1　引言

　　地面用晶体硅光伏组件检测是一门综合了物理、材料、光学、电学和机械等多学科的高新技术课题,对该产品性能的准确评定有着较高的技术难度。组件最大功率是产品的关键指标,测量时所用的光源主要有两种:一是满足规定条件的自然阳光,二是按标准要求模拟的太阳光。前者由于地理环境与气候条件的不可控,后者由于模拟光源在光谱匹配性、光强均匀性及稳定性等性能的准确测定存在很高要求,都对产品检测结果的准确程度造成了重要影响。

　　本文对采用参考组件法测量的组件最大功率进行了不确定度评定与分析,借此对光伏组件性能的检验工作提供参考与探讨。

　　2　测量方法

　　测量所用样品为单晶硅光伏组件GFM150。

　　2. 1　测量过程

　　地面用晶体硅光伏组件最大功率的测量要求在标准IEC 61215-2005的10. 2条做了详细的规定。

　　采用参考组件法时,通常如下进行测试。

　　1)用参考组件校准模拟器,调整测试平面上的辐照度,使参考组件的短路电流达到所需的标定值。

　　2)安装试样,要尽可能使参考组件与测试组件在同一平面。

　　3)测试组件在特定辐照度和温度条件(组件试样温度: 25℃;辐照度: 1000W·m-2)下的电流-电压特性。记录试样的电流一电压特性及环境温度,保持试样温度与环境温度一致。

　　4)将实测的电流-电压特性修正到所需的温度(25℃)。根据修正后的电流-电压特性曲线,计算出测试组件的最大功率。

　　2. 2　测量仪器

　　单次闪光大面积太阳模拟器,其光谱匹配性、光强稳定性、光强均匀性均达到IEC 60904. 9规定的AAA级要求。设备自动记录试样的电流-电压曲线及温度,并按温度进行修正,随后由软件自动取值,计算出组件的最大功率。

　　3　数学模型

　　式中,P为功率, (W);I为电流, (A);U为电压, (V);E为辐照度, (W /m2);Ta为温度, (℃);S为风速, (m/s2)。

　　4　输入量的标准不确定度评定

　　通过数学模型可以得出,最大功率主要与受到的光照辐照度,环境温度及风速有关。测试设备通过对组件加上电子负载,得到标准测试状态下的电压与电流关系曲线,并由软件计算得出最大功率。

　　由于测试采用的是室内参考组件法,其风速影响可以不计,由光照辐照度、环境温度所引入的标准不确定度来源主要由以下不确定度分项构成:

　　1)太阳模拟器光谱与标准光谱(AM1. 5)之间的失配;

　　2)测量操作不重复性引入的不确定性误差,如标准组件与测试组件的测试位置不完全一致,电气接线过程中存在的接触电阻等;

　　3)太阳模拟器的辐照稳定度和均匀度;

　　4)温度波动引起的测量误差。

　　5)电子负载分辨率及仪器的电学性能误差;

　　6)参考组件本身引入的不确定度分量;

　　7)测试组件和参考组件之间的光谱响应失配;

　　上述8个不确定度分项中,第一项通过大量的连续重复独立测量得到测量列,采用A类方法进行评定;第2, 3, 4, 5项是太阳模拟器引入误差,因采用了参考组件比较检测法,所以设备光学性能引入的不确定度可以基本消除,而取决于参考组件,电学性能引入的不确定度按照设备制造商给出的参数用B类评定方法,第6项、第7项和第8项根据实际情况用不确定度的B类评定。

　　4. 1　测量操作引入的标准不确定度u1的评定

　　在操作时,由于组件的安放位置、电气的连接无法保证每次完全一致,同时模拟器光源在每次测量时也存在一定的不重复度,由此会引入随机测量不确定度,用A类方法评定,表1为20次实际测量值。

　　最大功率平均值为: 145. 468W

　　单次测量的实验标准差s =

　　实际测试时,取三次平均值

　　4. 2　参考组件本身所带来的不确定度分量u3的评定

　　本中心所用的参考组件为经中国航天科技集团公司第八研究院八一一研究所所标定的组件,在其测试报告中并未给出测试结果的不确定度。经文献的查阅与对国内检测机构的了解,国内尚未有相关机构出具过完整的组件测试不确定度分析报告,仅天津十八所在1993年参与了参考电池国际实验室比对,国外有相关文献对此做出了说明。通过对不同测试方法所得结果的实验室间国际比对,最能有效地验证不确定评估的有效性。本文引用国外文献中参考电池比较测试法所引入的平均不确定度4%做为引入不确定度的参考,该数据为近期全球著名光伏实验机构间国际比对得出的平均数据,也是今后中心参与国际间比对来进一步验证检验能力所要达成的基本目标,因中心现有技术能力尚在完善中,将不确定度修正为5%,其误差分布为正态分布,取其置信概率为95%:

       4.3   仪器设备引入的标准不确定度u2的评定

　　由模拟器引入的误差(光谱匹配性、光强稳定性和光强均匀性),电子负载各测试量的最大允差(电流、电压),设备软件处理方式(取数据值点方式),设备测温误差,环境温度修正公式决定。因采用了参考组件比较检测法,所以设备光学性能引入的不确定度可以基本消除,电学性能引入的不确定度按照设备制造商给出的参数,其整个系统的测试精度为±2%。假定在此范围内等概率分布.

　　则:

　　4. 4　测试组件和参考组件之间的光谱响应失配所引起标准不确定度u4的评定

　　测试组件和参考组件之间的光谱响应失配所引起的标准不确定度,因为采用的是与测试组件具有相同光谱响应特性的参考组件,因此,根据实验经验与文献数据,具有相同光谱响应特性的组件其检测结果的偏差通常不超过±1%,假定失配所引起的误差分布为均匀分布则:

　　4. 5　温度波动引起的测量误差的标准不确定度u5的评定

　　环境温度控制在±1℃,并且设备自动采集温度后进行修正,经过多次试验和公式计算其值仅有0. 006%,对检验结果的影响很小,可以忽略不计。

　　5　测量不确定度的报告与表示

　　单晶硅光伏组件最大功率为:145.5±8.3W,它是由合成标准不确定度uc乘以包含因子k=2而得到的。

　　6　扩展不确定度的评定

　　按置信概率=95%,取包含因子k=2,则:  U=2×uc=8·3W

　　7　合成标准不确定度的评定

　　对于合成相对标准不确定度urel,以上各不确定度分量均为对最终测试结果的直接影响,其灵敏度系统均为1。因此,

　　计算结果:

　　8　结论

　　从上述不确定度的评定分析可知,参考组件引入的不确定度是组件最大功率测量不确定度的主要来源,而目前国内在对光伏组件检测设备及参考组件的量值溯源上还主要依赖国外知名机构的测试数据,因此,重视国内光伏产品检测技术的提高,完善检测方法,研制高端设备,健立量值基准,不仅对提高检测结果的准确性具有重要作用,更对国内光伏行业的健康发展有着深远意义。

　　参考文献:

　　[1]　国家质量技术监督局.测量不确定度评定与表示(JJF1059-1999)[S].北京:中国计量出版社, 1999

　　[2]　中国合格评定国家认可委员会. CNAS-GL05测量不确定度要求的实施指南[S]

　　[3]　IEC 61215-2005 Crystalline silicon terrestrial photovoltaic(PV) modules -Design qualification and type approval [S]

　　[4]　C.R. Osterwald, S.Anevsky, A.K. Barua, etc. Resultsof the PEP 9' 3 intercomparison of reference cell callbra-tions and new technology performancemeasurements[J]

　　[5]　Antonio Luque, Steven Hegedus. Handbook of PV Sci-ence and Engineering[M]