双面发电光伏组件电参数测试方法_第2部分：公式法【报批稿】-solarbe文库

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ICS 27.160F12团体标准T/CPIA002019双面发电光伏组件电参数测试方法第 2 部分公式法 TestmethodforelectricalparametersofbifacialPVmodulePart2 Equationmethod（报批稿） 201X-XX-XX 发布 201X-XX-XX 实施中国光伏行业协会发布 CPIA002019前言本标准按照 GB/T1.1-2009给出的规则编写。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国光伏行业协会标准化技术委员会归口。本标准起草单位本标准主要起草人 CPIA002019 1 双面发电光伏组件电参数测试方法第 2 部分公式法1 范围本标准规定了模拟太阳光下，双面发电光伏组件电参数测试方法第 1部分公式法的术语和定义、方法原理、测试条件、试验样品、测试步骤、数据处理和报告等。本标准适用于双面发电光伏组件电参数的室内测试。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEC60891 光伏器件 - 测试 IV特性的温度和辐照度修正方法（ Photovoltaicdevices-ProceduresfortemperatureandirradiancecorrectionstomeasuredI-Vcharacteristics）IEC 60904-1 光伏器件第 1 部分光伏电流 -电压特性的测量（ Photovoltaicdevicespart1 Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics）IEC 60904-2 光伏器件第 2部分标准光伏器件要求（ Photovoltaic devices – Part 2Requirementsforphotovoltaicreferencedevices）IEC60904-4 光伏器件第 4部分光伏校准溯源链的建立（ Photovoltaicdevices-Part4Photovoltaicreferencedevices-Proceduresforestablishingcalibrationtraceability）IEC 60904-9 光伏器件第 9部分太阳模拟器性能要求（ Photovoltaicdevices-Part 9Solarsimulatorperformancerequirements）IEC 61215-1 地面用光伏 PV 组件设计鉴定和定型第 1部分试验要求（ Terrestrialphotovoltaic（ PV） modulesDesignqualificationandtypeapproval-Part1 Testrequirement） IEC/TS 61836 太阳光伏能源系统术语、定义和符号（ Solar photovoltaic energysystems-Terms,definitionsandsymbols）3 术语和定义IEC/TS61836界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 双面发电光伏组件 bifacialPVmodule正面和背面都能将光能转换为电能的光伏组件。3.2 正面 frontside 同等测试条件下，光伏组件中功率相对较高的一面。3.3 CPIA002019背面 rearside同等测试条件下，光伏组件中功率相对较低的一面。3.4 双面标准测试条件 BifacialStandardTestConditionBSTC大气质量为 AM1.5；测试环境温度为 25℃ ，正面辐照度为 1000W/m2, 背面辐照度为100W/m 2。4 方法原理在标准测试条件下，用非反射背景材料先后遮挡双面发电光伏组件正面和背面，测试双面发电光伏组件背面和正面短路电流值，将所测背面和正面短路电流比值与反射系数进行乘积得到双面发电光伏组件电流增益率，使用双面发电光伏组件电流增益率等参数并结合半导体物理学原理对双面发电光伏组件的正面电参数进行修正，最终得到双面发电光伏组件的双面电参数。双面发电光伏组件测试等效电路图如图 1所示。图 1 双面发电光伏组件测试等效电路图说明 Iph 双面发电光伏组件正面光生电流；Iph’ 双面发电光伏组件背面光生电流；J0 双面发电光伏组件暗饱和电流；Rsh 双面发电光伏组件并联电阻；Rs 双面发电光伏组件串联电阻。双面发电光伏组件电流增益率按公式（ 1）进行计算 scscrearfrontIR I  .1式中双面发电光伏组件电流增益率；反射系数，与组件运行条件有关，包括地理位置、光照条件、地面 /水面条件、组件安装方式和角度、时间 /季节等。本标准根据适合于双面发电光伏组件应用的双面标准测试条件，实验室模拟测试及实证数据，统一取值 0.1；rearIsc 双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（ A）；frontIsc 双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（ A）。5 测试条件 CPIA002019 3 5.1 测试设备要求5.1.1 太阳模拟器用于测量组件的太阳模拟器，要求最高辐照度不小于 1000W/m2，同时满足 IEC60904-9中规定的 AAA级要求，有效光照面积大于组件面积。5.1.2 标准器件满足 IEC60904-2和 IEC60904-4规定的标准组件的要求。5.1.3 非反射背景材料在组件光谱响应波长范围内反射率 ≤7，非反射背景材料的两面要一致。5.1.4 测试平台包括测试支架或轨道，使测试样品与双面发电标准光伏组件在与中心入射光线方向垂直的相同平面。5.1.5 温度测试仪用于测试组件温度，要求精度 ±1℃ ，重复性 ±0.5℃ 。5.2 测试环境条件温度为（ 25±2） ℃ ；相对湿度为不大于 75％。6 试验样品双面发电光伏组件试验样品无 IEC61215-1中规定的外观缺陷。 7 测试步骤7.1 将双面发电光伏组件正面朝向光源放置在太阳模拟器测试支架或轨道上（见图 2）与标准器件校准测试放置位置保持一致，确保组件背面及支架与双面发电光伏组件接触边缘部分用非反射背景材料完全覆盖。 CPIA002019 图 2 双面发电组件测试示意图7.2 按照 IEC60904-1 进行 I-V测试，记录测量值。如在非标准条件下测试数值，则根据IEC60891的相关规定，将实测电流 -电压特性修正到 STC条件。7.3 记录双面发电光伏组件正面开路电压 frontVoc 、双面发电光伏组件正面短路电流frontIsc 、双面发电光伏组件正面填充因子 frontFF 、双面发电光伏组件正面最大功率点电流frontIm 、双面发电光伏组件正面最大功率点电压 frontVm 、双面发电光伏组件正面最大功率frontaxmP 。 7.4 如图 2所示，将选定的双面发电光伏组件背面朝向光源放置在太阳模拟器测试支架或轨道上，与正面测试放置位置保持一致，确保组件正面及支架与双面发电光伏组件接触边缘部分用非反射背景材料完全覆盖。7.5 重复步骤 7.2的测试，记录双面发电光伏组件背面短路电流 rearIsc 。8 数据处理8.1 双面发电光伏组件开路电压 BiFiVoc 按照公式（ 2）进行计算  frontBiFi VocVoc .2 式中 frontVoc 双面发电光伏组件正面开路电压，单位为伏特（ V）； 电压修正值。电压修正值按照公式（ 3）进行计算 CPIA002019 5  ln 1NkTAq   3式中 N 双面发电光伏组件等效串联电池片数；k 玻尔兹曼常数，单位为焦耳每开（ J/K）；T 温度，单位为开尔文（ K）；A 光伏组件理想因子，推荐取值 1.2；q 电子电荷，单位为库仑（ C）。8.2 双面发电光伏组件短路电流 BiFiIsc 按照公式（ 4）进行计算 1 RIscIsc frontBiFi  4 式中 frontIsc 双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（ A）。8.3 双面发电光伏组件最大功率点电压 BiFiVm 按照公式（ 5）进行计算 frontsfrontBiFi ImRNrβVmVm  .5式中 frontVm 双面发电光伏组件正面最大功率点电压，单位为伏特（ V）；sNr STC条件下双面发电光伏组件等效串联电阻，单位为欧姆（ Ω）； frontIm 双面发电光伏组件正面最大功率点电流，单位为安培（ A）。8.4 双面发电光伏组件最大功率点电流 BiFiIm 按照公式（ 6）进行计算 1 RImIm frontBiFi  68.5 双面发电光伏组件填充因子 BiFiFF 按照公式（ 7）进行计算 [ 1 RIscβVoc RImImRNrβVmFF frontfront frontfrontsfrontBiFi   1] ][ 7 8.6 双面发电光伏组件最大功率 BiFiPmax 按照公式（ 8）进行计算 BiFi BiFi BiFi BiFiPmax Voc Isc FF   8 CPIA0020198.7 以上电参数的推导过程见附录 A。9 报告报告应至少包含以下内容 a 样品规格型号、编号；b 测试仪器名称和型号；c 测试所用辐照度；d 双面发电光伏组件正面测试项目及测试结果，测试结果至少包含双面发电光伏组件正面最大功率（ frontPmax ）、正面短路电流（ frontIsc ）、正面开路电压（ frontVoc ）、正面最大功率点电流（ frontIm ）、正面最大功率点电压（ frontVm ）、正面填充因子（ frontFF ）；e 双面发电光伏组件测试项目及测试结果，测试结果至少包含双面发电光伏组件最大功率（ BiFiPmax ）、双面发电光伏组件电流增益率（ R）、双面发电光伏组件短路电流（ BiFiIsc ）、双面发电光伏组件开路电压（ BiFiVoc ）、双面发电光伏组件最大功率点电流（ BiFiIm ）、双面发电光伏组件最大功率点电压（ BiFiVm ）、双面发电光伏组件填充因子（ BiFiFF ）； f 本标准编号；g 测量单位名称、地址和测量者；h 测试日期。 CPIA002019 7 附录 A（资料性附录）电参数的推导A.1双面发电光伏组件开路电压 BiFiVoc 公式推导过程如下由半导体物理学原理，光伏组件开路电压计算公式如下所示，半导 tht ln t 其中，半导光伏组件开路电压，单位为伏特（ V）；N 双面发电光伏组件等效串联电池片数；t 玻尔兹曼常数，单位为焦耳每开（ J/K）； h 温度，单位为开尔文（ K）；A 光伏组件理想因子；t q1.610-19C. 电子电荷，单位为库仑（ C）；光伏组件非平衡空穴浓度；ND 施主浓度；ni 本征载流子浓度。则双面发电光伏组件正面、背面的开路电压理论计算公式分别为，半导t半 tht lnt半 t半 t 半导 ttht tht lnttht ttht t其中，半导t半双面发电光伏组件正面开路电压，单位为伏特（ V）；半导ttht 双面发电光伏组件背面开路电压，单位为伏特（ V）t半双面发电光伏组件正面非平衡空穴浓度ttht 双面发电光伏组件背面非平衡空穴浓度。则有，半导t半半导ttht tht lnt半 t半 t ttht ttht t其中，双面发电光伏组件正面、背面的非平衡空穴浓度相同，即 t半 ttht由此可得，半导t半半导ttht t即，半导t半半导ttht另，由半导体物理学原理可知，理导t tt半导th ‸其中，理导光伏组件短路电流，单位为安培（ A）；t 双面发电光伏组件反向饱和电流，单位为安培（ A）。 CPIA002019则双面发电光伏组件正面、背面的短路电流理论计算公式分别为，理导t半tt半 tt半导t半th ‸理导tthttttht tt半导tthtth ‸其中，tt半双面发电光伏组件正面反向饱和电流，单位为安培（ A）； tttht 双面发电光伏组件背面反向饱和电流，单位为安培（ A）。综上可得，半导t半 tht ln 理导fronttt半 t‸将双面发电光伏组件的开路电压对辐照强度进行求导可以得到开路电压和辐照强度的关系，即半导h∅ tht ∂ln 理导fronttt半 t‸ ∅ tht ‸∅ttht半导 h 半导t半 t tht ln ∅ttht t ∅hh∅hh即，半导h 半导t半 t tht ln ‸t 半导t半 t 其中，半导h 双面发电光伏组件开路电压，单位为伏特（ V）；∅ttht 双面发电光伏组件背面辐照强度，单位为瓦每平方米（ W/m2）；∅hh 双面发电光伏组件标准测试条件辐照强度，单位为瓦每平方米（ W/m2）；反射系数，取 ∅ ttht∅hh。与组件运行条件有关，包括地理位置、光照条件、地面 /水面条件、组件安装方式和角度、时间 /季节等；修正因子，取 tht ln ‸t 。A.2双面发电光伏组件短路电流 BiFiIsc 公式推导过程如下理导t半理导hht半 tth ∅t半∅hh 理导t半 ‸t httht ‸ ttht ∅tththt半 ‸ t半 ∅hh理导 ttht 理导hhttht tth ∅ttht∅hh 理导ttht ‸t ht半 ‸ t半 ∅t半httht ‸ ttht ∅hhh t理导h t ∞ h （）理导t半 t ∞ ht半 ‸ t半 CPIA002019 9 理导ttht t ∞ httht ‸ ttht （）h 理导ttht理导t半 httht ‸ tththt半 ‸ t半≫理导h 理导t半 t∅ttht∅hh h 理导t半即理导 h 理导t半 ‸t h 理导t半（ ‸t ）其中理导h 双面发电光伏组件短路电流，单位为安培（ A）；理导t半双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（ A）；理导ttht 双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（ A）；理导hht半 STC测试条件下双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（ A）；理导hhttht STC测试条件下双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（ A）；∅t半双面发电光伏组件正面辐照强度，单位为瓦每平方米（ W/m2）；ht半双面发电光伏组件正面吸收因子；h ttht 双面发电光伏组件背面吸收因子；t半双面发电光伏组件正面反射系数；ttht 双面发电光伏组件背面反射系数；约化普朗克常数，单位为焦耳秒（ J·s）；光子能量，约化普朗克常数乘以圆频率，单位为焦耳秒（ J·s）；单位波长光谱能量密度；h 双面发电光伏组件双面性系数；R 双面发电光伏组件双面发电增益率，取 RαBiFi。A.3双面发电光伏组件最大功率点电压 BiFiVm 公式推导过程如下由半导体物理学原理可知， dP/dV0 P V I V t t ttt tth ‸其中双面发电光伏组件功率，单位为瓦特（ W）；双面发电光伏组件电压，单位为伏特（ V）；双面发电光伏组件电流，单位为安培（ A）；t 双面发电光伏组件光生电流，单位为安培（ A）；Nrs STC条件下双面发电光伏组件等效串联电阻，单位为欧姆（ Ω）。tht 䁠半导理导理导䁠t ln ‸ 䁠理导其中，䁠双面发电光伏组件最大功率点电压，单位为伏特（ V）； CPIA002019䁠双面发电光伏组件最大功率点电流，单位为安培（ A）。综上可得， t tht ln ‸ 䁠理导䁠t 半导䁠即，䁠 h t tht ln ‸ 䁠h 䁠将双面发电光伏组件的最大功率点电压对辐照强度进行求导可以得到最大功率点电压和辐照强度的关系，即䁠∅ tht ‸‸t ∅ttht∅hh t 䁠∅ ∅ttht∅hh䁠h 䁠t半 ttht ln ‸t ∅ttht∅hh ∅ttht∅hh 理导ttht理导t半 t理䁠t半即，䁠 h 䁠t半 t t理䁠t半其中䁠t半双面发电光伏组件正面最大功率点电流功率，单位为安培（ A）。A.4双面发电光伏组件最大功率点电流 BiFiIm 公式推导过程如下由半导体物理学原理可知，䁠 t t t t䁠NkT‸t t䁠NkT将双面发电光伏组件的最大功率点电流对辐照强度进行求导可以得到最大功率点电流和辐照强度的关系，即䁠∅ 理导 t䁠th t‸t t䁠NkT ∅其中， t䁠NkT ≫ ‸t t䁠th t‸t t䁠NkT ≈ ‸则，䁠∅ 理导∅ ∅t∅hh综上可得，䁠 h 䁠t半 t ∅ttht∅hh h 䁠t半即，䁠h 䁠t半（ ‸t R）A.5双面发电光伏组件填充因子 BiFiFF 公式推导过程如下 CPIA002019 11 hhh 䁠h䁠h半导h理导hhhh 䁠t半 t t理䁠t半䁠t半 ‸t 半导t半 t 理导t半 ‸t 其中 hhh 双面发电光伏组件填充因子。1.1.1.1.1 A.6双面发电光伏组件最大功率BiFiPmax公式推导过程如下䁠ht h 半导h 理导h FFBiFi