El Instituto de Metrología de Fujian (FMI, por sus iniciales en inglés) de China y el Centro Nacional de Medición y Ensayo de la Industria Fotovoltaica (NPVM) han creado un sistema de trazabilidad metrológica para tecnologías de células solares basadas en materiales de silicio o perovskita.
Los investigadores explicaron que actualmente existen tres métodos de calibración y trazabilidad de células solares: el Physikalisch-Technische Bundesanstalt de Alemania (PTB); el Instituto Nacional de Metrología de China (NIM); y el Instituto de Investigación de Tecnología Industrial de Taiwán (ITRI).
Los tres métodos se basan en la respuesta espectral diferencial (DSR), que es un método estándar para medir la respuesta espectral de los detectores fotovoltaicos a un nivel de alta irradiancia. «El sistema de calibración DSR del PTB tiene actualmente una incertidumbre del 0,56 % en la medición de la corriente de cortocircuito de las células solares de referencia, y los del NIM y el ITRI tienen incertidumbres del 0,9 % y el 0,7 %, respectivamente», especificaron.
El equipo chino estableció el nuevo sistema tomando como referencia la norma IEC 60904-4, que establece los requisitos de los procedimientos de calibración para la trazabilidad de las células solares de silicio, y la norma IEC 60904-2, que establece los requisitos para la clasificación, selección, embalaje, marcado, calibración y cuidado de los dispositivos fotovoltaicos de referencia.
«En primer lugar, desarrollamos un sistema de calibración de respuesta espectral diferencial (DSR) y el método de medición correspondiente, y luego utilizamos este sistema para realizar la transferencia de calibración desde el detector estándar a la célula solar de la Escala Fotovoltaica Mundial (WPVS) que sirve como referencia primaria, creando así la capacidad de medición para las células solares de referencia primaria», explicaron además.
El método DSR propuesto puede medir la respuesta espectral absoluta de una célula solar WPVS bajo una luz de polarización blanca de 1000 W/m2 en el rango de su longitud de onda de respuesta efectiva. A continuación, puede comparar estos valores con los de la distribución espectral solar de referencia AM1.5 según la norma IEC 60904-3, que describe los principios básicos de medición para determinar la potencia eléctrica de los dispositivos fotovoltaicos, y calcular el valor de calibración de la célula solar WPVS.
Todo el procedimiento se lleva a cabo manteniendo la temperatura de la célula solar de referencia y de los detectores estándar a 25 ºC, utilizando una luz de polarización blanca que es ajustable en el rango de irradiancia de 0,01-1,2 sol, y utilizando una luz monocromática uniforme que es ajustable entre 280 nm y 1200 nm.
El grupo también creó un equipo apto tanto para células de silicio como de perovskita y afirmó que este equipo permite utilizar simuladores solares para evaluar el rendimiento de las células transfiriendo los datos de los dispositivos fotovoltaicos WPVS a las células solares secundarias de referencia.
El sistema de calibración consta de un sistema de luz monocromática, un sistema de luz de polarización, una plataforma de medición mocional 3D con control de temperatura y un sistema de medición eléctrica.
El sistema de luz monocromática está equipado con una lámpara de xenón, una lámpara halógena, dos monocromadores con 3 rejillas, un chopper, una rueda de filtros y un módulo de lentes ópticas, mientras que el sistema de luz de polarización utiliza un conjunto de lámparas halógenas y una fuente de alimentación de CC programable. Además, la plataforma de medición consta de una plataforma de desplazamiento automático 3D de alta precisión, una plataforma de temperatura controlada y un sistema programable de temperatura controlada de alta precisión. Por último, el sistema de medición eléctrica se basa en dos preamplificadores de señal, dos amplificadores lock-in, un multímetro digital de alta precisión con un dispositivo de adquisición de datos multicanal y un software de adquisición de datos.
«El sistema de calibración desarrollado participó en dos ocasiones en comparaciones internacionales, demostrando una incertidumbre del 0,7% y alcanzando la ‘equivalencia internacional’, que está a la altura del nivel mundial», afirmaron los científicos.
El nuevo sistema se presentó en el estudio «The establishment of a metrological traceability system for solar cells» (Establecimiento de un sistema de trazabilidad metrológica para células solares), publicado en Measurements: Sensors.
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