JJF(津) 202-2026 太阳模拟器校准用检测器校准规范

1 范围

本规范适用于地面 400nm~1100nm 和 300nm~1200nm 波段稳态和瞬态太阳模拟器校准用检测器的校准。本规范包括不稳定度和线性度关键参数的计量特性、校准方法、校准结果表述等内容。

2 引用文件

IEC 60904-9 2020 光伏器件第9部分:太阳模拟器特性分类

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3 术语及单位

3.1 不稳定度 Instability

在一定时间范围内，检测器信号变化的最大值 (S_max) 和最小值 (S_min) 之间的相对偏差，单位%。

3.2 线性度 Linearity

检测器信号随着辐照度的变化，利用最小二乘法计算线性度，单位 %/W/m²

4 概述

检测器主要用于太阳模拟器辐照度不均匀度和辐照度不稳定度的校准，检测器探头可采用封装的硅光电探测器或单晶硅光伏电池。对于光伏组件测试用太阳模拟器，检测器探头的最大尺寸为 20cmx20cm。对于光伏电池测试用太阳模拟器，检测器探头尺寸不应大于测试区域尺寸的 1/5;如果测试区域的某方向尺寸小于 10cm，则建议使用光电探测器或带掩膜板的光伏电池。检测器搭配 I-V 转换标准，或者内部封装电阻，用数据采集卡采集电压信号来进行太阳模拟器的校准，如图 1 所示。当检测器内部封装电阻后，计量不稳定度和线性度时，采集到的是电压信号；当检测器内部没有封装电阻，采集到的信号为电流信号。

5 计量特性

5.1 不稳定度

不稳定度优于 0.2%。

5.2 线性度

线性度优于 0.2%。

注:具体计量特性，可参照被校测试系统的技术要求。以上要求不适用于合格性判别，仅供参考。

6 校准条件

6.1 环境条件

温度:（25±2）℃；相对湿度:≤80%；

电源电压:220V±22V；电源频率:50Hz±0.5Hz；

周围无影响校准工作的机械振动和电磁干扰，并具有良好的接地；无腐蚀性及易燃、易爆气体。

6.2 测量标准

6.2.1 太阳模拟器:光谱匹配度、辐照度不均匀度、辐照度不稳定度符合 IEC 60904-9:2020中所规定的的 AAA 级要求，即与标准光谱辐照度分布的光谱失配偏差不大于 25%；辐照度不均匀度不大于 2%，辐照度短期不稳定度不大于 0.5%，辐照度长期不稳定度不大于 2%。

6.2.2 标准光源:标准灯的供电电源采用高稳定度直流电源,电压连续可调,10min 内输出电压变化不大于 0.05%。标准电阻:0.01 级，数字电压表:0.01 级。

7 校准项目和校准方法

7.1 校准前检查

记录被校检测器的名称、规格型号、生产厂商、出厂编号等。检查检测器电池片的外观状况，清洁程度，有无裂纹、斑点气泡和划痕等影响校准的缺陷。

7.2 校准项目

本规范校准项目包括不稳定度和线性度。

将标准光源对检测器进行持续照射待检测器温度稳定后，利用数据采集卡采集信号，连续采集 20min,找出检测器的最大值 (S_max) 和最小值 (S_min) ，检测器的不稳定度 S_s 按公式(1)计算。

S_s = (S_max - S_min) / (S_max + S_min) ×100%(1)

式中:

S_s^- 检测器的不稳定度，无量纲；

S_max 测试时间内检测器最大值，mV 或 A；

S_min 测试时间内检测器最小值，mV 或 A。

注:当检测器内部封装电阻，检测器信号单位为 mV，当检测器内部不封装电阻，检测器信号单位A。

设置太阳模拟器光强，按照太阳模拟器测量范围均匀分布，一般包括上限值、下限值和 1000W/㎡在内不少于 5 个点，在不同辐照度下采集检测器信号 S，利用最小二乘法拟合出光强 W 和 S 的曲线，斜率为 K， S=KW+B ,线性度 W_COE 按照公式（2）进行计算。

W_COE = K / S₁₀₀₀ ×100%(2)

式中:

W_COE 为检测器的线性度，单位为 %/W/m² ；

K 为 W 和 S 最小二乘法拟合曲线的斜率，单位为 mV/W/㎡或 A/W/m² ；

S₁₀₀₀ 为最小二乘法拟合公式中当 W 为 1000W/㎡时的采集信号,单位为 mV 或 A。

注:当检测器内部封装电阻，检测器信号单位为 mV，当检测器内部不封装电阻，设置偏置电压后测量检测器信号单位 A。

8 校准结果

校准结果应在校准证书上反映，校准证书应至少包含以下信息:

a）标题:“校准证书”；

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；

d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e）客户的地址和名称；

f）被校对象的描述和明确标识；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；

h）如果与校准结果的有效性应用相关时，应对被样品的抽样程序进行说明；

i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k）校准环境的描述；

l）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离的说明；

n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

o）校准结果仅对被校对象有效的声明；

p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。

9 复校时间间隔

建议复校时间间隔为 1 年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量问题等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。

附录 A 原始记录参考格式

标准器名称	编号	不确定度或准确度等级或最大允许误差	证书编号	证书有效期	溯源机构名称

目标辐照度(W/m2)	实测辐照度 W(W/m2)	检测器采集信号S(mV)	最小二乘法拟合公式
			S=KW+B
计算公式: WCOE=K/S1000×100%

校准机构授权说明
校准所依据的技术文件（代号、名称）:
校准所使用的主要计量器具:
名称	编号	准确度等级/最大允许误差/不确定度	证书编号	证书有效期至	溯源机构
校准地点及其环境条件:地点:温度: 相对湿度: 其他:

最大值(Smax)	最小值(Smin)	不稳定度Ss

附录 B 校准结果

附录 C 校准结果不确定度评定示例

C.1 不稳定度校准不确定度评定

S_s = (S_max - S_min) / (S_max + S_min) ×100%

模型中各输入量对输出量的灵敏系数绝对值均为 l。

不确定度主要来源:标准光源引入的不确定度 u1；采集卡的读数分辨力引起的不确定度 u2；测量重复性引入的不确定度分量 u3；温度偏差引起的不确定度 u4。

C.1.3.1 标准光源引入的不确定度 u1

标准光源其 10min 输出电压变化≤0.02%，按均匀分布考虑，包含因子 k=√3 ，则:
u₁=0.02%/ √3 ≈0.012%

C.1.3.2 采集卡的读数分辨力引起的不确定度 u₂

选用 6 位半分辨力采集卡，检测器信号典型值为 100mV，分辨力引起的相对偏差为0.005%。按均匀分布， k=√3 ，则: u₂ =0.005 / √3 ≈0.0029% 。

C.1.3.3 测量重复性引入的不确定度 u3

在相同校准条件下，对同一台检测器的不稳定度重复测量 6 次，得到测量结果 (%) :0.08、0.07、0.09、0.07、0.08、0.08。

计算平均值: x^- = (0.08 +0.07 +0.09 +0.07 +0.08 +0.08) /6 =0.08%

计算实验标准偏差: s = √((Σ_i=1ⁿ(x - x_i)²)/(n -1))≈0.008%

单次测量的标准不确定度: u₃=s=0.008%

C.1.3.2 温度偏差引起的不确定度 u₄

校准环境温度允许波动 ±2°C ，根据检测器的温度系数，温度每变化 1^°C ，输出信号偏差≤0.1%，则温度波动最大偏差为 0.2%。按均匀分布， k=√3 ，则:

u₄ =0.2 / √3 ≈0.115 %

主要标准不确定度汇总表如表 C.1 所示

不确定度来源	相对标准不确定度		灵敏系数	输出量标准不确定度分量
	符号	数值
标准光源引入的不确定度	u1	0.012%	1	0.012%
采集卡的读数分辨力引起的不确定度	u2	0.0029%	1	0.0029%
测量重复性引入的不确定度	u3	0.008%	1	0.008%
温度偏差引起的不确定度	u4	0.115%	1	0.115%

u_c = √(u₁² + u₂² + u₃² + u₄²) =0.12%

对应 p 约为 95%包含概率，取 k=2，则扩展不确定度为:

U=ku_c=2×0.12=0.24 ，换算至相对扩展不确定度为: U_rel=0.24%, k=2 。

C.2 检测器线性度校准的不确定度的评定

W_COE = K / S₁₀₀₀ ×100 %

模型中各输入量对输出量的灵敏系数绝对值均为 l。

不确定度主要来源:太阳模拟器辐照度设置误差引入的不确定度 u5；最小二乘法拟合引入的不确定度 u6；检测器信号重复性引起的不确定度 u₇; ；采集系统非线性引入不确定度 u8。

C.2.3.1 太阳模拟器辐照度设置误差引入的不确定度 u₅

太阳模拟器为 IEC 60904-9:2020 AAA 级，辐照度设置误差≤0.5%，按均匀分布， k=√3
则: u₅=0.5%/k=√3=0.29%

C.2.3.2 最小二乘法拟合引入的不确定度 u₆

对检测器在 200 W/㎡、800 W/㎡、1000 W/㎡、 1100 W/m² 、1200W/㎡ 5 个档位各重复采集 3 次信号，用最小二乘法拟合 W−S 曲线，得到拟合残差的实验标准偏差 s=0.012%，则: u₆=0.012%

C.2.3.3 检测器信号重复性引起的不确定度 u7

在 1000W/㎡档位下，重复采集检测器信号 10 次，计算实验标准偏差 s=0.009%，则:
u₇=0.009% 。

C.2.3.4 采集系统非线性引入不确定度 u8

I-V 转换器与采集卡的综合非线性偏差≤0.1%，按均匀分布，k=√3，则:

u₈ = 0. 1 % / √3 = 0. 0 5 8 %

主要标准不确定度汇总表如表 C.2 所示

不确定度来源	标准不确定度值		|c𝑖 |	|c𝑖 | u(x𝑖)
	符号	数值
太阳模拟器辐照度设置误差引入的不确定度	u5	0.29	1	0.29
最小二乘法拟合引入的不确定度	u6	0.012	1	0.012
检测器信号重复性引起的不确定度	u7	0.009	1	0.009
采集系统非线性引入不确定度	u8	0.058	1	0.058

各不确定度分量独立不相关，则合成标准不确定度 u
c 为:

u_c = √(u₅² + u₆² + u₇²) =0.3 %

对应 p 约为 95%包含概率，取 k=2，则扩展不确定度为:

U = ku_c =2 ×0.3 =0.6 %

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