Unikalne w skali kraju Akredytowane Laboratorium Fotowoltaiczne jest częścią Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk (LF IMIM PAN) i znajduje się w Kozach k/ Bielska Białej. Jak wspomniano w artykule („Pierwsze w Polsce Akredytowane Laboratorium Fotowoltaiczne – cz.1”) aby laboratorium mogło świadczyć usługi na najwyższym poziomie konieczne jest spełnienie kilku wzajemnie uzupełniających się elementów. Każdy z nich jest ważny w takim samym stopniu. Należą do nich: 

  • Pracujący w nim naukowcy oraz pracownicy techniczni - ich wiedza i doświadczenie
  • Posiadana aparatura badawcza
  • Rodzaj i zakres akredytacji (więcej w artykule: „Pierwsze w Polsce Akredytowane Laboratorium Fotowoltaiczne -cz.1”)

Kolejność w jakiej wymieniono te istotne elementy nie jest przypadkowa. Elementem kluczowym jest człowiek, a w tym przypadku zespół naukowców. Ważne jest aby posiadali odpowiednie wykształcenie (cały personel laboratorium to osoby z tytułem doktora lub doktora habilitowanego), a jeszcze ważniejsze aby mieli odpowiednie doświadczenie zawodowe i naukowe. Tego ostatniego pracownikom Laboratorium Fotowoltaicznego IMIM PAN na pewno nie brakuje. Badania nad ogniwami fotowoltaicznymi zespół naukowców z LF IMIM PAN prowadzi od 1977 roku. To w tym laboratorium opracowano pierwsze w Polsce wielkopowierzchniowe ogniwo na bazie krzemu i to w tym laboratorium wykonano pierwsze krajowe moduły fotowoltaiczne, które połączone w instalację PV znalazły się na dachu schroniska górskiego na Chrobaczej Łące w Beskidach. 

Drugim wymienionym elementem jest aparatura badawcza. LF IMIM PAN posiada nowoczesną, zaawansowaną technologicznie infrastrukturę badawczą pozwalającą na prowadzenie szerokiego spectrum kluczowych pomiarów parametrów ogniw i modułów PV. Ten, który służy do charakteryzacji parametrów ogniw i modułów fotowoltaicznych opisano poniżej. 

Aparatura pomiarowa LF IMIM PAN

Laboratorium Fotowoltaiczne IMIM PAN posiada dwa symulatory światła słonecznego wraz z dedykowanymi systemami pomiarowymi i specjalistycznym oprogramowaniem. 

Symulator do pomiaru parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych. Model: Quick Sun 820A Producent: Endeas. 

Symulator światła słonecznego przeznaczony jest do pomiarów charakterystyki prądowo-napięciowej oraz wynikających z niej parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych. Urządzenie składa się z najwyższej jakości źródła światła w postaci błyskowej lampy ksenonowej, która pozwała podczas pomiaru oświetlić moduł światłem zbliżonym do promieniowania słonecznego (zgodnie z normą dla symulatorów słonecznych). Lampa ta zasilana jest z generatorów błysku, które pozwalają na przekazanie energii odpowiedniej dla badań prowadzonych w warunkach STC (Standard Test Conditions). Urządzenie wyposażone jest w jednostkę centralną pozwalającą na sterowanie błyskiem oraz akwizycję danych. Za obróbkę danych uzyskanych podczas pomiaru odpowiedzialne jest oprogramowanie firmy Endeas. Dodatkowo całe urządzenie wyposażone zostało w specjalną klatkę testową, pozwalającą na prowadzenie pomiarów w całkowitym zaciemnieniu oraz czujnik podczerwieni do bezkontaktowego pomiaru temperatury modułu.

Symulator światła słonecznego wraz z systemem pomiarowym charakterystyk I-V ogniw słonecznych. Model SS 200AAA, Producent: Photo Emission Tech Inc. System pomiarowy charakterystyk I-V: „Solar cell I-V curve tracer" model SS I-V CT-02" oraz dodatkowa jednostka „Auxillary Unit" model AxU ver. 2. Producent: PV Test Solutions Tadeusz Żdanowicz.

Symulator ten wraz z systemem pomiarowym charakterystyk I-V przeznaczony jest do pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych ogniw fotowoltaicznych w warunkach STC (Standard Test Conditions) oraz NOCT (Nominal Operating Cell Temperature Conditions) wg normy europejskiej o numerze IEC 61853-1. Źródłem światła jest wyładowcza lampa ksenonowa o mocy 1430 W. Światło to po przejściu przez filtr („Air Mass Filter") oraz układ optyczny ma rozkład widmowy zbliżony do AM1.5G oraz jednorodnie oświetla stolik pomiarowy. Temperatura stolika jest kontrolowana przez grzewczo-chłodzący kontroler w zakresie 0-60°C, który zasila cztery ogniwa Peltiera o maksymalnej całkowitej mocy 280 W umieszczone na tylnej powierzchni stolika. 

Obraz zawierający tekst, wewnątrz, komputer Opis wygenerowany automatycznie Obraz zawierający wewnątrz Opis wygenerowany automatycznie

Rys.1. Symulator światła słonecznego do pomiaru parametrów ogniw PV – stolik pomiarowy wraz z mierzonym ogniwem

Oba symulatory światła słonecznego pracują w klasie pomiarowej AAA określonej zgodnie z normą IEC 60904-09, ed. 2. 

Wyniki pomiarów – co trafia do klienta?

Wynikami pomiarów parametrów elektrycznych modułów PV oraz ogniw PV są kompletne charakterystyki prądowo-napięciowe, jak również takie dane, jak: 

  • ISC - prąd zwarcia,
  • IMPP - prąd w punkcie mocy maksymalnej,
  • VOC - napięcie obwodu rozwartego,
  • VMPP - napięcie w punkcie mocy maksymalnej,
  • PM - moc maksymalna,
  • FF - współczynnik wypełnienia charakterystyki I-V,
  • Eff - sprawność konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną.

Wszystkie uzyskane wyniki prezentowane są w postaci liczbowej wraz zakresami niepewności pomiarowej zaś charakterystyki prądowo-napięciowe - w postaci graficznej. 

Działalność laboratorium – podnoszenie kwalifikacji i rozwój fotowoltaiki

Laboratorium Fotowoltaiczne jest integralną częścią Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN. Wykonywane są tutaj nie tylko akredytowane pomiary parametrów modułów i ogniw PV, ale także prowadzone badania naukowe dotyczące rozwoju nowych rodzajów modułów PV (więcej w artykule: „Innowacyjne moduły PV na ekrany dźwiękochłonne”) oraz rozwoju nowych rodzajów ogniw 

Współpracujemy z wiodącymi, krajowymi producentami modułów PV, którzy testują u nas swoje produkty, jak również dystrybutorami, które te produkty oferują. Do tych drugich należą zarówno firmy, które tylko „sprzedają fotowoltaikę”, jak również takie, które chcą przyczyniać się do rozwoju szeroko pojętej fotowoltaiki (więcej w artykule: „Ogólnopolskie Badanie Rynku Instalacyjnego PV”). 

Najbardziej zaawansowany rodzaj współpracy to wspólne badania z firmami z branży fotowoltaicznej także te oparte o program doktorat wdrożeniowy (więcej w artykułach: „Nowe luminescencyjne koncentratory energii przeznaczone do procesów hermetyzacji modułów” oraz „Nowe możliwości wykorzystania nieaktywnej powierzchni modułów PV”)  

Moduły fotowoltaiczne (PV) różnią się między sobą wieloma cechami. Są to, między innymi, rozmiar, rodzaj zastosowanych ogniw, układ materiałów a nawet kolor czy rodzaj ramy mocującej. Najważniejszym jednak parametrem – a właściwie ich zestawem – wyróżniającym dany moduł, są jego parametry elektryczne. Każdy moduł PV posiada kartę katalogową oraz tabliczkę znamionową, na których znajdują się najważniejsze z nich, takie jak: moc maksymalna, prąd zwarcia, napięcie obwodu otwartego czy wreszcie sprawność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną (więcej w artykule: „Moduły PV o najwyższej sprawności konwersji energii”). Wartości te wyznaczają sami producenci modułów podczas ostatecznej kontroli jakości. Problem pojawia się wtedy gdy zachodzi konieczność potwierdzenia tych parametrów (obowiązek przy przetargach) lub sprawdzenia ich wartości w przypadku, gdy moduł nie produkuje tyle energii ile od niego oczekujemy. Istnieją proste sposoby pomiaru podstawowych parametrów przy użyciu przenośnych urządzeń pomiarowych. 

Typowe moduły fotowoltaiczne (PV) montowane są najczęściej na dachach budynków lub na gruncie. Jednak to nie jedyne miejsce, na którym można zainstalować system fotowoltaiczny. Od wielu lat rozwijany jest także dział fotowoltaiki określany jako BIPV (Building Integrated Photovoltaics) czyli fotowoltaika zintegrowana z budynkami. W aktualnej fazie rozwoju technologii termin ten dotyczy najczęściej pokryć dachowych (więcej w artykule” „Dachówki fotowoltaiczne – trendy rynkowe”) bądź elementów fasady budynków. Jednak nie są to jedyne obiekty, jakie można zaliczyć do grupy BIPV. Są nimi także inne elementy budowlane, jak choćby ekrany dźwiękochłonne znajdujące się wzdłuż ciągów komunikacyjnych - w tym torowisk PKP. Ciekawym przykładem takiej realizacji jest opracowany w ostatnich latach w Polsce innowacyjny moduł fotowoltaiczny do zastosowania na ekranach dźwiękochłonnych.