DB61 T 516-2011 光伏器件 第10部分：线性测量方法.pdf

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1、ICS 27.160 F12 DB61 陕西省地方标 准 DB 61/ T 5162011 光伏器件 第 10 部分：线性测量方法 2011 04-20发布 2011 05 01 实施 陕西省质量技术监督局 发布 DB61/ T 5162011 I 前言 本标准等同采用IEC 60904-10:2009光伏器件 第10部分：线性测量方法。 本标准由陕西电子信息集团有限公司提出。 本标准由陕西省工业和信息化厅归口。 本标准由陕西电子信息集团有限公司、 陕西电子信息集团西安黄河光伏科技股份有限公司共同负责 起草。 本标准主要起草人：牛军旗、柳军、李拉平、孙涛、王帅、焦致雨、巨小宝。 本标准由陕西省

2、工业和信息化厅负责解释。 本标准为首次发布。 DB61/ T 5162011 1 光伏器件 第 10 部分：线性测量方法 1范围 本标准规定了以测试参数来确定光伏器件任意参数的线性特性程序。它主要供校准实验室、组件生 产厂家和系统设计者使用。 使用线性方程可对光伏组件和系统特性进行评估，也可由已知一组温度、辐照度条件下的系统特性 推算出来另一组条件下的特性。本标准制定了确保线性方程得到满意结果的线性特性要求和测试方法。 此外，这些线性测量要求限定了温度和辐照度的变化范围。 本标准适用于所有光伏器件，且可推广应用于对在同样技术条件下的样品或器件上。本方法应在线 性器件所需的全部测试和修正程序之前

3、使用。本标准所用的方法与GB/T 6495.41996中确定的线性函 数类似，此线性（直线）函数是采用最小二乘拟合计算法拟合一组数据点得到的。来自这一函数的数据 变化也可以计算出来，并将线性度的偏差用允许的变化百分比来表示。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 6495.11996 光伏器件 第1部分：光伏电流-电压特性的测量 GB/T 6495.31996 光伏器件 第3部分：地面用光伏器件的测量原理及标准光谱辐照度数据 GB/T 649

4、5.41996 晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法 GB/T 6495.82002 光伏器件 第8部分：光伏器件光谱响应的测量 GB/T 6495.92006 光伏器件 第9部分：太阳能模拟器性能 GB/T 95351998 地面用晶体硅光伏组件 设计鉴定和定型 GB/T 189112002 地面用薄膜光伏组件 设计鉴定和定型 GB/T 270252008 检测和校准实验室能力的通用要求 3装置 装置应符合以下要求： a) 测量 I-V 曲线的设备，具体要求详见 GB/T 6495.11996； b) 在规定范围内改变辐照度，且不影响相对光谱辐照度分布和空间均匀性的设备，如减

5、光网或中 性密度滤光镜； c) 满足试样温度变化范围的设备； d) 可控制试样和标准太阳电池温度的设备，或一个可移动的遮挡物； e) 用于依照 GB/T 6495.82002 测量试样（或一个等同于试样）光谱响应的设备，其测试误差应 在 2%以内。 DB61/ T 5162011 2 注1： c）中用于改变辐照度的设备和程序应由辐射计验证，相对光谱辐照度分布的改变影响标准太阳电池的短路电 流变化应不超过 0.5%，具体要求详见 GB/T 6495.72002 和 GB/T 6495.82002。减光网是应用于大面积光 照的最佳设备。 4 试样选择 使用程序应尽量选择完整的试样。若无完整试样，应

6、使用等同结构和材料的试样。 5 电流-电压线性测量程序 5.1 自然太阳光下测量 5.1.1 测量条件 测量条件应符合以下要求： a) 倾斜面总辐照度应不小于所规定辐照度范围的最大值； b) 当标准太阳电池测量时因短暂波动（云、雾、或烟雾）引起辐照度的变化应控制在倾斜面总辐 照度的2%以内； c) 风速小于 2 ms -1 。 5.1.2 将标准太阳电池与试样放置在同一平面内，使两者与太阳光线垂直，误差在 1以内，并连接 相应的测试仪器。 5.1.3 若试样和标准太阳电池装有温控部件，则将其调整在理想水平。若无温控部件，应将试样遮挡 起来，并使其温度与周围环境温度偏差稳定在1 以内。在测试前标

7、准太阳电池的平衡温度也应稳定 在 1 以内。 5.1.4 如果使用遮挡物时，应拿掉，并立刻读取参数 i X 、试样参数 i Y 及标准太阳电池的温度和短路电 流。 5.1.5 通过已测量的短路电流（ sc I ）和标准测试条件下的标定值（ rc I ）来计算辐照度 o G ，计算公式 见式（1）： ()251 1000 = mrc rc sc o T I I G .(1) 式中： o G 辐照度； sc I 短路电流； rc I 标定值(在标准测试条件下标准太阳电池的短路电流与辐照度之比)； m T 标准太阳电池的温度； rc 标准太阳电池的电流温度系数。 5.1.6 若辐照度为变量，在不影响

8、空间均匀性或光谱辐照度分布的前提下，按比例系数 i k 减小试样的 辐照度，可采用以下方法： DB61/ T 5162011 3 a) 校准的均匀减光网法。为确保测量入射光的辐照度，减光网不应遮挡标准太阳电池。此时， i k 是减光网的标定参数（光透射率）； b) 未校准的均匀减光网法。在测试期间，减光网应遮挡标准太阳电池。此时， i k 是标准太阳电池 短路电流( sc I )与其标定值( rc I )的比值； c) 控制入射角法。标准太阳电池应与试样有同样的反射性能，且与试样放置在同一平面，偏差在 1以内。 此时， i k 是标准太阳电池短路电流( sc I )与其标定值( rc I )的

9、比值。 注2： b)中减光网的最大网孔尺寸应不大于标准太阳电池和试样最小尺寸的 1%，否则由于放置位置将产生误差；c） 中为了减少或消除电池栅线在光照下产生的阴影，入射光线应与栅线方向平行。 5.1.7 计算试样的辐照度水平 i G ，计算公式见式（2）： oii GkG = .(2) 式中： i G 辐照度水平； i k 比例系数； o G 辐照度。 若温度为变量，通过调节温控部件或交替曝光和遮挡试样的方法来调节温度。重复5.1.4中的方法， 采集数据时允许试样自然升温。 5.1.8 在数据采集过程中，确保试样和标准太阳电池温度稳定在1 以内，并且标准太阳电池辐照 度稳定在2%以内。 注3：

10、 5.1.35.1.8 的项目宜在同一天的几个小时内测量，以减少光谱变化的影响。否则，应对光谱进行修正。 5.1.9 重复步骤 5.1.4 到 5.1.9。在测量范围内所选的变量应至少包含四个近似等值增量。且在每个 测试条件下至少测量三次。 5.2 模拟太阳光下测量 5.2.1 试样与标准太阳电池放置在模拟器的同一平面，且该平面法线与光束中心线平行，误差应在 2以内。连接其他相应的测试设备。 5.2.2 若试样和标准太阳电池都装有温控部件，则将其调整在理想水平。若无温度部件，试样和标准 太阳电池的温度稳定在室温，误差在 1 以内。 5.2.3 通过标准太阳电池所测得的短路电流( sc I )与

11、其标准测试条件下的标定值( rc I )，在测试面设置 的辐照度应不小于所规定范围的最大值。 5.2.4 进行测试并立刻读取测试参数 i X ，试样参数 i Y 和标准太阳电池的温度和短路电流。 5.2.5 通过已测量的短路电流（ sc I ）和标准测试条件下的标定值（ rc I ）来计算辐照度 o G ，其计算公 式同公式（1）。 DB61/ T 5162011 4 5.2.6 若辐照度为变量， 在不影响空间均匀性或光谱辐照度分布的前提下，按比例系数 i k 减小试样的 辐照度，可采用以下方法： a) 增加测试平面与光源之间的距离。试样与标准太阳电池保持在同一平面， i k 是标准太阳电池短

12、 路电流（ sc I ）与其标定值( rc I )的比值； b) 使用光学透镜。在此情况下， i k 是标准太阳电池短路电流（ sc I ）与其标定值( rc I )的比值。在 试样和标准太阳电池响应的波长范围内，注意确保透镜对相对光谱辐照度没有明显的改变； c) 控制入射角。光源和试样间的距离应足够大，以此限制倾斜面内辐照度的变化不大于 0.5%。 同时， 辐射光束应是平行光， 试样和标准太阳电池应具有相同的反射性能， 并放置在同一平面。 此时， i k 是标准太阳电池短路电流( rc I )与其标定值( rc I )的比值； d) 校准的均匀减光网法。为确保测量入射光的辐照度，减光网不应遮

13、挡标准太阳电池。此时， i k 是减光网的标定参数（光透射率）； e) 未校准的均匀减光网法。在测试期间，减光网应遮挡标准太阳电池。此时， i k 是标准太阳电池 短路电流( sc I ）与其标定值( rc I )的比值。 注4： 减光网的最大网孔尺寸应不大于标准太阳电池和试样最小尺寸的 1%，否则由于放置位置将产生误差 。 5.2.7 计算试样的辐照度水平 i G ，计算公式同公式（2）。 5.2.8 若温度为变量， 通过适当的方法调节温度， 具体要求详见 GB/T 95351998 和 GB/T 189112002 的 10.4。 5.2.9 在测试期间，确保试样和标准太阳电池的温度应稳定

14、且偏差在1 以内。 重复步骤5.2.4到5.2.9。在测量范围内所选的变量应至少包含四个近似等值增量。且在每个测试条 件下至少测量三次。 注5： 使用光源（如氙灯）前应对其性能进行评估。当温度变化导致带隙变化时，氙灯穿过灯光谱中各种发射谱线 并引起其性能的转换。根据光谱响应和灯光谱的线性特性，这种影响的大小可由以温度为函数的光谱失配修 正计算。 5.3 绝对光谱响应的短路线性特性测试程序 在所规定的温度或辐照度范围内，绝对光谱响应作为偏置光或温度的函数，具体要求详见GB/T 6495.82002，在测量时应至少包含四个近似等值增量。按GB/T 6495.31996测量标准光谱响应计算 短路电流

15、密度。 6 两灯法测量短路电流线性特性程度 6.1 说明 DB61/ T 5162011 5 6.1.1 线性光伏器件，两个光源照射到电池上产生的短路电流等于两个单独光源照射到电池上产生的 短路电流的总和，计算公式见式（3）： ABBA III =+ .(3) 式中： A I 、 B I 灯A或灯B分别照射在电池上产生的短路电流； AB I A、B两灯同时照射到电池上产生的短路电流。 注6： 此方法的优势在于不用减光网或灯的特性来衡量。 6.2 装置（光源 A 和 B） 试样为单结电池时，对光的空间不均匀性或光谱辐照度的要求不高。试样为组件时，两个光源等级 均应符合BBA级或更高级，具体要求详

16、见GB/T 6495.92006。在测量 AB I 、 A I 和 B I 时，光的瞬时不稳 定度应在0.5%以内。 6.3 程序 6.3.1 将试样连接到装置上测量短路电流( sc I )。 6.3.2 设置试样温度在所规定范围内，允许偏差在5 以内。 6.3.3 调整光源到所需的辐照度并使其稳定，两光源应使电池产生近似的短路电流。 6.3.4 通过组合滤光片或调整光源 A 和 B 的光强，测量 AB I 、 A I 、 B I 和 room I ，计算公式如下： roomABAB III = .(4) roomAA III = .(5) roomBB III = .(6) （4）（6）式中

17、： A I 、 B I 灯A或灯B分别照射在电池上产生的短路电流； AB I A、B两灯同时照射到电池上产生的短路电流； A I 、 B I 调整灯A或灯B的光强所产生的短路电流； AB I 调整A、B两灯的光强同时照射到电池上产生的短路电流； room I 两束被阻挡光线产生的短路电流。 6.3.5 重复步骤 6.3.3 到 6.3.4 改变辐照度的值使 ABBA III =+ 。 6.3.6 继续步骤 6.3.3 到 6.3.5 直到超出所规定的辐照度范围。 注7： 步骤 6.3.4 到 6.3.6 中使用滤光片或改变光强来改变辐照度。 注8： 在所规定的范围内为了获得更多的数据点， 按步

18、骤 6.3.4 到 6.3.6， 任意组合辐照度的值均可测量短路电流 A I 和 B I 。 7 线性特性计算 DB61/ T 5162011 6 7.1 线性特性斜率的计算 对如开路电压与温度或短路电流与光谱辐照度的关系特性的斜率，计算线性关系采用以下方法： 7.1.1 使用最小二乘法计算测试参数的平均值及最佳拟合直线的特性。 步骤1：计算 X 和 Y 数据点的平均值，公式如下： n X X n i i = = 1 . (7) n Y Y n i i = = 1 .(8) (7)、（8）式中： i X 测试参数； i Y 试样参数； X 测试参数 i X 的平均值； Y 试样参数 i Y 的

19、平均值； n测量次数。 步骤2：计算最佳拟合直线的斜率 m： ()() () = = = n i i n i ii XX YYXX m 1 2 1 .(9) 式中： m最佳拟合直线的斜率； i X 测试参数； i Y 试样参数； X 测试参数 i X 的平均值； Y 试样参数 i Y 的平均值； n测量次数。 步骤3：最佳拟合直线（也称为回归线）公式如下： () ii XXmYY = . (10) 式中： m 最佳拟合直线的斜率； i X 测试参数； X 测试参数 i X 的平均值； Y 试样参数 i Y 的平均值； i Y 以拟合为基础的预测值， bXmY ii += ，其中 mYb = 。

20、 DB61/ T 5162011 7 7.1.2 根据最佳拟合直线的斜率 m和已测量的数据点计算线性特性的百分比变化，公式如下： YY i 1100线性特性百分比偏差 .(11) 式中： i Y 试样参数； i Y 以拟合为基础的预测值。 7.2 两灯法测量短路电流线性特性的计算 线性特性百分比偏差，公式如下： ()( )12100 += roomBAroomABlin IIIIID .(12) 式中： lin D 每组光强下的线性特性百分比偏差； A I 、 B I 灯A或灯B分别照射在电池上产生的短路电流； AB I A、B两灯同时照射到电池上产生的短路电流； room I 两束被阻挡光线

21、产生的短路电流。 7.3 线性特性要求 当一个光伏器件可以按线性特性应用时，应给出温度、辐照度、电压或其他必要条件的应用范围。 其允许非线性（变化）的限定条件是： a) 对短路电流辐照度的曲线，线性特性最大偏差应在 2%以内； b) 对开路电压辐照度对数的曲线，线性特性最大偏差应在 5%以内； c) 对开路电压、短路电流和最大功率温度的曲线，线性特性最大偏差应在 5%以内。若短路电 流的温度系数不大于 0.1%/ K ，这些光伏器件的参数是线性参数。 8报告 依据GB/T 270252008的规定，测试机构应准备程序完成的结果和性能测试的证明报告。每份测 试报告应包含下列信息： a) 标题；

22、b) 实验室的名称和地址，进行标定或测试的地点； c) 报告中的每一页应有统一标识； d) 客户的名称和地址； e) 标定或测试项目的说明和标识； f) 标定或测试项目的特征和条件； g) 测试项目的接收日期及标定或测试日期； h) 标定或测试方法； i) 抽样方法； j) 记录标定或测试方法的任何偏离、增加或去除，与特定标定或试验相关的其他信息，如环境条 件； DB61/ T 5162011 8 k) 组件入射角效果的测量、检查和结果推导，其工作温度和光谱响应； l) 组件的非光学对称倾斜角度和方位角方向应标识在图纸上； m) 预测标定或测试结果不确定性的报告； n) 报告上应有责任人的职务、签名及日期； o) 出具只与标定或测试项目结果相关的报告； p) 未经实验室许可，不得随意摘录； q) 样品合格与否的线性特性结果及线性特性偏离度； r) 出具线性特性的图，见 7.3。 DB61/ T 5162011 9 参考文献 IEC 60904-7 光伏器件-第7部分：光伏器件的测量值对光谱失配校正的计算。 IEC 61829 晶体硅光伏（PV）矩阵-I-V特性现场测量。 _