电池比对方案讨论201810

光伏电池校准 实验室比对方案 刘海涛 E-mail lhaitaomail.iee.ac.cn 中国科学院电工研究所 2018.10.24 目 录 2 光伏量值体系介绍 国际电池比对项目 实验室比对方案讨论 反馈意见 3 In-lab Cell Calibration Module Testing I-V measurementof PV String I-V measurementof Array In-lab On-site On-site ◼ 国内光伏量值不统一，光伏企业与实验室的标准光伏器件（电池、组件） 分别来自国外不同的机构； ◼ 我国光伏实验室的电池、组件的电性能参数未能建立溯源 /传递关系； ◼ 企业与实验室的标准光伏器件（电池、组件）大多送至国外实验室进行校准或测试； ◼ 薄膜光伏组件（ CIGS, CdTe等）在实验室、现场的测量未建立统一的标准化检测方法 市场现状 企业实验室、在线检测光伏企业 用 户 第三方光伏检测实验室 国内各地区 检测实验室 IEC61215 IEC61646 SI 光谱辐照度 国家基准 全辐照度 国家基准 世界辐射 基准 WRR WMO NIM NIM 一级标准光伏电池 二级标准光伏电池 标准光伏组件 Calibration Lab ISO17025 IEC60904-2 绝对光谱 辐照度 测量装置 光谱响应 测量装置 太阳光 模拟器 腔体辐射表 IEC60904-4 IEC60904-4 光伏量值溯源 国际电池比对项目 5 ⚫ PEP’ 84 – ESTI host H. Ossenbrink et al, 18th IEEE PVSC, p.943, 1985 ⚫ PEP’ 87 Cells and modules – PTB host J. Metzdorf et al, 21st IEEE PVSC, p.952, 1990. ⚫ ASTM 1992 – NREL host C. Osterwald, 23rd IEEE PVSC, p.110, 1993 ⚫ PEP’ 93 Wide variety of cells – NREL host C.R. Osterwald et al, 25th IEEE PVSC, p.126, 1996 C.R. Osterwald et al, Progress in PV, 7, p.287-, 1999 ⚫ PEP’ 2000 WPVS Recalibration – NREL host Keith Emery, ” NREL tech. Rep. NREL/TP-520-27942, March 2000 ⚫ PEP’ 2005 WPVS Recalibration – PTB host S. Winter, et al, 31st IEEE PVSC, p.1011, 2005. Formal Cell Intercomparisons 6 国际电池比对项目 PEP’93 Si cell Isc Intercomparison 7 国际电池比对项目 国际电池比对项目 Informal Intercomparison K. Emery, M. Meusel, R. Beckert, F. Dimroth, A. Bett and W. Warta, “Procedures for Evaluating Multijunction Concentrators”, Proc. 28th IEEE PVSC, Sept. 15-22, 2000, pp. 1126-1130. Fraunhofer ISE Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As 2000 Fraunhofer ISE NREL 国际电池比对项目 Arvid van der Heide, Stefan Winter, Keith Emery, and Wim Zaaiman, “Comparison Between Large Reference Cells Calibrated by ESTI-JRC, NREL and PTB, Performed at ECN“, Proc. 20th EU PVSEC, June, 2005. 2005 ESTI-JRC NREL PTB Informal Intercomparison 国际电池比对项目 2007 NREL Sandia ISE 2008 NREL ISE Informal Intercomparison 11 比对方案 ⚫ 比对目的 为“光伏电池中国效率评定”项目进行国内光伏检测实验室能力筛选 ⚫ 比对对象 二级标准光伏电池 ⚫ 依据文件 国家质检总局 107号令计量比对管理办法 CNAS-GL0032018 能力验证样品均匀性和稳定性评价指南 CNAS-GL0022018 能力验证结果的统计处理和能力评价指南 ISO/IEC 17025 General requirements for competence of testing and calibration laboratories IEC 60904-12006 Photovoltaic devices-Part 1 Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics IEC 60904-2 2015RLV Photovoltaic devices-Part 2 Requirements for reference solar devices IEC 60904-42009 Photovoltaic devices-Part 4 Procedures for establishing the traceability of the calibration of photovoltaic reference devices IEC60904-82014 Photovoltaic devices - Part 8 Measurement of spectral responsivity of a photovoltaic PV device 12 比对方案 ⚫ 参比实验室要求 序号 项目 要求 1 实验室资质要求 是否是 ISO/IEC17025 2005标准认可的第三方检测实验室 是□ 否□ 提供资质证书复印件 2 实验室比对 最近 5年内是否参加过国际实验室间比对、能力验证活动 是□ 否□ 提供文献资料复印件 3 标准光伏器件 类型 晶体硅电池 晶硅电池加滤光 片 薄膜电池 其他 4 实验室量值溯源 提供实验室标准光伏器件量值溯源报告 来源 Physikalisch Technische BundesanstaltPTB德国 是□ Advanced Industrial Science and Technology AIST日本 是□ National Renewable Energy Laboratory NREL美国 是□ 其他机构 13 比对方案 ⚫ 参比实验室要求 5 实验室测试设备 提供每个设备校准 /计量报告 太阳模拟器 （室内测试） 设备厂家 光源方向 光照面积（ cm2） 光谱辐照度等级 辐照不均匀度等级 辐照不稳定度等级 光谱响应测试仪 设备厂家 波长范围 nm 光斑面积（ cm2） I-V测试系统 设备厂家 电压测量范围（ V） 电压测量不确定度 电流测量范围（ A） 电流测量不确定度 样品面积测试仪 设备厂家 测量范围 mm 测量不确定度 其它设备描述 14 比对方案 ⚫ 参比实验室要求 6 实验室测量不确定度 提供实验室测量不确定度报告 不确定度来源 标准不确定度值 标准电池标定值不确定度 标准电池温度系数引入的不确定度 温度传感器测量不确定度 光谱失配误差引入的不确定度 模拟器不稳定度 模拟器不均匀度 电压测量引入的不确定度 电流测量引入的不确定度 样品面积测量不确定度 其他 扩展不确定度 Isc Voc Pmax Im Vm Eff 15 比对方案 ⚫ 参比实验室要求 7 测试方法描述 提供详细的测 试方法描述， 至少包括以下 信息 测试原理简介 I-V测试 测试扫描时间 时间是否可调 是□ 否□ 扫描方向 Isc Voc 是□ Voc Isc 是□ 光谱响应测试 加盖掩膜 是□ 否□加偏置光 是□ 否□ 光谱失配因子 8 样品处理 样品是否进行稳定性处理 是□ 否□ 提供稳定性测 试报告 样品初始效率 光老炼时间 kWh 样品稳定效率 16 比对方案 ⚫ 比对样品 -- 样品类型单晶 2块、多晶 2块、薄膜 4块 -- 样品来源 专家委员会指定光伏企业进行定制加工 ,并统一编号 样品编码 电池片尺寸 电池类型 ⚫ 样品使用注意事项 比对样品使用时，要轻拿轻放，保持样品表面清洁，不得有划痕、磕碰及各种污染；比对样品贴 有标识不得涂改。比对样品除进行正常比对实验外，不得作其它用途。测量结束后，比对样品放 回比对样品箱，做好减震等防护措施。样品箱应安全存放，妥善保管，专人负责，避免遗失。 17 比对方案 ⚫ 样品稳定性 样品传递过程中的稳定性参考 CNAS-GL003 2018能力验证样品均匀性和稳定性评价指南的规 定进行监控。在样品传递的始末及期间进行稳定性测试。测试结果表明样品没有显著性变化，能 够满足比对要求，比对计划才能进行。 用 t检验法 比较一个平均值与标准值 /参考值之间的差异。若 t＜显著性水平 α （通常 α0.05 ）自 由度为 n-1的临界值 tαn-1，则平均值与标准值 /参考值之间无显著性差异。 其中 x是 n次测量的平均值 u是标准值 /参考值 n是测量次数 S是 n次测量结果的标准偏差 为了保证平均值和标准偏差的准确度， n≥6 18 比对方案 ⚫ 样品传递 比对样品按参比实验室名单依次进行传递。每个实验室测试时间不多于 5个工作日，测试完毕后尽 快将比对样品运送到下一个实验室。 样品每传递两家实验室，返回制定实验室进行稳定性校验，稳定性满足要求后，样品继续传递。 样品传递过程 参 比 实 验 室 1 参 比 实 验 室 2 参 比 实 验 室 3 参 比 实 验 室 4 参 比 实 验 室 稳 定 性 校 验 稳 定 性 校 验 专 家 委 员 会 专 家 委 员 会 19 比对方案 ⚫ 样品交接和运输 实验室收到比对样品后，应立即认真检查比对样品状况和数量，如实详细地填写附录 3比对样品接 收单，当场核实比对样品状况和数量。 实验室在比对样品发运之前，再次核实比对样品状况和数量，按照原包装方式进行包装，要求包 装牢固，防震，确保比对样品不受挤压等外力作用产生破坏。并填写附录 4比对样品发送单。 如遇到比对样品在交接，运输，使用过程中损坏，丢失等突发问题，组织单位、参比实验室与专 家委员会应共同协商，做出相应的技术处理决定。 ⚫ 环境条件、实验装置及测量方法 比对实验装置，实验室环境条件，测量方法均依据 IEC 60904-12006 Photovoltaic devices-Part 1 Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics，参比实验室应在原始记录对其作出详 细描述。 20 比对方案 ⚫ 比对值 比对值为标准光伏电池的短路电流 Isc。 测量过程中参比实验室应同步填写附录 5 原始记录表，其中包括比对样品信息，实验装置信息， 实验条件信息，实验数据信息。实验数据信息栏必须手写，机打无效，其它信息栏可机打。数据 取 4位有效数字，按数据修约规则进行修约。参比实验室数据如有删改的，须在数据更改处盖章或 签字。测试结束后，根据测试情况，填写附录 6测试结果上报单。 ⚫ 相关文档递交时间及形式 测试完成当天，参比实验室将附录 1至附录 4的签字盖章扫描件，通过 E-mail发送至专家委员会。 21 比对方案 ⚫ 比对值 本次比对计划的结果采用 En方法进行判定 ,▕ En▏ ≤1时为结果满意， ▕ En▏ ＞ 1时为结果不满意。 En 其中 X1 参比实验室测试结果 U1 参比实验室结果的扩展不确定度 X2 指定值（平均值） U2 指定值的扩展不确定度 2 2 2 1 21 UU XX − 22 比对方案 ⚫ 附 录 -- 参比实验室清单 -- 作业指导书 -- 比对样品接收单 -- 比对样品发送单 -- 原始数据记录表 -- 测试结果上报单 23 反馈意见 序号 条款 意见内容 提出单位 处理意见 1 3.2 2 比对方案中的比对值仅为太阳电池 短路电流 Isc，由于本次比对主要 为了后续电池效率评选，是否应增 加电池功率 /效率的测试值比对 广东质检院 （张万辉） 涉及到电池面积的测量， 不建议增加效率的比对。 2 此外短路电流值可通过户外法、模 拟器法、微分光谱响应法得出，是 否应对本次比对方法进行限定 不限定试验方法。在提 交的文件中，将试验方 法描述清楚即可。 3 3.1 1 本次比对测试样品是否涉及高效电 池如果涉及，是否考虑增加 IEC 60904 Ed.3对模拟器进行评价 4 光谱响应测试是否需要提供溯源机 构 根据实验室测试方法， 如果是相对光谱响应， 则不需提供；若是绝对 光谱响应，需提供。 24 反馈意见 序号 条款 意见内容 提出单位 处理意见 5 3.1 1 增加“ 单多晶电池需提前进行光衰稳定 处理，处理后单晶电池效率不小于 21， 多晶电池效率不小于 19” 晶科能源 （金浩） 增加“比对样品稳定后的效 率需满足 光伏制造行业规 范（ 2018年本） 的最低要 求” 6 是否需要在国际实验室，比如 Fraunholfer实验室进行标准片标定确 认参考值 本项目是实验室比对，不需 要参考值 7 对比对的样品，建议面积不小于 2cm*2cm，且对稳定后的效率有一定的 要求（考虑电容效应） 采纳。特别是光衰的稳定性 试验，可参考 LID标准，统一 试验方法后进行。 8 薄膜电池由于其种类的多样性，性能不 稳定性，测试方法的差异性，不建议作 为比对样品；如确实需要作为比对样品， 建议对相关薄膜电池进行长期稳定性试 验验证，并对该电池类型的存储，运输 等的环境温湿度、辐照度要求作明确规 范 无锡质检 （胡旦） 建议将薄膜电池作为比对样 品。对薄膜电池的稳定性、 存储、运输等作统一要求。 问题讨论 ○ 样品来源，找哪个企业进行定制 ○ 薄膜电池类型、尺寸、封装要求 ○ 样品初始光衰的稳定性试验、薄膜电池的稳定性试验方法 ○ 其他 . 25