太阳模拟器特性对光伏组件光电性能测试影响-蔡川-solarbe文库

太阳模拟器特性对光伏组件光电性能测试影响分析蔡川2021-10-20第一届 “ 光伏实验室质量提升技术研讨会 ” 内容提要1. 光伏组件光电性能测试重要性2. 溯源和测试方法3. 太阳模拟器特性对光伏组件光电性能测试影响因素分析 • 经济损失 = 交易额 * 单价 * 不确定度相关量功率背景光伏组件Solar 并网分布太阳 Electricity • 功率标称值 =测量值 -不确定度相关量不确定度测量值标称值内容提要1. 光伏组件光电性能测试重要性2. 溯源和测试方法3. 太阳模拟器特性对光伏组件光电性能测试影响因素分析光伏量值传递体系框架 5 Cryogenic radiometerTrap detectorReference cell DSR低温辐射计陷阱探测器标准电池绝对辐射计户外太阳模拟器光伏组件黑体光谱仪标准灯标准光伏组件被测光伏组件U1 U2Standard detector标准探测器世界辐射基准 IEC 60904-4 Photovoltaic module calibration process • 绝对辐射计• 标准太阳电池• 光谱仪 )()1( 121212 TTGGIII sc   )()()( 121221212 TTTTIkIIRVV s  121212 ))(1( GGTTII rel   )()())ln()(( 122,12,1212112 TTIkIIRGGaTTVVV sreloc   @STC：• 25℃• 1000W/m2• AM1.5GIEC 60891 内容提要1. 光伏组件光电性能测试重要性2. 溯源和测试方法3. 太阳模拟器特性对光伏组件光电性能测试影响分析 7 太阳模拟器特性Ø 光学部分• 光谱分布 • 辐照不均匀度• 辐照不稳定度 Ø 电学部分Ø 温度部分光学部分 -光谱分布黑体标准灯光谱仪太阳模拟器太阳模拟器光谱校准 Wavelength rangenm Percentage of total irradiance Cumulative integratedirradiance 123456 300 − 470470 – 561561 − 657657 − 772772 − 919919 − 1 200 16.61 %16.74 %16.67 %16.63 %16.66 %16.69 % 16.61 %33.35 %50.02 %66.65 %83.31 %100.00 % IEC 60904-9:2007 光伏器件第 9部分：太阳模拟器性能要求 8 太阳模拟器光谱溯源图光谱波段划分比例及标准光谱所占比例IEC 60904-9:2020 光伏器件第 9部分 :太阳模拟器性能分级1 2 3 4 5 6 光学部分 -光谱分布黑体标准灯光谱仪太阳模拟器 Wavelength rangenm Percentage of total irradiance Cumulative integratedirradiance 123456 300 − 470470 – 561561 − 657657 − 772772 − 919919 − 1 200 16.61 %16.74 %16.67 %16.63 %16.66 %16.69 % 16.61 %33.35 %50.02 %66.65 %83.31 %100.00 % IEC 60904-9:2007 光伏器件第 9部分：太阳模拟器性能要求 9 太阳模拟器光谱溯源图光谱波段划分比例及标准光谱所占比例IEC 60904-9:2020 光伏器件第 9部分 :太阳模拟器性能分级光谱匹配度测试结果为所测点位最差结果光学部分 -辐照不均匀度  (%)uniformityNon %100- minmax minmax  EE EE %100- minmax minmax II II%100)( )-( minmax minmax   RII RII %100- minmax minmax VV VV= = = 不同串联负载阻值 (mΩ)下，不均匀度校准结果Emax=1020W/m2， Emin=980W/m20 10 20 30 40 50 602.01% 2.03% 2.00% 2.00% 1.95% 1.69% 1.06% Junchao Zhang , Haifeng Meng, Limin Xiong , Yingwei He , Bifeng Zhang ,Toward a set of Integrated and Portable Facilities for Solar Simulators’ Key Parameters Calibration， ICNEER， 2015 辐照不均匀度校准装置专利：检测太阳模拟器辐照均匀性和稳定性的装置，专利号： ZL 2010 2 0577557.9 辐照不均匀度测试 IEC 60904-9 太阳电池等效模型光学部分 -辐照不均匀度 11 输出电流与各电流关系：辐照不均匀度特性分析  321 IIII  321 VVVV VIP 组件中各电池串联模型组件电压、电流、功率与各电池有如下关系  (%)uniformityNon %100- minmax minmax  EE EE • 相同不均匀度量值的辐照度分布差异也可能会很大 • 分析辐照不均匀度对光伏组件 IV性能测量结果的影响，需要考虑每个电池片位置处的辐照度，而不仅仅是最大辐照度和最小辐照度 nnbr sssh s sph V IRmVIRmVaR IRmV nkT IRmVqIIIIIII   )/)(/(/ ]1))/([exp(--- 0pshDph0.984 0.993 0.986 0.985 1.000 0.992 0.992 0.986 0.990 0.992 0.992 0.994 0.984 0.985 0.992 0.991 0.988 0.995 0.993 0.991 0.989 0.992 0.993 0.982 0.987 0.988 0.993 0.990 0.983 0.990 0.990 0.991 0.990 0.982 0.994 0.995 0.989 0.991 0.988 0.980 0.993 0.989 0.989 0.985 0.993 0.980 0.993 0.993 0.989 0.993 0.991 0.990 0.984 0.989 0.985 0.992 0.990 0.989 0.991 0.992 0.980 0.993 0.987 0.984 0.994 0.992 0.989 0.992 0.989 0.989 0.986 0.985 0.994 0.999 0.995 0.996 0.995 0.994 0.994 0.997 0.993 0.993 0.995 0.994 0.993 0.993 0.993 0.994 0.995 0.996 0.998 0.993 0.993 0.998 0.993 0.993 0.996 0.992 0.997 0.994 0.998 0.995 0.992 0.996 0.997 0.997 0.996 0.995 0.997 0.997 0.997 0.993 0.995 0.996 0.994 0.996 0.999 1.000 0.997 0.998 0.993 0.993 0.990 0.980 0.995 0.993 0.992 0.992 0.992 0.994 0.990 0.996 0.999 0.992 0.993 0.998 0.996 0.998 0.999 0.991 0.989 0.996 0.997 0.998 AB IEC 60904-9 2020 光伏器件第 9部分：太阳模拟器性能分级 0 5 10 15 20 25 30 35012345678 Isc/A U/V 100% 75% 50% 25% 0% 0 5 10 15 20 25 30 35020406080100120140160 P/W U/V 100% 75% 50% 25% 0%理论计算遮挡 1片电池不同透过率条件下光伏组件 IV曲线 (a)和功率曲线 (b)(a) (b)(a) (b) 0 5 10 15 20 25 30012345678 Isc/A U/V 100% 75% 50% 25% 0% 0 5 10 15 20 25 30020406080100120140 P/W U/V 100% 75% 50% 25% 0% 12辐照度不均匀度分析软件辐照不均匀度测试原理图光学部分 -辐照度均匀度实验测量遮挡 1片电池不同透过率条件下光伏组件 IV曲线 (a)和功率曲线 (b) 13 太阳模拟器特性Ø 光学部分• 光谱分布 • 辐照不均匀度• 辐照不稳定度 Ø 电学部分Ø 温度部分变电压负载电学部分 —电子负载VA+ - - ++- V RVAV B-(VR+VA) VA - ++-VA V=0 VV=-VA V=0 变电阻负载RA RV RA RV VV-VA |VVstart | ≧ |VA|VB=-(VR+VA) |VBmin| ≧ |VRmin+VA| VVend ≧ Voc• The conditions for obtaining the complete IV curve: • The conditions for obtaining the complete IV curve:VBmax can not be too large so as to avoid electrical breakdown. VVstartcan not be too large so as to avoid electrical breakdown. 修正系数 r=校准值 /测量值发明专利：太阳模拟器电子负载在线校准装置，专利号： 201410259383.4 被校准 IV曲线电流信号随时间变化电压信号随时间变化校准 IV曲线 15霍尔传感器未进行辐照度和温度修正的测量数据电学部分 —电子负载 16 太阳模拟器特性Ø 光学部分• 光谱分布 • 辐照不均匀度• 辐照不稳定性 Ø 电学部分Ø 温度部分温度部分 —温度均匀性22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.2 22.222 22 22 22 22 22 22 22 22 2221.8 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8 21.8 21.821.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.6 21.621.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.2 21.221.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.721.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.721.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.721.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.721.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.721.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7 21.7Temperature 22.2℃21.2℃21.7℃21.7℃Count Isc/A Voc/V Im/A Vm/V Pm/W2 1 .2 ℃ -2 2 .2 ℃ 1 8 .8 5 5 3 8 .1 6 9 8 .2 7 1 3 0 .9 6 3 2 5 6 .0 9 52 8 .8 5 5 3 8 .1 6 9 8 .2 7 1 3 0 .9 6 5 2 5 6 .0 9 9 3 8 .8 5 4 3 8 .1 7 8 .2 7 5 3 0 .9 6 6 2 5 6 .2 3 3ave 8 .8 5 5 3 8 .1 6 9 8 .2 7 2 3 0 .9 6 5 2 5 6 .1 4 2 1 .7 ℃ 1 8 .8 5 2 3 8 .1 7 3 8 .2 7 3 3 0 .9 6 5 2 5 6 .1 6 82 8 .8 5 2 3 8 .1 7 5 8 .2 7 3 3 0 .9 6 8 2 5 6 .1 8 53 8 .8 5 3 3 8 .1 7 8 8 .2 7 4 3 0 .9 7 1 2 5 6 .2 4 34 8 .8 5 3 3 8 .1 7 5 8 .2 7 2 3 0 .9 6 8 2 5 6 .1 8 4ave 8 .8 5 3 3 8 .1 7 5 8 .2 7 3 3 0 .9 6 8 2 5 6 .2 0 偏差 0 .0 2 % 0 .0 2 % 0 .0 1 % 0 .0 1 % 0 .0 2 %由于光伏组件位置摆放、恒温时间长短等因素影响，导致光伏组件各位置温度不一致• 温度非均匀情况下，光伏组件温度取整个组件温度的平均值  321 VVVV• 电压随温度变化灵敏且两者成线性关系 .• 光伏组件电压是各电池电压的加和：关键参数不确定度来源不确定度Isc Voc Pm1 1000W/m2 标准太阳电池校准引入不确定度 0.75% 0.04% 0.74%2 标准太阳电池测量准确性引入不确定度3 标准太阳电池长期稳定性引入不确定度4 标准太阳电池温度偏差引入不确定度5 标准电池与被测组件光谱失配引入不确定度6 辐照不均匀性测试面辐照不均匀度引入不确定度 0.22% 0.00% 0.04%7 标准太阳电池与光伏组件辐照不均匀度引入不确定度 / / /8 辐照长期不稳定度基于监控电池进行辐照度修正引入的不确定度 / / / 9 温度偏差测温仪校准引入不确定度 0.03% 0.15% 0.20%10 测温重复性引入不确定度 / / /11 测温偏差及温度不均匀性（横向 +纵向）引入不确定度 0.02% 0.09% 0.12%12 电学参数偏差太阳模拟器电子箱电压、电流、功率校准引入不确定度 0.15% 0.1% 0.18%13 太阳模拟器电子箱电压、电流、功率测量准确度引入不确定度 0.04% 0.32% 0.18%14 几何位置及角度标准太阳电池与被测光伏组件平行度引入不确定度 0.02% 0.01% 0.06%15 标准太阳电池与被测光伏组件前后距离偏差引入不确定度 0.12% 0.01% 0.12%16 接触电阻由于测试端子与组件接头接触电阻引入的不确定度 0.00% 0.00% 0.15% 17 电容效应由于光伏组件的容性引起测试过程中磁滞效应导致正反扫差异引入的不确定度 0.00% 0.01% 0.13%18 重复性测量重复性引入不确定度 0.05% 0.05% 0.08% 标准不确定度 0.81% 0.38% 0.85% 扩展不确定度（ k=2） 1.62% 0.77% 1.71% 18 谢谢大家！蔡川 Tel:+8610-64524822 Mobile: +86 15650723231 Email: caichuan@nim.ac.cn

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