob teste.

O ponto de partida para qualquer caracterização de simulador solar é a pergunta sobre qual grandeza de medição é, de fato, significativa para a aplicação em questão - e não qual instrumento está disponível no momento. Para o simples monitoramento de intensidade na produção do dia a dia, uma medição radiométrica de banda larga com um sensor de silício ou termopilha calibrado no plano da amostra costuma ser suficiente, desde que o espectro da fonte seja conhecido e estável. Assim que um simulador solar é colocado em operação pela primeira vez, requalificado após a troca de uma lâmpada ou utilizado para certificação, torna-se necessária uma medição com resolução espectral, pois somente ela permite a classificação segundo a IEC 60904-9 e a determinação do fator de descasamento espectral (mismatch factor).

Medições espaciais tornam-se necessárias assim que a área de teste é grande em relação à zona de uniformidade da fonte - por exemplo, para módulos completos em vez de células individuais; a norma exige uma medição em grade em um número mínimo de posições definidas. Medições resolvidas no tempo são indispensáveis para fontes pulsadas ou fontes que dependem de um período de aquecimento térmico, já que a intensidade e, por vezes, o espectro podem mudar durante a janela de medição.

Em linhas de produção automatizadas, o simulador solar costuma fazer parte de um testador de flash inline que testa cada módulo com um pulso de luz curto após a laminação e o classifica automaticamente em classes de potência com base na curva medida. Tecnicamente, o que importa não é tanto a conectividade de rede em si, mas a necessidade de monitorar a estabilidade espectral e relacionada à intensidade da fonte ao longo de milhares de ciclos de teste: o envelhecimento das lâmpadas, a contaminação de elementos ópticos e a deriva térmica alteram gradualmente a irradiância efetiva sem que isso seja visível pela aparência externa do equipamento.

Por isso, conceitos de monitoramento voltados à produção combinam uma medição de referência espectral completa em intervalos mais longos com uma medição de controle contínua e de banda larga, em uma faixa de comprimento de onda fixa, entre os ciclos de calibração completa. Isso permite detectar precocemente um deslocamento espectral gradual, sem a necessidade de executar uma medição espectral completa e demorada a cada ciclo de teste individual. A integração dessas medições de controle ao sistema de controle da planta possibilita detectar automaticamente desvios em relação a um espectro de referência armazenado antes que eles apareçam como módulos classificados incorretamente.

Para cada uma dessas medições, a incerteza de medição deve ser considerada explicitamente: ela compreende a incerteza de calibração do sensor, o próprio descasamento espectral do sensor em relação ao espectro de referência e, para valores de eficiência derivados, a incerteza do fator de descasamento (mismatch factor). A rastreabilidade metrológica dos instrumentos utilizados a padrões nacionais ou internacionais é o pré-requisito para que diferentes laboratórios possam sequer relatar valores comparáveis.

A publicação a seguir desenvolve um método para ajustar com precisão o espectro de simuladores multifonte baseados em LED, especificamente para células solares tandem, sendo, portanto, diretamente relevante para a tecnologia de medição de módulos de perovskita-silício:

"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.

Este trabalho investiga sistematicamente como a incerteza do fator de descasamento espectral pode ser calculada a partir das incertezas dos espectros envolvidos por meio de métodos de Monte Carlo, fornecendo uma base quantitativa para os orçamentos de incerteza de calibração:

"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.

O trabalho fundamental a seguir, frequentemente citado, foi o primeiro tratamento sistemático da incerteza do fator de descasamento espectral sob as Condições de Teste Padrão e continua sendo uma referência metodológica para laboratórios de calibração até hoje:

"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.

Este documento de posicionamento, acordado internacionalmente, define protocolos de medição e de relatório para os testes de estabilidade de células solares de perovskita e fundamenta, entre outras coisas, a necessidade de iluminação contínua e espectralmente documentada em vez de medições de flash curtas:

"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.

A fotovoltaica também aparece em diversas facetas em nossas próprias publicações de clientes - desde o envelhecimento UV do encapsulamento de módulos, passando pelo processamento UV de camadas de células, até o teste de painéis solares para uso em voos espaciais.

Compara quatro materiais encapsulantes para módulos fotovoltaicos sob irradiação UV no Deserto do Atacama - um dos campos de teste mais intensos em UV do mundo para o envelhecimento de módulos.
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.

Investiga como a degradação induzida por UV se desenvolve nos contatos passivados de células de heterojunção de silício - uma das tecnologias de células que esta página nomeia explicitamente como uma classe espectralmente 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).

Utiliza irradiação com UV-LED deliberadamente para o annealing seletivo por camada de células solares de perovskita e determina a energia de cristalização necessária - um exemplo de UV como ferramenta de fabricação, não apenas como método de teste.
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.

Desenvolve uma configuração dedicada de alta irradiância para a fotodegradação acelerada e precisamente controlada de células solares orgânicas - metodologicamente relacionada aos simuladores solares de alto fluxo para fotovoltaica de concentração descritos nesta página.
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 materiais de painéis solares da missão ESA BepiColombo sob alta intensidade e alta temperatura - um exemplo prático de fotovoltaica espacial conforme descrito na seção de campos de aplicação desta página.
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.

Outros trabalhos de áreas temáticas relacionadas estão reunidos nas publicações de clientes, organizadas por tema.

O localizador de publicações lista todas as publicações sobre fotovoltaica que conhecemos – pesquisáveis por equipamento, área e palavra-chave.

• IEC 60904-9:2020, Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements (nacional: DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9); além disso IEC TS 60904-1-2:2024 (módulos bifaciais) 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

Como funciona um simulador solar em fotovoltaica?
Um simulador solar reproduz a irradiância espectral da luz solar sob condições de referência definidas (geralmente AM1.5G, 1000 W/m², temperatura da célula de 25 °C). Uma fonte de luz é ajustada por meio de ópticas, filtros ou - em sistemas de LED - controle eletrônico de canais, de forma que o espectro, a distribuição espacial e o comportamento temporal da irradiância permaneçam dentro dos limites estabelecidos pela norma.

Qual faixa de comprimento de onda ou espectro é adequada para testes fotovoltaicos?
AM1.5G é o padrão para aplicações terrestres, AM0 para aplicações espaciais. A faixa de comprimento de onda relevante depende do tipo de célula: 400–1100 nm para silício clássico, 300–1200 nm para células de filme fino e silício moderno, até 1800 nm para células multijunção III-V.

Qual irradiância é necessária para as Condições de Teste Padrão?
As Condições de Teste Padrão (STC) especificam irradiância de 1000 W/m² AM1.5G a 25 °C de temperatura da célula. Essas três grandezas - espectro, intensidade, temperatura - devem ser atendidas em conjunto; a ausência de qualquer uma delas torna um resultado de medição incomparável com outras medições.

Qual é a diferença entre a classe AAA e a classe A+A+A+?
Ambas denotam a classificação mais alta, ou uma classificação estendida, segundo a IEC 60904-9. A classe AAA atende à classe A nos três critérios (espectro, uniformidade, estabilidade). A classe A+ foi introduzida em 2020, exige tolerâncias duas vezes mais rígidas que a classe A e deve ser demonstrada em uma faixa espectral estendida de 300–1200 nm.

Por que um simulador solar produz valores de medição incorretos apesar de uma potência de lâmpada nominalmente suficiente?
A potência elétrica da lâmpada e a irradiância óptica no plano da amostra não estão acopladas linearmente; envelhecimento, condição do filtro e temperatura alteram a eficiência eletro-óptica. Além disso, pode ocorrer um erro de incompatibilidade espectral quando o espectro da fonte e a responsividade da célula divergem do caso de referência - esse erro é independente da intensidade e deve ser corrigido por cálculo. A derivação geral – da potência elétrica, passando pela eficiência eletro-óptica, até a grandeza de medição no ponto de ação – é apresentada em grandezas radiométricas.

Como é medida a irradiância espectral de um simulador solar?
A caracterização espectral é realizada com um espectrorradiômetro calibrado no plano da amostra, complementada por uma medição em varredura em toda a área de teste para determinar a uniformidade espacial e, no caso de fontes pulsadas, por uma medição resolvida no tempo durante a duração do flash.

Qual tecnologia de simulador é adequada para células solares em tandem?
Células solares em tandem de perovskita-silício e células multijunção requerem simuladores de LED multifonte com canais espectrais controláveis de forma independente, pois cada subcélula deve ser ajustada individualmente à sua fotocorrente de referência. Sistemas clássicos de xenônio com lâmpada única ou dupla geralmente não conseguem atender a esse requisito.

Por que uma imagem instantânea de um testador de flash não é suficiente para células de perovskita?
Materiais de perovskita apresentam comportamento metaestável induzido pela luz, que só se estabiliza após vários segundos a minutos de iluminação contínua. Um flash na faixa de milissegundos captura apenas um estado transitório; por isso, os protocolos de teste acordados exigem uma medição de potência resolvida no tempo sob luz em estado estacionário.

A reprodução controlada da luz solar é necessária em diversos campos: medição de luz e displays compartilha a espectrorradiometria e a cadeia de calibração, a fabricação de eletrônicos e semicondutores fornece os processos dos quais as células se originam, e a produção fotocatalítica de hidrogênio trabalha com as mesmas condições AM1.5 para tornar as eficiências comparáveis. O panorama completo está na visão geral de aplicações UV.

Uma designação de classe nominal diz pouco sobre a estabilidade e a uniformidade espectral que um simulador solar realmente apresenta durante a operação contínua. Quem precisa de valores de eficiência confiáveis para células, módulos ou novas classes de materiais não pode prescindir de uma caracterização espectralmente resolvida no plano da amostra - e de uma calibração rastreável da instrumentação utilizada para isso. Para a caracterização espectral de simuladores solares e da irradiância global, está disponível o SR900; para o monitoramento contínuo de uma faixa de comprimento de onda fixa entre ciclos completos de calibração, um RMD Pro; e para testes controlados de exposição UV de materiais encapsulantes, câmaras de irradiação com operação de controle de dose via UV-MAT. Entre em contato conosco sobre sua necessidade de teste.