太阳能国际标准白皮书

太阳能 国际标准 白皮书 ISO 9060 、 IEC 61724-1 、 ISO 9846 、 ISO9847 、 ISO/IEC 17025 气象部 太阳能国际标准： ISO 9060 、 IEC 61724-1 、 ISO 9846 、 ISO 9847 、 ISO/IEC 17025 在 Kipp & Zonen，我们经常被问及有关上述国际标准的问题，这些标 准是光伏（ PV）电站设计、运营和维护中经常引用的标准。其中一些 注意事项也适用于资源测绘、场地勘察和聚光太阳能发电（ CSP）热 力系统 。 为确保大家引用同样的参数，我们首先介绍太阳辐射各分量及其测量 方法。接着谈谈 ISO 9060，该标准对用于测量太阳辐射的太阳辐射表 和太阳热量计进行定义，并讨论 1990年初始版更新为 2018 年版本的 影响 。 IEC 61724-1 受误解之处颇多，我们挑出影响太阳和环境检测设备的 要点。这就引出了 IEC 61274-1 以及其他太阳能相关国际标准 ISO 9846 和 ISO 9847 所载太阳辐射表的校准标准。最后，我们以荷兰 Delft Kipp & Zonen 工厂的辐射测量校准实验室认可为例，对 ISO/IEC 17025 进行说明 。 目录 1. 太阳辐射概述 • 太阳直接辐射 (DHI) • 太阳散射辐射 (DHI) • 太阳总辐射 (GHI) • 阵列平面 (POA) 辐照度 • 阵列背面 (BOA) 辐照度 2. ISO 9060 太阳辐射表和太阳热量计 • 9060:2018 • 2018 vs 1990 3. IEC 61724-1 PV 性能监测 • 监测等级 • 通信与连接 • C级监测系统 • B级监测系统 • A级监测系统 • 工厂监测系统数量 4. ISO 9846 和 ISO 9847 太阳辐射表校准 • ISO 9846 校准 • ISO 9847 室内校准 • ISO 9847 户外校准 • 现场可信度检验 5. ISO/IEC 17025 校准实验室认可 • Kipp & Zonen 认可的校准服务 • 校准方法 • 校准和测量能力 2 太阳能国际标准 辐照度（辐射通量）的单位是瓦/平方米（W/m²）。 地球和太阳之间的平均距离约为 1.50 亿千米，到 达地球大气层的太阳辐射通量为 1360.8 ± 0.5 W/m² (NASA, 2008)。这个数量叫做太阳常数。 然而，它实际上并非常数。一月份地球离太阳最 近，大气层边缘的辐射比六月份高 6.6%，六月份 我们离太阳最远。太阳内部和表面有各种各样的过 程，比如控制太阳黑子和太阳耀斑的周期，它们导 致发射辐射产生波动，不过这些波动不超过 0.1%。 1. 太阳能概述 太阳为我们的星球提供 99.97% 的能源（其余是地热），并对地球上生命的存 在、天气和气候产生直接或间接的影响。它释放的能量约为每平方米表面积 63 兆瓦，总共 3.72 x 10²⁰ 兆瓦左右。 太阳能以直接辐射束形式抵达地球大气层，但当它 穿过大气层时，一部分向各个方向散射，称为“漫 散”辐射。在天气晴朗的日子里，当地太阳正午时分 达到地球表面的总辐照度一般为 700～1300 W/m²， 这取决于纬度、海拔和一年所属时间。 使用辐射计可取得高质量的太阳辐射地面测量数 据，这些仪器对范围从 300nm 或以下至 3000nm 或以上的波长作出响应，涵盖了到达地球表面能量 的 99%。 太阳能以直接辐射束形式抵达地球大气层，但当它穿过大气层时，一部分四处散射，称为“漫散”辐射。 3 太阳能国际标准 太阳直接辐射（DNI） 当太阳直接辐射落在与光束形成 90° （法向）的平 坦表面上时，如果不考虑来自天空的散射光，则辐 射通量为太阳直接辐射。在晴朗的日子里，地球表 面接收的能量高达 95% 是 DNI，但在阴天该值则接 近零。 对于依靠聚焦太阳光的太阳能技术，包括聚光太阳 能发电（ CSP）热力系统和聚光光伏（ CPV）， DNI 至关重要。 DNI以太阳热量计测量。太阳热量计视角为 5°，安 装于自动太阳跟踪仪上，后者通过移动，使太阳热 量计从日出到日落都能准确对准太阳。 太阳散射辐射（DHI） 因大气层存在而散射的太阳辐射通常被认为具有漫 散特点，在测量位置上方的天空中近似均匀分布。 天气晴朗时它约占地球表面全部接收能量的 5%， 但阴天时接近 100 %。 PV 光伏板对大范围入射角的光作出响应，因此在阴 天它们可以利用这种漫散辐射产生能量。 天空半球中的漫散辐射落在水平面上时，辐射通量 称为水平面漫散辐照度。 DHI测量仪器是安装在太 阳跟踪仪上的卧式太阳辐射表，一整天都不受阳光 直射。天空被遮蔽的 5°角与太阳热量计的 5°视角完 全一致。 4 太阳能国际标准 太阳总辐射（GHI） 当太阳直接辐射（ DNI）和太阳散射辐射（ DHI） 都落在水平面上时，辐射通量称为太阳总辐射。不 过， GHI 并非简单的 DHI + DNI。 如果太阳在头顶正上方，会在水平面上形成圆形光 束，但当它在天空中向下移动时，光束扩散成椭圆 形 —— 与晚上影子变长是一个道理。DNI 的值（单 位： W/m 2 ）保持不变，但分布的范围更大，因此水 平面上的辐照度降低。 这是一个余弦函数关系： GHI = DHI + DNI*cos (θ) Θ 是太阳天顶角（SZA），在位置垂直上方为 0°， 水平方向则为 90°。 因此，只有太阳正午时分太阳天顶角为 0° 时 GHI = DHI + DNI 才能成立（这种情况在热带以外的地方 从来不会发生）。 GHI 是在卫星仪器天气和气候网络中测量的参数， 并使用晴天能量模型进行计算，因此具有重要性。 其测量仪器为水平放置的太阳辐射表。 通过使用太阳辐射表测量当地 GHI，可对场地之间 和数据集之间的可用太阳能进行比较，还可以验证 特定位置的卫星和模型估计值。 阵列平面（POA）辐照度 如果太阳辐射表按一定角度安装，那么它可以测量 倾斜面的总辐照度。如果方位角和天顶倾斜角与相 邻光伏组件相同，则它与该阵列处于同一平面上， 并测量其所能触及的所有太阳辐射。还包括地面和 太阳辐射表前面阵列框架结构的反射光。该值随组 件倾斜角、行距和表面反射率不同而不同。 准确测量 POA 辐照度是计算工厂效率、性能比和投 资回报的关键。 阵列背面（BOA）辐照度 在太阳能市场中，人们对采用双面技术的光伏组件 越来越感兴趣。所谓双面光伏组件，即太阳能电池 的两面都可以吸收太阳光储能。 双面组件要求阵列之间有更多空间，让直射光束和 天空漫射辐射到达地面并通过散射形式反射到背面 上。能量增益范围为 10%～ 25%，取决于组件类型 和高度、行间距、支撑结构以及组件背面可见到的 表面反射（包括地面反照率）。 但是，额外能量的多寡随天空和地面条件、白天太 阳的角度以及一年中太阳运行路径的变化（太阳 赤纬）而异。阵列背面上所有点的额外辐射不会一 样。 因此，研究人员对测量阵列背面辐照度产生了兴 趣。 准确测量 BOA辐照度将有可能成为计算工厂效率、 性能比和投资回报的必要条件，这涉及双面系统额 外的购买和维护费用，比如组件背面清洁。 目前，在双面光伏电站太阳辐射监测方面，还没有 已发布的国际标准。 5 太阳能国际标准 太阳为我们的星 球提供 99.97% 的能源。 6 太阳能国际标准 标准规定了各种太阳辐射表和太阳热量计的最低性 能要求。指定的参数包括：响应时间、零点偏移、 非稳定性、非线性、定向响应（不适用于太阳热量 计）、光谱响应/误差、温度响应和倾斜响应。 注意 | 标准并未提及如何进行性能测试或仪器如何校准 型探测器进行测量，这种探测器吸收入射辐射，加 热热电堆，并将温升转换成小电压。 几乎所有的 ISO 9060:1990 太阳辐射表其单个或双 个半球形圆顶均使用光学玻璃，保护黑色探测器表 面免受灰尘和环境影响。传输范围从 300nm 或以 下到 3000nm 左右，视玻璃类型而定。在不断变化 的条件下，双圆顶通过进一步“隔离”传感器表面， 使其免受风和温度快速波动等环境影响，从而提供 更好的稳定性。 太阳热量计本质上是带有准直管的太阳辐射表，该 理想情况下，太阳辐射计在大的光谱宽度范围内应 产生平坦的响应曲线，不管所用光伏组件或太阳 能收集器类型如何，均可测量所有可用的入射太阳 能。 1990 年初始版 ISO 9060 将此定义为“光谱选 择性”，即在 350～ 1500nm 范围内偏离平均值。为 达到这一目的，通常用一种涂有黑色涂层的“热电” 2. ISO 9060 太阳辐射表和太阳热量计 准直管将视野限制在 5° 范围内，且通常以玻璃或石 英圆盘作为辐射入射窗。 硅光电池、光电二极管等光电传感器的光谱响应有 限且不均匀，无法满足 ISO 9060:1990 定义的太阳 辐射表或太阳热量计光谱选择性要求，因此有必要 描述为“硅太阳辐射表”或类似术语。 下图显示海平面处晴空太阳辐射光谱，以及初级玻 璃圆顶热电堆太阳辐射表（如 Kipp & Zonen CMP3 和 SMP3 型号）和典型硅光电二极管传感器（如 Kipp & Zonen SP Lite2 和 RT1）的响应。 印尼 Sukaresmi 屋顶太阳能电池板 Wavelength [nm] Response [arbitra r y units] 0 200100 500400300 0 0.5 1.0 1000 5000400030002000 Solar radiation at sea level Spectral response of silicon pyranometers Spectral response of thermopile-type pyranometer 海平面太阳辐射 硅太阳辐射表光谱响应 热电堆型太阳辐射表光谱响应 ISO 9060 标题为“太阳能——半球向太阳辐射和太阳直接辐射测量仪器的规格和 分级”，对用于测量太阳总辐射（GHI）、倾斜面辐照度（POA）及太阳散射辐 射（DHI）的太阳辐射表进行定义，并对用于测量 DNI 的太阳热量计进行定义。 波长 [nm] 响应 [任意单位] 7 太阳能国际标准 ISO 9060:1990 按测量性能从低到高顺序将太阳辐射表和太阳 热量计分为二级、一级和副基准级标准。 太阳辐射表分级没有一级标准。为了尽可能降低测量不确定 性，采用精确的漫散辐照度和直接辐照度测量值以及太阳天顶 角（ θ） 计算GHI，计算公式为： GHI = DHI + DNI*cos(θ)。 ISO 9060:1990 确实提到太阳热量计的一级标准，但它并未指 定为性能分类。这是一种“绝对空腔辐射计（ ACR）”，价格昂 贵，而且只能在良好天气条件下进行测量，比如瑞士达沃斯世 界辐射中心（ World Radiation Center；WRC）的 PMO6-cc。 大多数 ISO 9060:1990 太阳辐射表只提供灵敏度校准证书。用 于科研的型号，比如 Kipp & Zonen CMP21 和 CMP22，通常提 供各自的温度响应和定向响应测试报告，方便以后有必要时对 测量数据进行校准。 ISO 9060:2018 更新的第二版于 2018 年 11 月发布，其中规格有两大变化： 1990 年的规格参数都有限值，比如 ±0.5 %。 2018 年出现“ 保护带”，表示容许限度和对应接受限度之间的间隔，这样 一来，数值可以变为 ±0.5 % 外加 0.2% 保护带，表示确定 实际值的不确定性。 光谱响应从 1990年的“光谱选择性”变为 2018 年的“晴空辐 照度光谱误差”。这是通过将一些天空和大气条件下的参考 太阳光谱与辐射计实测光谱响应进行卷积计算得到的。 这样做的目的是更好地了解辐射计光谱响应可能引起的实地测 量误差，使精心设计的硅光电池和光电二极管传感器满足较低 的性能分类要求。 ISO 9060:2018 中太阳辐射表和太阳热量计的基本分级如下： C 级 B 级 A 级 按测量性能从低到高顺序 如果辐射计符合 1990 年副基准级标准的太阳辐射表“光谱选择 性”标准，那么术语“光谱平坦”可以用于 ISO 9060:2018 光谱平坦 C级 光谱平坦 B级 光谱平坦 A级 按测量性能从低到高顺序 如果 95% 响应时间短于 0.5 秒，则可以使用“快速响应”这一术 语；例如，光电二极管传感器未放大的模拟输出信号一般为“快 速响应 C 级”。注意，带有 RS-485 Modbus ® RTU 串行数据通 信功能的辐射计通常每一秒都更新输出寄存器中的值，因此不 是“快速响应”。 ISO 9060:2018 要求，A 级太阳辐射表必须单独测试，确保温 度响应和定向响应符合分级要求。 还有另外一种分级 —— AA 级，适用于“参比”太阳热量计，也 就是说，这种仪器必须是“光谱平坦”且为绝对空腔辐射计。太 阳辐射表和太阳热量计还有一个额外的参数，即“附加信号处理 误差”，适用于构成辐射计辐照度测量输出一部分的内部或外部 信号或数据处理。 标准对“漫辐射计”一词进行介绍，该术语指附带遮蔽太阳直接 辐射结构或机构的太阳辐射表。 1 2 8 太阳能国际标准 Kipp & Zonen 太阳辐射表 ISO 9060 分级 ISO 9060:2018 C 级 光谱平坦 C级 光谱平坦 B 级 光谱平坦 B级 ISO 9060:1990 未允许 二级 一级 二级标准 性能 较低 较高 无源太阳总辐射表 SP Lite2 (快速响应 ) CM4 CMP3 CMP6 CMP10 CMP11 CMP21 CMP22 智能太阳辐射表 RT1 SMP3 SMP6 SMP10 SMP11 SMP21 SMP22 2018 年标准与 1990 年标准的比较 需要记住的关键点是太阳辐射表和太阳热量计并未改变。 Kipp & Zonen CMP10 等型号直到 2018 年 10 月均 执行 ISO 9060:1990二级标准，但从 2018 年 11 月开始变成 ISO 9060:2018 光谱平坦 A 级。 仪器是一样的，性能、校准不确定度和实测辐照度数据的总体不确定度也一样。对于终端用户来说，主要区 别在于，现在除了灵敏度校准证书，他们还收到温度和定向误差测试报告。 注 | 除非已经展开温度响应和定向响应测试，否则 ISO 9060:1990副基准级标准太阳辐射表不能重新归类为 ISO 9060:2018光谱平坦A级。 这两项测试通常是将仪器送至制造商处进行的。 9 太阳能国际标准 许多从事太阳能行业的人士都听说过这项标准，但他们不理解它 涵盖的内容。强烈建议在 IEC 网络商店（ https://webstore.iec.ch/ publication/33622）购买该文件。 标准的第一部分除了测量参数、质量检查、计算参数和性能指标的数 据获取，还谈及监测设备的传感器、安装和精度。这里简单介绍它与 太阳辐照度和其他环境因素监测的相关性。 其中较新且全面的当属 2017 年 3 月发布的 IEC 61274-1《光伏系 统性能——第一部分：监测》。两项依赖于已收集数据的性能分析标 准，即 IEC TS 61724-2 和 IEC TS 61724-3，以该标准为基础。 IEC 61274-1 从辐照度输入到交流电源输出，概述太阳能电站系统性能 监测和分析的设备、方法和术语。它适用于固定角度、单轴跟踪和双轴 跟踪的传统光伏组件（ CPV）以及聚光器系统。目前不涉及双面安装。 监测等级 IEC 61724-1定义了三种监测系统级别，对应于不同水平的监测不确定 性和预定应用范围： 3. IEC 61724-1 PV 性能监测 目前在太阳能电站性能监测方面有几项国际标准，已被世界各地的主要利益相关者采用。 典型应用 C级 -基本精度 B级 -中等精度 A级 – 高精度 基本系统性能评估 X X X 性能保证文件 X X 系统损耗分析 X X 电网交互评估 X 故障定位 X 光伏技术评估 X 光伏系统精准劣化测量 X 辐照度、温度、风和电力输出最大采样间隔 1 分钟 1 分钟 3 秒 污物、雨、雪和湿度最大采样间隔 1 分钟 1 分钟 1 分钟 最大记录间隔 60 分钟 15 分钟 1 分钟 10 太阳能国际标准 对于 C 级和 B 级，可以从其他附近可靠的数据源估 计测量值，但这些来源非常少。 A 级的所有参数必 须现场监测。 各监测系统所需的传感器类型取决于监测等级和应 用，因此，上表中并非每个级别都显示采样和记录 间隔的所有参数。标准包括针对特定目的进行 DNI 和 DHI 测量，但这里我们主要讨论 GHI 和 POA 辐 照度测量。 光伏电站内串行数据通信的太阳能行业标准已经变 成支持 Modbus ® RTU 协议的 2 线 RS-485，在少量 数据总线回路上使用可单独寻址的监测设备。配送 电源为 12 或 24 VDC。 逆变器、集线器和网关现在都使用这个，许多不 再有模拟输入。现场一般没有本地数据日志记 注 | IEC 61724-1 参照了 ISO 9060:1990 太阳 辐射表分类，因为它是在 ISO 9060:2018 修订版 发布前修订和发布的，而修订版实际上取代了早期 版本。因此，下文监测描述以 2018 年分类作为参 考。 录，所有传感器 连接到现场监视控制与数据采集 （ SCADA）系统，通过工厂监控软件进行存储、分 析和可视化，并进行远程访问。 阵列下通常有一个用于 DIN 导轨接线板的防风雨接 线盒，所有传感器与之相连进行数据传输和直流电 配送。接线盒应充分接地保护，直流电源和 RS-485 电线到监测仪器之间必要的电涌/尖峰/闪电/静电放 电保护装置也应在此处安装。 RS-485 屏蔽电缆通常敷设于地下，从接线盒连接到 控制室和 SCADA 系统。 SCADA 系统由工厂所有者/ 运营商 IT/软件工程师控制，与现场监测设备进行 通信。 如果传感器不提供 Modbus ® RTU 输出，使用低成 本工业数据记录器输入时 4-20mA 通常是首选的模 拟输出。 C级监测系统 • 阵列平面（ POA）辐照度 – 任何类型的热电堆太 阳辐射表、 PV 参比设备或光电二极管传感器；根 据制造商要求重新校准。 • 周围空气温度 – 组件效率影响指标（虽然监测组 件温度更好）。 此类系统主要用于商业屋顶安装，在没有性能相关 重大财务及合约影响的情况下了解光伏安装效率。 通常将单个逆变器通过集线器或网关连接到简单的 监测系统，该监测系统可能是本地的，也有可能是 基于云的。 推荐设备： • Kipp & Zonen RT1 屋顶智能 POA辐照度监测系统 （ ISO 9060:2018 C 级太阳辐射表）；显示光伏组 件温度，支持 RS-485 Modbus ® RTU数据通信。 Kipp & Zonen RT1 屋顶智能阵列平面（ POA）辐照度监测系统 11 太阳能国际标准 B级监测系统 • POA 辐照度和太阳总辐射（ GHI）– 每小时辐照 度总量测量不确定度 8% 的 ISO 9060:2018 光谱 平坦 B 级太阳辐射表或 PV 参比设备（不接受光 电二极管传感器）；每两年重新校准一次。 如果每年凝结和/或冻结降水（其中包括露水）影响 辐照度测量的时间超过 14 天，则需要加热。 B 级监 测系统的太阳辐射表可选配通风装置，但在许多地 方（特别是不经常清洁之处），脏污问题更大。 通风装置将过滤后的干净空气吹过太阳辐射表圆 顶，减少污垢、灰尘和其他污物的沉积，减少需要 清洁的频率。它们还选配气流加热功能，防止圆顶 上形成露珠、蒸发掉雨滴以及使霜融化。 • PV 组件温度 – 每套系统 6 个传感器，沿组列分 布，用于性能比（PR）计算中的温度校准。 • 周围空气温度 – 用于历史趋势分析。 • 风速 – 影响组件表面冷却。 • 降雨 – 与组件有水而导致的发电损耗有关。 然而， B级不太可能受到欢迎，原因在于公用事业规 模的光伏电站通常因严重的合同履行不足而受罚。 每小时辐照度总量不确定度约为 6-8%，这样计算出 来的 PR 不够好，无法令所有利益相关者满意。如果 这个级别的性能足够好，利益相关者就不太可能认 为有必要每套监测系统安装 6个组件温度传感器了。 推荐设备： • 2 x Kipp & Zonen SMP6 ISO 9060:2018 光谱平坦 B 级太阳辐射表，带加热和通风装置（视现场环 境条件而定）。 • 1 x Lufft WS500-UMB一体化气象站，配备 1 x WT1 组件温度传感器 —— 还可测量风速、风 向、大气温度、气压和湿度以及计算露点。 • 1 x Lufft WS100-UMB 雷达降水传感器可以测量 降水量、降水强度和降水类型(雨、雪、冻雨、雨 夹雪、冰雹)。 全部支持 RS-485 Modbus ® RTU 数据通信。 湿度无需监测，但使用 WS500 测量，而且用于计 算空气露点，后者与功率损耗相关。这在标准中被 视为一个优点。 标准要求周围空气温度传感器配备通风的太阳辐射 防护屏， WS500 符合这一要求。 WS100 雷达降水传感器无需定期保养，实时输出与 发电相关的降水量。在干燥多尘地区，翻斗式雨量 计需要定时清洗，如果是毛毛雨天气，翻斗很长时 间才会倾斜，而在此之前雨水可能已经蒸发。 如果确定需要一个以上的组件温度测量点（或者为 了完全符合 B 级监测要求），则需要额外分开安装 的 Modbus ® 传感器，比如 Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer (IMT) Tm-RS485-MB。 关于模块温度传感器的位置、 安装座的热导率以及测量的整 体精度，有严格的准则。 注 | 图片包括Lufft WS500-UMB 12 太阳能国际标准 A级监测系统 • POA辐照度和太阳总辐射（ GHI）– 每小时辐 照度总量测量不确定度 3%的 ISO 9060:2018光 谱平坦A级太阳辐射表或PV参比设备（不允许使 用光电二极管传感器）；每年重新校准一次。 如果每年凝结和/或冻结降水影响辐照度测量的时间 超过7 天，则需要加热。太阳辐射表强制通风。实 际上，这意味着始终需要加热和通风。奇怪的是， 标准并未特别提到外部通风对减少圆顶脏污的好处 （如前所述）。 • PV组件温度 – 每套 6个传感器，沿组列分布，用 于性能比（ PR）计算中的温度校准。 • 周围空气温度 – 用于历史趋势分析。 • 风速 – 影响组件表面冷却。 • 风向 – 用于历史趋势分析。 • 降雨 – 与组件有水而导致的发电损耗有关。 • 降雪 –如果这是现场存在的问题，则与发电损耗 有关。 • 污物比率 – 如果功率损耗 2%，但未为此指定 时间范围。 每小时辐照度总量不确定度约为 3%（日总量一般 在 2%以内），非常适合可靠的工厂性能比（ PR） 计算。但是，专门为此校准和表征的“ PV 参比设备” 其成本相当于或高于光谱平坦 A 级太阳辐射表，一 般需要通过数据后处理对测量结果进行修正。 推荐设备： • 2 x Kipp & Zonen SMP10 ISO 9060:2018 光谱平 坦 A 级太阳辐射表，配备 CVF4 加热和通风装置。 • 1 x Lufft WS500-UMB 一体化气象站，带 1 x WT1 组件温度传感器 – 还测量风速、风向、大气温 度、气压和湿度，计算露点。 • 1 x Lufft WS100-UMB 雷达降水传感器可以测量 降水量、降水强度和降水类型(雨、雪、冻雨、雨 夹雪、冰雹)，区分固体或液体降水。 • 1 x Kipp & Zonen DustIQ 污物监测系统，包括组 件温度传感器 全部支持 RS-485 Modbus ® RTU 数据通信。 WS500 和 WS100结合，除了可以测量湿度外，远优 于翻斗式雨量计（见 B 级监测），可以区分降雨和 降雪。 推荐的系统配备两个组件温度传感器。 A 级监测合 规性所需的其余 4 个测量点需要单独安装 Modbus® 传感器，比如 Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer (IMT) Tm-RS485-MB。 工厂监测系统数量 IEC 61724-1 参考电厂设计好的 AC 容量推荐的监测 系统最小数量。给定的监测系统数量假定所有光伏 组件同方向安装且不存在冗余或备用单元。摩洛哥嵌入光伏阵列的 DustIQ A 级监测要求辐照度传感器至少每 周清洁一次，并且每年重新校准 一次。周围空气温度传感器和光伏 组件温度传感器每两年重新校准一 次。这些活动都将产生相应的费 用。因此，有可能出现这样的情 况，光伏电站被指定使用 A 级监测 设备但不遵循运营和维护程序。 5 MW 1 ≥ 5 MW 至 40 MW 2 ≥ 40 MW 至 100 MW 3 ≥ 100 MW 至 200 MW 4 ≥ 200 MW 至 300 MW 5 ≥ 300 MW 至 500 MW 6 ≥ 500 MW 至 750 MW 7 ≥ 750 MW 8 注 | 电厂功率容量 (AC) 监测系统数量 13 太阳能国际标准 14 太阳能国际标准 如果场地上组件角度不一致，应增加 POA 和污物监测，或者一些组件朝东摆放而其他 则朝西摆放。 ISO 9846 是采用参比太阳热量计对太阳辐射表进 行户外校准的标准。 ISO 9847 是采用参比太阳辐 射表对实地太阳辐射表进行校准的标准，其中包括 室内和户外校准方法。 依照 ISO 9846 或 ISO 9847 进行户外太阳辐射表 校准需要 2-3 个晴天（如果部分多云则更久）。 实地/测试太阳辐射表和参比仪器的安装、期间清 洁、数据记录、数据处理及数据确认均有严格要 求。因为存在时间和天气方面的这些限制，所有太 阳辐射表制造商都在受控条件下按照 ISO 9847进 行室内校准。 IEC 61274-1 规定， A 级监测辐照度传感器必须每 年重新校准一次， B 级每两年重新校准一次， C 级 则根据制造商产品说明进行校准。 Kipp & Zonen 建 议实地太阳辐射表每两年重新校准一次。 校准必须可以追溯至世界辐射测量基准（ WRR）， 后者在 95% 置信水平下不确定度为 ±0.3%。WRR 位于瑞士达沃斯世界辐射中心（ WRC）， WRC 由 世界气象组织（ WMO）委任的达沃斯物理气象观 测站（ PMOD）运营。 为符合这些标准，仪器校准证书上必须包含大量的 信息。 要点如下所示： • 测试太阳辐射表和参比仪器详细资料 • 校准方法、地点、日期和时间 • WRR 可追溯性层次结构 • 校准条件；太阳天顶角、温度和辐照度范围 • 校准结果，单位一般为 µV/W/m 2 或 Wm 2 /µV • 结果总不确定度 4. ISO 9846 和 9847 太阳辐射表校准 WRC参比太阳热量计校准 与太阳能相关的各项国际标准要求，用于测量太阳总辐射（ GHI）或倾斜面总辐 照度（ GTI，包括阵列平面 POA）的太阳辐射表，须按照 ISO 9846:1993 或 ISO 9847:1992 进行校准。比如， IEC 61724-1 就规定了这一点。 15 太阳能国际标准 ISO 9846 校准 ISO 9846 “太阳能 —— 采用太阳热量计校准太阳辐射表”，是利用安 装于精密自动太阳跟踪仪上、用于测量太阳直接辐射（ DNI）的参比 太阳热量计进行户外校准的标准。该标准及 ISO 9847标准是用作参比 仪器的太阳辐射表的建议校准标准。 共有两种方法，其中“光照”指总辐射，“遮阳”指漫散辐射： 连续光照和遮阳 测试太阳辐射表测量 GHI。参比太阳辐射表被连续遮挡以测量 DHI， 而 DNI 则由太阳热量计测量。“参比” GHI 可由上述两个值和直射光 束入射角计算，并与测试太阳辐射表 GHI 值比较。 为测量 DHI，参比太阳辐射表应加热和通风，尽可能减少零点偏移。但 是，测试太阳辐射表一般不加热或通风，因此其 GHI 测量偏移较大。 连续光照和遮阳更容易使用生产设备开展，若干太阳辐射表可在简易 卧式安装台上同时校准，因此更常用。不过，晴天使用该方法才能获 得更好的结果。 交替光照和遮阳 没有参比太阳辐射表。测试太阳辐射表的遮阳装置可阻挡阳光直射， 也可以离开太阳辐射表视野，使得测量在 GHI（光照）和 DHI（遮 阳）之间交替。太阳辐射表看见的 DNI 可由上述两个值和直射光束 入射角计算，并与参比太阳热量计 DNI 值比较。 这种方法的一个优点是，光照和遮阳测量的零点偏移实际上是相同 的，因此灵敏度校准不予考虑。两种测量的天空视野也一样，交替法 在云朵分散的条件下效果更好。 如果测试太阳辐射表安装于太阳跟踪仪上整天对着太阳（与太阳热量 计一样），并且交替遮阳和未遮阳，则直射光束始终垂直于太阳辐射 表探测器，不存在影响灵敏度的方向误差，进一步降低校准不确定 度。 在两种方法中，太阳热量计级别越高，测试太阳辐射表的校准不确 定度越低。为获得较低不确定度，太阳热量计应为绝对空腔辐射计 （ ACR）。 Kipp & Zonen / OTT HydroMet 校准设施所用参比太阳辐射表使用倾 斜交替光照和遮阳法以及上述 ACR 参比太阳热量计进行校准。 16 太阳能国际标准 ISO 9847 室内校准 ISO 9847 标题为“太阳能 —— 通过比较参比太阳 辐射表校准现场太阳辐射表”，包括两种类型的方 法。I 类用于以太阳辐射为辐射源的户外校准，而 II 类用于受控条件下以人工辐射为辐射源的室内校 准。参比仪器应进行适当校准，使用时校准未超过 12 个月。 IIc 类用于直射光束室内校准，见ISO 9847:1992的 附件A “使用人工光源的校准设备”。附件 A.3.1 提及 的设备和方法为 “ Kipp & Zonen设备和方法”。几乎 所有太阳辐射表制造商都使用这种校准方法。 Kipp & Zonen 从 1992 年初始描述开始，已经改进了该 方法。 校准设备位于具有安全通道的暗室中，温度通常控 制在 +20°C 左右。同种类型参比太阳辐射表和测试 太阳辐射表均由正上方电源非常稳定的金属卤化物 灯所发光束照明。太阳辐射表探测器辐照度调整至 大约 500 W/m 2 ，这是 ISO 9060 非线性规范的参 考水平。 考虑到光束的不均匀性，参比和测试太阳辐射表安 装在可以精确旋转 180 度的转盘上，以便在光场 中交换位置。两个太阳辐射表可同时遮蔽，以确定 灯下热效应引起的偏移量。 ISO 9847 规定，参比太阳辐射表应根据 ISO 9846 进行户外校准，而且灵敏度适合校准证书 WRR 可 追溯性层次结构给出时间的测量条件。因此，为将 参考校准转移到室内的实地太阳辐射表，两个太阳 辐射表应具有相似的结构、响应时间、热特性和光 谱特性，这一点很重要。 校准的综合不确定度，是参考 WRR 的参比太阳辐 射表校准扩展不确定度和 Kipp & Zonen 实验室转移 方法扩展不确定度（约为 ±0.5 %）的正“和方根”。 据估计， CMP22 型日 射强度计在 95% 置信水平 下的总不确定度低至 ±1%（ k=2）。 Kipp & Zonen / OTT HydroMet 区域校准中心和 荷兰 Delft工厂使用相同的校准设备和方法。整个 过程基本上实现自动化，通过工厂校准服务器和 数据库完成；新生产太阳辐射表和客户的实地仪 器（重新校准前予以检查、清洁和测试）校准流 程完全一样。 自动进行大量的 QA/QC 检查，包括检查所用参比 太阳辐射表类型是否正确，及其校准是否有效。 每个太阳辐射表由连接至数据库的射频识别装置 （ RDID）唯一识别。实地太阳辐射表的校准历史 是可用的，可以检查稳定性。 如果通过 QA/QC 检查，服务器生成详细的校准证 书和仪器标签，将其存储于数据库，并发送至校准 设施打印机。证书打印在 Kipp & Zonen 授权校准 中心的原件抬头纸上。 参比仪器应适当 校 准 ，时 间 不 超 过 12个月 。 17 太阳能国际标准 或许有必要采用高质量的科学数据记录器。 根据 ISO 9847 进行现场校准往往不实际或不划 算，因此光伏运营和维护承包商通常按预定间隔时 间（一般每两年一次）将太阳辐射表送至制造商校 准中心。 然而，更容易、更快速地开展实地太阳辐射表测量 的“现场可信度检验”（见后文）已成为可能。提出 的大部分要点同样适用于实际 ISO 9847 户外校准 的准备工作 。 ISO 9847 户外校准 ISO 9847 考虑到太阳辐射表户外校准时可选择三 种朝向。Ia 类型是水平的（ GHI），Ib 类型是倾斜 的（ GTI或 POA），Ic 类型安装在自动跟踪仪上朝 向太阳。 Ia 类型容易确保参比和实地太阳辐射表 角度相同（水平）且拥有同样近乎无遮挡的天空视 野，因此很常用。 如前所述，户外太阳辐射表校准需要 2-3 个晴天 （如果部分多云则更久），参比和实地太阳辐射表 安装要求严格。校准期间它们必须保持清洁，典型 的光伏电站数据记录/采集系统不太能够满足数据 处理和数据确认要求。 墨西哥 UNAM 实地日射强度计校准 如果参比太阳辐射表在不用于可信度检验时避 光保持温暖和干燥，则灵敏度不会随时间变化 而明显改变。 与相关校准条件相比， CMP22 和 SMP22 在 95% 置信水平 ( k=2) 下灵敏度不确定度约为 ±1%。户外测量条件存在差异，且一天时间里 不断改变，因此会带来额外的测量误差和不 确定性。 SMP22 内部温度校正效果出色（不 确定度 0.3 %； -40°C 至 +70°C）、热偏移 低、定向响应和非线性程度高。在可信度检验 中， SMP22 的测量值应落在“真实”值的 ±1.1% 范围内。 安装 如果参比和实地太阳辐射表均水平安装、相互 靠近且可清楚看到天空，以便测量水平面总辐 射度（ GHI），将可获得理想比较结果。不过， 可将参比太阳辐射表精确安装在斜面上，角度 与阵列平面（ POA）实地太阳辐射表相同，并 且两者靠近。关键点是确保它们的地面和前方 阵列的视野相同。 比较期间，太阳辐射表圆顶不应有阴影。如果 因为场地结构而无法避免这个问题，分析时应 排除此时的数据。 现场可信度检验 所有太阳能相关 ISO 标准均未描述现场“检验” 或“验证”，但 WMO 确实考虑（并建议）在定 期校准间隔时间，通过与参比太阳辐射表比较进 行“校准系数常规检查”。 此类检查与依照 ISO 9847 进行的户外校准类 似，但其安装更简单、测量周期 ；短、数据处理 更少且无详细证书，可由运营和维护人员或第三 方在太阳能发电厂内开展。 什么时候进行比较 ? 一般是晴天当地太阳正午前后各两三小时（不是 时钟时间 12:00）；远离太阳的散云不会造成显 著差异。最好是在夏至进行，此时天空中太阳的 路径最高。 准备实地太阳辐射表 首先必须检查实地太阳辐射表，记录任何损坏 （最好拍照）并修复。必须清理仪器，更换干燥剂 （如适用），检查缆线和准直，并记录天气条件。 参比太阳辐射表 需要洁净、充分维护且近期进行可靠、可追溯校 准的参比太阳辐射表，其性能应至少与实地太阳 辐射表一样好（ Kipp & Zonen CMP22 或 SMP22 为佳，尽可能降低参考测量不确定度）。 18 太阳能国际标准 数据记录器 两个太阳辐射表应连接到同一个高质量便携式数 据记录器，原因在于场地布线、电源或数据记录 器/ SCADA 系统可能存在问题。 LOGBOX SE 结构紧凑且不受气候影响，配备多个 输入接口，其内部电池在比较期间足以轻松驱动 SMP 太阳辐射表（ CMP 型号无需电源）。通常每 秒钟取样一次，记录 1分钟平均值以及最大值、最 小值和标准偏差。这样可在电子表格比较测量结 果之前筛选已