O Instituto de Metrologia de Fujian (FMI) da China e o Centro Nacional de Medição e Teste da Indústria Fotovoltaica (NPVM) criaram um sistema de rastreabilidade metrológica para tecnologias de células solares baseadas em materiais de silício ou perovskita.
Os pesquisadores explicaram que atualmente existem três métodos de calibração e rastreabilidade de células solares: o Physikalisch-Technische Bundesanstalt na Alemanha (PTB); o Instituto Nacional de Metrologia da China (NIM); e o Instituto de Pesquisa de Tecnologia Industrial em Taiwan (ITRI).
Os três métodos são todos baseados na responsividade espectral diferencial (DSR), que é um método padrão para medir a responsividade espectral de detectores fotovoltaicos em um nível de alta irradiância. “O sistema de calibração DSR do PTB atualmente tem uma incerteza de 0,56% na medição da corrente de curto-circuito das células solares de referência, e os do NIM e do ITRI têm incertezas de 0,9% e 0,7%, respectivamente”, especificaram.
A equipe chinesa estabeleceu o novo sistema referindo-se ao padrão IEC 60904-4, que define os requisitos para procedimentos de calibração para a rastreabilidade de células solares de silício, e o padrão IEC 60904-2, que define os requisitos para a classificação, seleção, embalagem, marcação, calibração e cuidados de dispositivos de referência fotovoltaicos.
“Primeiro, desenvolvemos um sistema de calibração de responsividade espectral diferencial (DSR) e o método de medição correspondente, depois usamos esse sistema para realizar a transferência de calibração do detector padrão para a célula solar da Escala Fotovoltaica Mundial (WPVS) servindo como referência primária, construindo assim a capacidade de medição para células solares de referência primária”, explicaram ainda.
O método DSR proposto pode medir a responsividade espectral absoluta de uma célula solar WPVS sob uma luz de polarização branca de 1000 W / m2 na faixa de seu comprimento de onda de resposta efetivo. Em seguida, ele pode comparar esses valores com os da distribuição espectral solar de referência AM1.5 de acordo com o padrão IEC 60904-3, que descreve os princípios básicos de medição para determinar a saída elétrica de dispositivos fotovoltaicos e calcular o valor de calibração da célula solar WPVS.
Todo o procedimento é implementado mantendo a temperatura da célula solar de referência e dos detectores padrão a 25 C, usando uma luz de polarização branca ajustável na faixa de irradiância de 0,01-1,2 sol e utilizando uma luz monocromática uniforme ajustável entre 280 nm e 1200 nm.
O grupo também criou equipamentos adequados para células de silício e perovskita e disse que esse equipamento permite usar simuladores solares para avaliar o desempenho da célula, transferindo dados de dispositivos fotovoltaicos WPVS para as células solares de referência secundárias.
O sistema de calibração consiste em um sistema de luz monocromática, um sistema de luz de polarização, uma plataforma de medição de movimento 3D com controle de temperatura e um sistema de medição elétrica.
O sistema de luz monocromática é equipado com uma lâmpada de xenônio, uma lâmpada halógena, dois monocromadores com 3 grades, um helicóptero, uma roda de filtro e um módulo de lente óptica, enquanto o sistema de luz de polarização usa um conjunto de lâmpadas halógenas e fonte de alimentação DC programável. Além disso, a plataforma de medição consiste em uma plataforma de deslocamento automático 3D de alta precisão, uma plataforma com temperatura controlada e um sistema programável de alta precisão com controle de temperatura. Finalmente, o sistema de medição elétrica é baseado em dois pré-amplificadores de sinal, dois amplificadores lock-in, um multímetro digital de alta precisão com um dispositivo de aquisição de dados multicanal e um software de aquisição de dados.
“O sistema de calibração desenvolvido participou da comparação internacional duas vezes, demonstrando uma incerteza de 0,7% e realizando a ‘equivalência internacional’, que está em nível de classe mundial, afirmaram os cientistas.
O novo sistema foi introduzido no estudo “The establishment of a metrological traceability system for solar cells“, publicado em Measurements: Sensors.
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