CN111262526A - 一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，包括以下步骤：(1)评估天气是否具备测试条件；(2)搭建控温测试平台；(3)借助选择性透过的滤光片测量待测高容性光伏组件在特定波段下的相对光谱响应，获得光谱失配因子MM；(4)在稳定的辐照和温度条件下测试待测组件的I‑V数据，记录待测组件背板温度和由参考电池给出的辐照值；(5)根据光谱失配因子MM，修正步骤(4)中的辐照值，将辐照值、温度修正至STC条件下，获得待测组件的I‑V数据。该方法能解决测试机构在待测组件光谱响应未知且缺少长脉冲光源时，无法准确测试高容性光伏组件电性能的问题。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件技术领域，具体涉及一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法。
背景技术
电性能测试也可称为I-V测试，是光伏组件最重要的检测项目，测试获得STC条件下的最大功率也称为标称功率。目前试验方法主要分两种：太阳光模拟器下测试和自然光下测试，常用试验方法是依据标准IEC 60904-1。
太阳光模拟器又分为稳态模拟器、瞬态模拟器两种，目前光伏行业内普遍使用短脉冲瞬态模拟器(<50ms)进行I-V测试。50ms脉冲时间对于常规工艺的晶体硅光伏组件测试已完全足够，但随着高效光伏组件技术的发展，常见的PERC、HJT、TOPCon、N型、IBC等高效组件已经占据行业主流。高效组件寄生电容大，使用短脉冲模拟器测试时存在电容效应，导致无论是Isc→Voc还是Voc→Isc扫描得到的I-V曲线均出现偏离，对测试结果的准确性影响较大。通常的解决办法是采用长脉冲模拟器或者AAA级稳态模拟器，但这两者均十分昂贵，很多测试机构都不具备条件。
此外，参考电池与待测组件在技术和工艺上不一致时，I-V数据会存在光谱失配误差，按照标准方法需要对待测组件进行光谱失配修正。但是，不同技术的高效组件在光谱响应曲线上差异较大，即使是同种技术也可能因为工艺差别导致组件间不一样的光谱响应。因此，对于未知光谱响应的待测组件时，测试机构往往只能选择类型相近的参考电池或者忽略光谱响应的影响直接进行I-V测试，获得的I-V测试结果往往存在较大误差。
为解决上述两个难题，本发明提出一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，有助于测试机构在待测组件光谱响应未知且缺少长脉冲光源时，快速地获得高容性组件I-V测试的准确结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，该方法能解决测试者在待测组件光谱响应未知且缺少长脉冲光源时，无法准确测试高容性组件电性能的问题。
本发明的上述目的可以通过以下技术方案来实现：一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，包括以下步骤：
(1)评估天气是否具备测试条件：在晴朗天气下使用光谱仪测试自然光的光谱数据；
(2)搭建控温测试平台：采用控温装置和双轴追日跟踪支架让待测高容性光伏组件(下文简称待测组件)和参考电池在户外保持恒温和阳光垂直入射；
(3)为修正光谱失配误差，借助选择性透过的滤光片测量待测组件在特定波段下的相对光谱响应，根据IEC 60904-7计算得到光谱失配因子MM；
(4)在稳定的辐照和温度条件下测试待测组件的I-V数据，同时记录待测组件背板温度和由参考电池给出的辐照值；
(5)根据步骤(3)中的光谱失配因子MM，修正步骤(4)中的辐照值，然后依据IEC60891中的方法，将辐照值、温度修正至STC条件下，获得待测高容性组件I-V数据。
在上述自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法中：
优选的，步骤(1)中所述晴朗天气包括完全无云，或者太阳周围无云、散射辐照占比不超过30％的天气条件，测试太阳光的光谱波长范围为300～1200nm，在此范围内太阳光光谱与AM1.5的匹配度需达到A级及以上。
优选的，步骤(2)中所述的高容性光伏组件包括采用了PERC、HJT、TOPCon、N型、IBC技术的光伏组件，或使用了这些技术的双面组件。
优选的，步骤(2)中开启控温装置使待测高容性光伏组件、参考电池温度控制在25±2℃，以使得温度修正产生的误差最小，并调节双轴追日跟踪支架保持太阳光垂直照射至待测高容性光伏组件和参考电池上，法线偏差不超过±5°。
优选的，步骤(3)中特定波段是指不少于300～1200nm光谱波长范围内以100nm或更小步长分割成的波段，所述选择性透过的滤光片是指仅让所述特定波段的光透过的滤光片。
更小步长可以选择50nm，比如选取300～350nm，350～400nm…直至1150～1200nm的50nm步长选择性透过滤光片，逐个放置于组件上方使太阳光只有对应波段能照射到待测组件上。
优选的，步骤(3)中待测组件相对光谱响应曲线的具体测试过程是：依次将不同波段滤光片放置于待测组件上方，测量待测组件在每个特定波段下的短路电流值，归一化计算得到待测组件的相对光谱响应曲线。
进一步的，步骤(3)中获得光谱失配因子MM之后，即可对辐照度修正光谱失配误差，从而可以忽略待测组件与参考电池之间的光谱失配问题，测试者可选用不确定度最小的参考电池以减小I-V测试不确定度。
优选的，步骤(4)中测试期间辐照度不低于700W/m2，波动幅度不超过±2％，组件温度波动不超过±2℃。
优选的，步骤(4)中采用I-V测试仪扫描待测组件的I-V曲线，其中I-V测试仪采用包括Isc→Voc、Voc→Isc以及多段扫描的扫描方式和100ms～10s的长时间扫描进行I-V测试，避免电容效应对I-V结果造成误差。
即为了避免高容性组件寄生电容引入的测试误差，本发明利用稳定的自然光实现长时间扫描，并采用Isc→Voc、Voc→Isc和多段扫描等单独或相结合的方式，直至避免电容效应，若采用Isc→Voc、Voc→Isc后仍然无法避免电容效应，可尝试分段扫描方式，直至在最大功率点正反扫两条曲线近似重合。
此外，扫描时间在100ms以上，更优选1000ms～1500ms，扫描时间远高于目前光伏行业内普遍使用的脉冲瞬态模拟器。
优选的，步骤(5)中选取至少三次测试结果的平均值作为最终测试值，若三次测试差异超出1％则需要选择不同天气进行复测，最终得到高容性组件STC条件下的准确电性能数据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明利用稳定的自然太阳光长时间扫描I-V曲线，有效避免了高容性组件寄生电容引入的测试误差，测试者无需借助昂贵的长脉冲模拟器或3A级别稳态模拟器也能实现准确测试。
(2)本发明方法借助控温装置使待测组件也能和实验室一样达到25℃恒温，不但使得温度引入的修正误差最小，而且有效避免了户外测试中组件温度不均匀、测试温度与实际结温差异大等温度导致的测试误差。
(3)本发明现场测试太阳光的光谱曲线、待测高容性光伏组件的相对光谱响应曲线，通过修正解决了I-V测试中的光谱响应失配问题，有效减小了光谱失配引入的测试误差，测试者可选用不确定度最小的参考电池以减小I-V测试不确定度，对于光谱响应差异化较大的高效组件，测试者无需担心参考电池与待测组件不匹配的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1-2中检测方法流程图；
图2为本发明实施例1中自然光下测得的PERC光伏组件相对光谱响应曲线；
图3为本发明实施例2中自然光下测得的IBC光伏组件相对光谱响应曲线。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，包括以下步骤：
(1)在晴朗天气下使用光谱仪测试自然光的光谱数据；
(2)使用控温装置让组件在户外保持恒温和阳光垂直入射；
(3)借助选择性透过的滤光片测量组件在特定波段下的相对光谱响应；
(4)在稳定的辐照和组件温度条件下测试组件的I-V数据；
(5)修正光谱失配、辐照和温度，得到组件STC条件下的准确电性能数据。
具体为：
第一步，评估天气是否具备测试条件，使用光谱仪在晴朗天气下测试太阳光的光谱数据，测试波长范围为300～1200nm，测试结果要求与AM1.5匹配度达到A级及以上。
第二步，搭建控温测试平台，将待测的高容性组件、参考电池安装在控温装置内部同一高度，开启控温装置使它们达到恒定温度25±2℃。其中控温装置可以是带玻璃窗口让阳光入射的高低温环境箱，或者其它定制的能够改变组件温度的装置，这些装置可通过市售或根据需要按照常规方法制备获得。将控温装置固定于追日跟踪支架，使太阳光保持垂直照射至待测组件上，其中追日跟踪支架为常规的双轴追日跟踪支架。并连接参考电池、待测组件至I-V测试仪。
追日跟踪支架为常规的太阳能或光伏追日跟踪支架。
第三步，获取待测组件的光谱响应曲线，借助选择性透过的滤光片测量组件在特定波段下的相对光谱响应，准备好300～350nm，350～400nm…直至1150～1200nm的50nm步长选择性透过滤光片，逐个放置于组件上方使太阳光只有对应波段能照射到组件上。
使用I-V测试仪测试其短路电流值，并同时记录滤光后待测组件表面的辐照值。依次更换不同波段滤光片，直至获得组件在300～1200nm光谱波长范围内每50nm波段的短路电流值，归一化计算得到待测组件的相对光谱响应曲线。图2所示的相对光谱响应数据，是使用以上方法在户外测试一块PERC组件后获得的。
其中参考电池建议采用晶体硅WPVS电池(市售)，这种参考电池不仅线性度高，而且电性能稳定，测试不确定度很小。通常在这些参考电池的说明书或计量报告上，会给出相对光谱响应曲线以及测试不确定度等相关信息。
根据待测组件、参考电池的光谱响应曲线以及AM1.5标准光谱分布、步骤(1)中测量的自然光光谱分布等信息以及标准IEC 60904-7，获得光谱失配因子MM。
第四步，在稳定的辐照和温度条件下测试待测高容性光伏组件的I-V数据，同时记录待测组件背板温度和由参考电池给出的辐照值；
在辐照度不低于700W/m2、波动幅度小于±2％、组件达到恒定温度25±2℃时，使用I-V测试仪扫描组件的I-V曲线。
为了避免电容效应影响，单次扫描时间设置为100ms或更高的合适数值(比如100ms～10s，更佳为1000～1500ms)，并采用Isc→Voc、Voc→Isc和多段扫描等单独或相结合的方式，直至避免电容效应，若采用Isc→Voc、Voc→Isc后仍然无法避免电容效应，可尝试分段扫描方式，直至在最大功率点正反扫两条曲线近似重合。
第五步，根据第三步中的光谱失配因子MM，修正第四步中的辐照值，然后依据IEC60891(比如具体可根据IEC60891-2009)中的方法，将辐照值、温度修正至STC条件下，获得待测高容性组件I-V数据。
具体的，对I-V数据进行修正。首先对待测组件的光谱失配进行修正，光谱失配修正目的是消除光源、参考电池和待测组件之间的光谱响应差异。修正得到光谱失配因子MM，使用此MM值修正第四步中的太阳光辐照值。然后依据IEC60891，根据实测I-V特性的修正公式，获得STC条件下的I-V数据，进而获得高容性光伏组件的电性能。选取至少三次测试结果的平均值作为最终测试值，若三次测试的结果差异超出1％，需要选择不同天气进行复测。
以一块PERC组件为例，在步骤四中实测的辐照度880W/m2、温度25.0℃，实测功率274.5W。
根据图2中的相对光谱响应、步骤一中自然光的光谱、参考电池的光谱响应以及AM1.5标准光谱，按照标准方法计算得到光谱失配因子MM为1.005，修正光谱响应差异后的实测辐照度应为876W/m2。将876W/m2、25.0℃下的功率274.5W修正至STC条件，得到这一块PERC组件的最大功率为313.4W。
实施例2
与实施例1不同之处在于是以一块IBC组件为例。
其中IBC组件在户外测试得到的相对光谱响应曲线如图3所示，在步骤四中实测的辐照度1100W/m2、温度26.5℃，实测功率363.1W。
根据图3中的相对光谱响应、步骤一中自然光的光谱、参考电池的光谱响应以及AM1.5标准光谱，按照标准IEC 60904-7方法计算得到光谱失配因子MM为0.991，修正光谱响应差异后的实测辐照度应为1110W/m2。
将1110W/m2、26.5℃下的功率363.1W修正至STC条件，得到这一块IBC组件的最大功率为329.1W。
本发明的实施方式并不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本发明权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是包括以下步骤：
(1)评估天气是否具备测试条件：在晴朗天气下使用光谱仪测试自然光的光谱数据；
(2)搭建控温测试平台：采用控温装置和双轴追日跟踪支架让待测高容性光伏组件和参考电池在户外保持恒温和阳光垂直入射；
(3)为修正光谱失配误差，借助选择性透过的滤光片测量待测组件在特定波段下的相对光谱响应，根据IEC 60904-7计算得到光谱失配因子MM；
(4)在稳定的辐照和温度条件下测试待测组件的I-V数据，同时记录待测组件背板温度和由参考电池给出的辐照值；
(5)根据步骤(3)中的光谱失配因子MM，修正步骤(4)中的辐照值，然后依据IEC60891中的方法，将辐照值、温度修正至STC条件下，获得待测高容性组件I-V数据。
2.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(1)中所述晴朗天气包括完全无云，或者太阳周围无云、散射辐照占比不超过30％的天气条件，测试太阳光的光谱波长范围为300～1200nm，在此范围内太阳光光谱与AM1.5的匹配度需达到A级及以上。
3.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(2)中所述的高容性光伏组件包括采用了PERC、HJT、TOPCon、N型、IBC技术的光伏组件，或使用了这些技术的双面组件。
4.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(2)中开启控温装置使待测高容性光伏组件、参考电池温度控制在25±2℃，以使得温度修正产生的误差最小，调节双轴追日跟踪支架保持太阳光垂直照射至待测组件和参考电池上，法线偏差不超过±5°。
5.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(3)中特定波段是指不少于300～1200nm光谱波长范围内以100nm或更小步长分割成的波段，所述选择性透过的滤光片是指仅让所述特定波段的光透过的滤光片。
6.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(3)中待测组件相对光谱响应曲线的具体测试过程是：依次将不同波段滤光片放置于待测组件上方，测量待测组件在每个特定波段下的短路电流值，归一化计算得到待测组件的相对光谱响应曲线。
7.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(4)中测试期间辐照度不低于700W/m2，波动幅度不超过±2％，组件温度波动不超过±2℃。
8.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(4)中采用I-V测试仪扫描待测组件的I-V曲线，其中I-V测试仪采用包括Isc→Voc、Voc→Isc以及多段扫描的扫描方式和100ms～10s的长时间扫描进行I-V测试，避免正反扫曲线出现电容效应。
9.根据权利要求1所述的自然光下测试高容性光伏组件电性能的检测方法，其特征是：步骤(5)中选取至少三次测试结果的平均值作为最终测试值，若三次测试差异超出1％则需要选择不同天气进行复测，最终得到高容性组件STC条件下的准确电性能数据。
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