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第 12 届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（ H 资源、标准、法规政策、规划及战略研究） 光伏组件性能测试和能效评定光伏组件性能测试和能效评定 IEC 标准介绍梁哲梁哲 陈晓东陈晓东 张光春张光春 无锡尚德太阳能电力有限公司 江苏 无锡 214028 摘要摘要 2011 年，国际电工委员会（ IEC）发布了 IEC 61853-1光伏组件性能测试和能效评定 第 1部分 辐照度和温度性能测量和功率评定 国际标准， 该标准规定了在一定的辐照度和温度的范围内， 以功率评定来衡量光伏组件性能的要求， 以便在不同的辐照度和温度条件下， 提供光伏组件的全套性能参数。本文针对 IEC 61853-1 的技术内容和试验方法进行了介绍，以便国内光伏制造企业对该标准有更加详细的了解。Abstract IEC 61853-1 Photovoltaic PV Module Performance Testing and Energy Rating – Part 1 Irradiance and temperature performance was released by International Electrotechnical Committee in 2011. It describes requirements for evaluating PV module performance in terms of power rating over a range of irradiance and temperatures. The object of this standard is to provide a full set of characterization parameters for the module under various of irradiance and temperature. The technical requirements and test methods in IEC 61853-1 are introduced to make it understood further.关键词关键词 IEC 标准；光伏1 引言引言引言 IEC 光伏标准及相关认证， 对于提高光伏产品质量， 推动光伏市场健康有序发展起着的不可忽视的作用。从 1993 年发布的 IEC61215地面用晶体硅光伏组件 设计鉴定和定型 （第 1 版）到 2004 年发布的IEC 61730光伏组件安全认证 ， IEC 标准在光伏组件可靠性和安全性测试方面始终扮演着国际权威的角色， 通过相应认证的组件产品象征着性能稳定、 安全可靠，更容易被市场所接受。 为了更加科学和全面地测量评价光伏组件性能，国际电工委员会制定了 IEC 61853光伏组件性能测试和能效评定系列标准。根据正在修订中的IEC61215第 3版的规定， 如果组件已经通过 IEC61853测试， 则组件按照 IEC61215进行测试时， “温度系数测量” （ 10.4） 、 “标准测试条件 （ STC）和标称组件工作温度（ NMOT）下性能（ 10.5） ”和“低辐照度下性能（ 10.7） ”三个项目可省略不测。 IEC 61853 系列标准包括 4 个部分 第 1 部分 辐照度和温度性能测量和功率评定 ，第 2 部分光谱响应、入射角和组件运行温度测量 ，第 3 部分能效评定计算 ，第 4 部分用于计算标准能效评定的时间周期和天气条件 ，其中第 1 部分已于 2011 年 1月 26 日正式发布，第 2 部分已经通过 FDIS 投票，预计在 2012 年内发布。本文主要对 IEC 61853 第 1部分（ IEC 61853-1）进行了介绍。 2 2 IEC 61853IEC 61853IEC 61853-- 1 概述概述 光伏组件的输出功率是组件温度和辐照度水平的直接函数。 对于很多晶体硅光伏组件， 其输出功率与温度线性相关，其短路电流一般与辐照度线性相关。 而由于辐照度与开路电压对数相关， 与填充因子非线性相关， 从而导则最大输出功率与辐照度非线性相关。通过测量不同辐照度和温度下， 光伏组件性能参数 （短路电流、 开路电压、 最佳工作电压和最大功率）的值， 可对光伏组件性能进行评价。 虽然开路电压和最佳工作电压不用于光伏组件能效评定， 但是对于光伏组件定型和系统设计是非常有用的参数。IEC 61853-1 规定了在一定的辐照度（ 100 W m-2-1100 W m-2）和温度（ 15℃ -75℃）范围内，以 功 率 评 定 来 衡 量 光 伏 组 件 性 能 的 要 求 。 IEC 61853-1 目的在于规定测试和评定系统，以确保光伏组件在一系列特定条件下以最大功率运行； 并通过在不同辐照度和温度条件下， 提供光伏组件的全套的性能参数，以便依据 IEC61853-3（尚未发布）进行光伏组件能效评定。3 评定条件评定条件评定条件和性能参数 和性能参数和性能参数 通 过 不 同 辐 照 度 和 温 度 条 件 的 组 合 ， IEC 61853-1 设定了功率评定的 5 个典型条件，包括标准测试条件（ Standard Test Condition ， STC） 、电池 标 称 工 作 温 度 （ Nominal Operating Cell Temperature， NOCT） 、 低辐照度条件 （ Low Irradiance Condition ， LIC） 、高温条件（ High Temperature Condition ， HTC）和低温条件（ Low Temperature Condition ， LTC） 。各典型条件的详细规定见表 1 所示，其中前 3 个由 IEC61215/IEC61646 确定。 光伏组件组需要在表 2 规定的辐照度和组件温度组合下测量短路电流 （ Isc ） 、 最大输出功率 （ Pmax） 、开路电压（ Voc）和最佳工作电压（ Vmax）等参数，并通过数据处理， 确定光伏组件在表 1 规定的 5 种典型功率评定条件下的性能。 表 1 功率评定条件概要（ AM1.5， IEC60904-3） 功率评定条件 辐照度 Wm -2温度 ℃ 标准测试条件（ STC） 1000 电池温度 25 电池标称工作温度（ NOCT） * 800 环境温度 20 低辐照度条件（ LIC） 200 电池温度 25 高温条件（ HTC） 1000 电池温度 75 低温条件（ LTC） 500 电池温度 15 *正在修订中的 IEC61215第 3版中，已用新定义的 NMOT代替了第 2版中的 NOCT，该变化可能会影响 IEC61853的实际操作。 表 2 Isc ， Voc， Pmax 和 Vmax与辐照度和温度对应表 光伏组件温度 辐照度 Wm -2光谱 15℃ 25℃ 50℃ 75℃ 1100 NA 1000 800 600 400 NA 200 NA NA 100 AM1.5 （依据 IEC 60904-3 规定） NA NA 注 针对 Isc ， Voc， Pmax和 Vmax应分别填写表 2， 即完成 4张数据表。 4 测量测量测量方法及 方法及方法及程序 程序程序 为获得填写表 2 所需的数据， IEC61853-1 规定了 4 种在相应温度和辐照度组合下测量光伏组件性能的方法，包括 1）简单法； 2）自然光线下使用跟踪器法； 3）自然光线下不使用跟踪器法； 4） 使用太阳模拟器法。4. 1 简单法简单法简单法 本方法仅适用于测量符合 IEC60904-10 规定的线性组件。 由于线性组件， 其最大功率与辐照度、 最大功率与温度相互独立， 因此可按照以下步骤进行测量 a 固定温度，在 100 Wm -2 到 1100 Wm -2的范围内，改变辐照度测量 I sc、V oc、P max、Vmax； b 在两个固定辐照度下（一个在 800 Wm -2到 1000 Wm -2 之间，另一个在 100 Wm -2到 300 Wm -2 之间），改变温度测量 I sc、Voc、P max、V max； 比较在两组辐照度下测定的P max和V oc的温度系数。若两个V oc的温度系数偏差在 10％内，两个P max的温度系数偏差在 15％内， 则可根据 b中测量的两个温度系数的平均值，计算出表 2中其他条件下I sc、Voc、P max、V max数值。如果不是上述情况，则需要逐个测量， 以获得表 2所要求的数据。 因为短路电流的温度系数数值较小，上述过程中未考虑其影响。 4.2 自然光线下使用跟踪器法 自然光线下使用跟踪器法自然光线下使用跟踪器法 在自然光线下的测量需要在辐照度范围内进行。为了增加范围和提高数据准确性， 至少要进行 3 天测量。标准组件（符合 IEC60904-2 规定）与被测组件共平面安装在双轴跟踪器，确保与直射光柱的夹角在2 。测试需要在同一天内的数小时内尽快完成，以最小化光谱条件改变带来的影响。否则，需要进行光谱修正。 被测组件的温度需要在图 1 所示的大致三个位置测量（确保每个位置均在一片电池后部） ，然后计算平均值。图 1 在电池之后测量被测组件温度的位置图 记录被测组件的温度和 I －V 曲线（至少测量I sc、 Voc、 Vmax和 Pmax） 、 标准组件的温度和短路电流，如果标准组件与被测组件光谱不匹配，应使用光谱辐射计测量光谱辐照度。 如果测试变量是温度，通过控制器调整温度或在自然辐照水平下将组件交替暴晒和遮挡来调整组件温度，使其达到和保持所需的数值。也可对被测组件进行自然加热。 如果测试变量是辐照度，可以通过使用网孔密度均匀的过滤器或控制入射角，以便在不影响空间均匀性的条件下，减少被测样品上的辐照度至期望值。 4.3 自然光线下不使用跟踪器测量 自然光线下不使用跟踪器测量自然光线下不使用跟踪器测量 该方法通过长期监控被测组件室外性能，然后提取必要的数据导入表 2。该方法无需使用跟踪器，但需要进行角度响应校正。 4.4 使用太阳模拟器法 使用太阳模拟器法使用太阳模拟器法 太阳模拟器应为符合 IEC60904-9规定的 BBB等级或更高等级。在模拟器测试平面内共平面安装被测组件和标准组件，与光线中心线的垂直度在 2以内。 如果被测组件和标准组件具有温控装置，将温度设定在需要的值。如果无温控装置，使被测组件和标准组件稳定在与房间温度相差 2 C以内。 使用标准组件将被测组件上的辐照度设定为测定范围的上限。 同时读取被测组件的温度和 I －V性能特性（至少包括 I sc、V oc、V max和 Pmax）、标准组件的温度和短路电流，如果标准组件与被测组件光谱不匹配，应使用光谱辐射计测量光谱辐照度。。 如果被测变量是辐照度，通过增加被测组件与灯之间的距离、使用光学镜头、控制入射角度、使用网孔均匀的过滤器、衰减脉冲太阳模拟器的闪光拖尾等方法，在不影响空间均匀性和光谱能量分布的条件下减少被测样品上的辐照度至期望值。 如果被测变量是温度，通过合适的方法调整温度（见 IEC61215 或 IEC61646）。在测量过程中确保被测组件和标准组件的温度变化不超过 1 C。 5 功率标定功率标定 5.1 相应温度下的 相应温度下的 Isc 、 、 Voc、 、 Vmax和 Pmax插值插值 为了确定温度中间值所对应的I sc、V oc、V max和Pmax，可根据测量值进行线性插值回归。 5.2 相应辐照度下 相应辐照度下 Isc 插值插值 为了确定辐照度中间值所对应的I sc，可根据测量值进行线性插值回归。对于非线性组件，插值过程中使用的辐照度范围应尽可能小以减少误差。 5.3 相应辐照度下 相应辐照度下 Voc 和 Vmax插值插值 为了确定辐照度中间值所对应的V oc或 Vmax，数据应按照下式进行拟合，确定ν 1和ν 2，然后计算Voc或 Vmax。 5.4 相应辐照度下 相应辐照度下 Pmax的插值的插值 为了确定辐照度中间值对应的P max， 期望的辐照度范围（ 30 以内）附近的数据应被拟合为多项式以计算数据点之间任何的非线性。 对于线性组件，如果测量的辐照度之间的差别不超过 30％，在辐照度 的中 间值 ，可使 用线性 插值 获得 Pmax。（ 见IEC60891 2009，修正程序 3） 6 结语结语 IEC61853-1规定了更为细致和全面的光伏组件评价条件和内容，通过 IEC61853-1的检测，将对光伏组件性能有更加深入的了解，也为光伏组件的实际应用提供了更为详细的参考数据。 参考文献1. IEC61853-1 Photovoltaic PV module performance testing and energy rating- Part 1 Irradiance and temperature performance measurements and power rating