certificato
Affinché i risultati forniti da simulatore solare siano corretti, è necessario che quest’ultimo sia calibrato. Per fare ciò si esegue la seguente procedura: si testa una cella di calibrazione e si confrontano i parametri forniti dal simulatore, con quelli presenti nel certificato di calibrazione fornito dall’istituto certificato. Se i parametri coincidono il simulatore è calibrato; in caso contrario si esegue la calibrazione dello strumento inserendo nel simulatore stesso i dati del certificato di calibrazione. Un nuovo test della cella calibrata dovrebbe fornire gli stessi valori (al netto delle tolleranze) presenti nel certificato. Una volta eseguita questa procedura, i risultati dei vari test che si andranno ad eseguire su altre celle saranno attendibili. Si può facilmente intuire che, alla base di questa procedura, e quindi di estrema importanza per l’uso corretto dei simulatori solari, vi è la cella di calibrazione. Questa altro non è che una comune cella fotovoltaica che viene inviata ad un istituto certificato che la restituisce con certificato di calibrazione in cui sono indicati Voc, Isc, FF, ed efficienza.
Segue la descrizione della procedura usata per la calibrazione di una cella dal laboratorio Cal Lab del Fraunhofer Institute ISE che è un laboratorio accreditato ISO 17025. La calibrazione è eseguita in condizioni standard (STC) come definito dalla serie degli standard IEC 60904. Di conseguenza la calibrazione è portata a termine solo se il dispositivo da testare soddisfa tutti i requisiti che consentono al laboratorio di soddisfare le condizioni STC (cioè contatto termico, controllo della temperatura, possibilità di misurare la corrente senza resistenza di shunt). Non vengono effettuati test sulla stabilità temporale del dispositivo, è quindi compito del cliente selezionare la cella da inviare per il test, cella che deve essere sufficientemente stabile da poter fungere da riferimento.
Per una misura calibrata:
È stabilita la tracciabilità alle unità del Sistema Internazionale di Misura (SI); Devono essere dichiarate le incertezze sulle misure dei parametri della cella; Deve essere rilasciato il certificato di calibrazione.
La cella solare certificata può essere usata come cella di riferimento per stabilire la tracciabilità di una linea di produzione. Nel caso in cui un dispositivo debba essere calibrato, è sempre necessaria la determinazione della sua risposta spettrale.
La procedura di calibrazione avviene secondo i seguenti passi:
1) Determinazione della linearità della corrente di corto circuito
Come primo passo è sempre verificata la linearità della corrente di corto circuito del dispositivo con l’irradianza usando la tecnica White-Light-Response (WRL);
71 2) Misura della curva di risposta spettrale (SR(λ))
Come secondo passo si utilizzano i risultati del primo passo per determinare l’intensità della radiazione di polarizzazione per la misura della risposta spettrale differenziale (DSR). La misura della risposta spettrale è effettuata rispetto ad una cella di riferimento primaria.
3) Determinazione del fattore di non corrispondenza spettrale e procedura di correzione di irradianza
Per la misura della curva corrente tensione è usato un simulatore solare con irradianza costante. Lo spettro di questa radiazione è misurato tramite uno spettro radiometro, calibrato presso gli stessi laboratori del Frauhofer con una lampada standard calibrata PBT (Physikalisch-Technische-Bundesanstalt). Con la conoscenza della curva di risposta spettrale e la misura dello spettro del simulato resi seleziona una cella di riferimento per settare il simulatore, che porta ad avere una discordanza spettrale minima. L’irradianza del simulatore è settata in modo tale da essere pari a 1000W/m2. Inoltre è applicata una correzione per compensare la differenza di irradiazione tra la cella di riferimento (che ha area piccola: 2x2cm2) e la cella in esame. La correzione è calcolata grazie a misura preliminari della distribuzione di irradiazione laterale sul piano di misura con risoluzione di 1cm2.
I parametri I-V sono determinati in due passi. È seguito il principio che prevede di fornire valori calibrati per l’immediato uso nell’industria , con la più alta riproducibilità che si riesca ad ottenere. L’uso ottimale in ambito industriale prevede l’utilizzo di celle “scoperte” con i tab di saldatura. L’uso di piccole strisce per ottenere i contatti, che è lo standard per celle industriali con busbar, introduce ulteriore incertezza nella misura della corrente di corto circuito dovuta all’ombra generata e alle riflessioni. Il grado di influenza di questi fattori dipende dalla precisione con cui si effettua l’allineamento con i busbar. Questi effetti possono variare a seconda della cella, del simulatore solare, e del laboratorio in cui viene effettuata la prova. Presso il Fraunhofer Institute si è deciso di utilizzare una procedura che eviti l’influenza dei tab di contatto e quindi dia valori di corrente di corto circuito che includano i contributi di ombreggiatura relativi solo ai busbar della cella. Oltre a questo, con l’unità di contatto utilizzata viene compensata la resistenza serie dei busbar in modo tale da ottenere misure come se la cella non avesse i busbar. Come detto poche righe fa, la cella deve essere controllata in temperatura; per fare questo la cella è contattata termicamente sul back, per essere mantenuta ad una temperatura di 25°C. questo comporta anche il contato elettrico di tutta la superficie posteriore della cella. Il contatto per la tensione posteriore è posto al centro della piastra che contatta il back della cella. Questa configurazione può portare a ottenere risultati diversi di FF, rispetto alla configurazione con contatti a barre (che è la stessa utilizzata per il front). Per celle con tre busbar (H-pattern design) la variazione di FF può raggiungere l’1%, dove per celle con metallizzazione a bassa resistività per l’intera area, la variazione può essere portata a 0%. Prima dell’inizio della misura la cella è mantenuta in
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posizione tramite vuoto in contatto con la superficie ricoperta d’oro che funge da contatto posteriore. La temperatura sotto irraggiamento è settata a 25±0.5°C, controllando la temperatura della giunzione con un sensore di temperatura tattile posto a contatto con il front. Le variazioni dell’intensità della radiazione durante la procedura di calibrazione sono monitorate e corrette automaticamente.
4) Misura della corrente di corto circuito
Con la radiazione impostata al passo 3, si determina la corrente di corto circuito utilizzando sonde di Kelvin poste su un busbar nelle vicinanze del bordo della cella, in modo tale da introdurre un’ombra trascurabile.
Figura 3.16 – Sonda di Kelvin
5) Misura della curva I-V
Successivamente alla misura della corrente di corto circuito la cella è contattata al front con “barre di contatti” come quelle riportate in figura 3.17, per una misura esatta della curva corrente tensione completa.
Figura 3.17 – Barra di contatti utilizzata per il tracciamento della curva I-V
L’intensità della radiazione della lampada è corretta in modo tale da avere una corrente di corto circuito esente da effetti di ombreggiatura, come quella determinata al punto 4. a questo punto è effettivamente tracciata e misurata la curva corrente tensione.
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