玻璃封板影響矽晶光伏電池模組發電量的實驗玻璃封板影響矽晶光伏電池模組發電量的實驗玻璃封板影響矽晶光伏電池模組發電量的實驗
4.3 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境
圖 4-15 實驗結果與低鐵玻璃透射率曲線的比較
4.3 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境 直射與漫射混合光實驗環境
在白晝期間，架設於地表面上的光伏電池或模組，其面對的自然光是由直射陽光 與天空漫射光組成。本節探討在自然光環境下，光伏電池模組的發電量是否會隨光線 入射角（或模組板面傾斜角）的改變而變化，同時也以變化的光源強度對有玻璃封裝 光伏電池模組進行量測。因為在板面傾斜時對無玻璃封裝的光伏電池單體的固定問 題，現階段的實驗結果只考慮以玻璃封裝的光伏電池模組部分。
4.3.1 實驗室的環境條件實驗室的環境條件實驗室的環境條件實驗室的環境條件
來自天空的自然光變化，在全年期間，會因雲的存在與其量的多寡或其分佈在天 空的狀況，而使自然光的輻射強度發生戲劇性的變化。換言之，除了來自太陽的直射 光束以及可能來自清澈天空的漫射光（受大氣層清澈度影響，例如，水汽、塵埃、浮 游粒子等物質），在天空中的雲層，其對光線的反射率與吸收程度，會使來自天空光 的光線強度產生相當大程度的改變。雲的影響，通常是以雲覆率來表示。由於雲覆率 變化的多變性以及產生的光線強度的不一致性，在實驗室內模擬是非常的困難。對於
影響角度值約在 60°，光強度 1365W/m2下
影響角度值約在 70°，光強度 1000W/m2下
光伏電池的發電量測試，目前是以全天空的光線強度來規範，也就是，在標準試驗條 件中的 1000W/m2。這是指在光伏電池模組受測表面的任一點，其接受的光線強度都 必須是 1000W/m2。像這樣的均齊度要求，經由玻璃鏡面以及具有高擴散度高反射率 材料的使用，是可以達成的。本研究的直射與漫射混合光實驗環境，是利用正懋光電 公司竹南廠的實驗設備：美國 Spire 公司的 SPI-SUN SIMULATOR 350i 模擬器。
一、實驗環境與設備
實驗條件設定為 AM1.5、25℃、可改變的光源強度由 700W/m2至 1000W/m2。在 實驗過程中，以架台來調整模組表面的傾斜角，使光線能以不同的角度照射至模 組。獨立的無塵室環境，避免空氣中塵埃以及濕度可能造成的影響。各項設備分 別說明如下：
（一）SPI-SUN SIMULATOR 350i 模擬平台
SPI-SUN SIMULATORTM 350i 模擬在地面上的 AM1.5 太陽光譜，進行光伏電池 模組的發電量測試。在模擬器內部的底層與四周，有玻璃反射鏡以及高反射率 的擴散表面，使得由光源放射出來的光，因這些在四周的鏡面與擴散表面的影 響而形成一種有直射與漫射的混合光環境。內部由已校準的儀器與電腦系統連 結，可以監測光強度和控制光在連續放射時的一致性。並且由電腦程式自動的 將量測的數據轉換成 I-V 曲線。此模擬系統採用獨特的面朝上照明方式、以及 比較低的設備高度，使其能夠與封裝設備結合，形成一種理想的自動化模組封 裝與測試生產線。SPI-SUN SIMULATOR 350i 模擬器如圖 4-16 所示。
圖 4-16 SPI-SUN SIMULATOR 350i 模擬器 (文獻 A-15)
1. 規格及量測的範圍、條件
（1）測試模組的最大尺寸為 162cm 長、102cm 寬。
（2）光源
● 氙原子照射器，放射出近似於 AM1.5 的光譜。
● 經過標準光伏電池的測試，光強度變化為 700～1000W/m2。
● 低功率循環，避免模組溫度過高。
● 提供漫射光源，光源是朝上方照射。圖 4-17 顯示模擬器的內部構造。
圖 4-17 模擬器內部構造
（3）照射強度均齊性的最大測試面積是 162cm×102cm。照射強度的誤差在±3%
的範圍內。
（4）電壓的量測範圍為 0～150V；電流的量測範圍為 0～20A。
（5）電壓的最低分辨範圍為 0.5mV；電流為 0.05mA。
（6）試驗平台尺寸（玻璃部分）為寬度 198cm、長度 229cm。
（7）模擬器的重量 955kg。
2. 其他特徵
（1）低高度（91cm）、朝上方照射。
（2）可量測的 I-V 曲線參數
● 開路電壓 Voc（open circuit voltage）
● 短路電流 Isc（short-circuit current）
● 在固定電壓時的負載電流（load current）
● 峰值功率（peak power）
● 在最大功率時的電流及電壓
● 電池及模組效率
● 模組的溫度
（3）以四條金屬導線（電線）與模組連接，增加量測的精確度。
（4）光源強度的變化以及模組板底溫度的設定，均可由電腦系統直接控制。
（5）電腦控制系統使用微軟視窗圖形界面，並配備印表機。如圖 4-18。
圖 4-18 電腦控制系統與周邊配備
（6）軟體能儲存被測試模組的參數以及 I-V 曲線，成為數據資料庫。
（二）模組傾斜角調整架
1. 設計的模組板面角度調整架全貌如圖 4-19。外表以黑色平光漆塗黑。角度調 整架被放置在 350i 實驗平台上方，用來放置光伏電池模組。
（a）水平放置 （b）任意角度 圖 4-19 模組傾斜角調整架全貌
2. 在圖 4-19 左側之開口用來承載模組，其尺寸為 45cm × 53cm，這是為配合受 測模組的尺寸而留設。開口四週的邊框設計是為了讓受測模組能放置在上方 而且不掉落。下側邊框的面積與厚度應減至最少的限度，以降低當模組傾斜 時，可能被邊框阻擋的光線。
3. 藉由纜線與特殊的緊固元件的牽拉與固定，讓受測模組能被調整成在設計的 傾斜位置。
（三）傾斜角度調整設備
角度調整與校正設備包括量角器、垂直校正器、以及用來放置量角器的簡便卡
槽，如圖 4-20 所示。簡便卡槽可放置量角器而且能彈性的上下左右移動，便 於對準模組在傾斜變化時的旋轉中心點。當量角器被移動調整後，為確保量角 器底線的水平，需垂直校正，校正設備如圖 4-21 所示。
圖 4-20 量角器與簡便卡槽 圖 4-21 垂直校正器
二、實驗操作與設備限制因素
（一）實驗進行時，關閉室內其他燈源，防止可能由周邊表面材料造成的額外不確定 性的漫射光來源。
（二）由 SPI-SUN SIMULATOR 350i 平台與可調整模組傾斜角度架台的共同使用來 進行實驗。其組合如圖 4-22。
圖 4-22 350i 模擬裝置與可調整模組傾斜角度的架台
（三）光源強度只能在 700～1000W/m2之間改變，無法產生 1000W/m2 以上、或 700W/m2以下的入射光強度。
（四）為減少實驗誤差，將模組放置後的表層所在位置面標示，以此標示線作為傾斜 角度調整時，旋轉中心點及角度調整的對準線。如圖 4-23 所示。
圖 4-23 架台邊框的對準線
（五）傾斜角度調整的方法如圖 4-24 所示。
圖 4-24 角度調整的操作方法
（六）在調整架的底面與實驗平台面接觸的地方，應貼上防摩擦、防刮傷的墊片，如 圖 4-25。
圖 4-25 架台背面黏貼之防刮傷墊片
（七）直射與漫射光的混合比例
由於太陽光模擬器的製造廠商目前並未提供有關於漫射光量的資料，無法得知 其放射光的混合比例，以及可能的變化範圍。當受測模組以某種傾斜角度進行 測試時，其可能的光入射方向也就無從判斷與估計。對於這種限制，雖然可以 利用將機器內部反射鏡與反射面消除的技術來解決，但是，直射光部分的照射 強度是否還能維持在相同的照射強度同時又維持應有的均齊度，以及昂貴的機 器並不容許如此做，都是不易解決的難題。
（八）實驗室環境內的表面反射
雖然實驗是在室內燈關閉的狀態下進行，但是牆面及天花板的淺色系材料，在 光源的瞬間連續閃光時，還是可能有少量的來自表面反射的漫射光。這些在實 驗環境中存在的漫射光，或多或少都可能對受測模組確實接受到的光量有所影 響。也就是說，實驗環境內可能產生一些不確定的漫射光量，間接的影響受測 模組的發電量。
三、誤差控制
（一）角度調整架的邊框設計
用來支撐並調整模組傾斜角度的架台，其四周黑色邊框的面積應減到最少，降 低模組在傾斜時，其邊框阻擋可接受光量（漫射光）的可能影響。其次，為減 少在調整時的角度誤差，架台的邊框已標示模組表層的位置，作為每次模組傾 斜調整時的旋轉中心點及角度的對準線。
（二）角度調整的方法
放置量角器的簡便卡槽，可讓量角器彈性的向上下或左右移動，準確的對準在 架台邊框上的旋轉對準線。垂直校正器的使用能對移動後的量角器進行校正工 作，讓量角器在量測時保持底線的水平，確保模組板面傾斜角度的正確性。模 組傾斜角的調整是以人為方式操作，為減少人為的目視誤差，是以視線與架台 同高度的方式來控制，如圖 4-26。其次，在實驗進行時，也特別注意角度對準 線上的目視誤差，讓所有可能的誤差減至最低限度。
圖 4-26 調整角度時視線與架子同高度的操作方法
（三）室內照明控制
實驗環境並非獨立房間或以布幕區隔的暗房環境，為避免來自四週環境中的漫 射光影響，儘量的對在實驗環境區域內的照明灯具進行適當的關燈控制。
4.3.2 有玻璃封裝模組的量測有玻璃封裝模組的量測有玻璃封裝模組的量測有玻璃封裝模組的量測 一、受測的樣本模組
實驗用的模組為 25W 單晶矽光伏電池、其表層以低鐵玻璃封裝。此模組是由 18 片單晶矽光伏電池組成，尺寸為 53cm×45cm，如圖 4-27。
圖 4-27 表層有低鐵玻璃封裝的 25W 單晶光伏電池模組
（二）入射光強度 900W/m2的量測結果，如表 4-4 與圖 4-29。
（三）入射光強度 800W/m2的量測結果，如表 4-5 與圖 4-30。
（四）入射光強度 700W/m2的量測結果，如表 4-6 與圖 4-31。
法提供漫射光所佔之比例。雖然在各圖中的差異值曲線很類似，而且是隨著入射 光強度的減弱而逐漸平緩，但在這樣的情況下，此理論值還是無法做為一種分析 用的參考值。
對各圖中的實測值觀察，顯示在直射與漫射光混合的環境中，模組板面傾斜角與 發電量變化之間的關係可以是線性的。其次，當入射光強度減弱時，在實測值與 線性修正值之間的差值（即在兩線之間的差距）也會出現逐漸縮小最大差值範圍 的現象。換言之，當入射光線強度減弱，實測值隨著入射角度的改變更趨向於線
對各圖中的實測值觀察，顯示在直射與漫射光混合的環境中，模組板面傾斜角與 發電量變化之間的關係可以是線性的。其次，當入射光強度減弱時，在實測值與 線性修正值之間的差值（即在兩線之間的差距）也會出現逐漸縮小最大差值範圍 的現象。換言之，當入射光線強度減弱，實測值隨著入射角度的改變更趨向於線