淺析光伏組件電性能測(cè)試的影響因素

淺析光伏組件電性能測(cè)試的影響因素摘要：目前，評(píng)價(jià)光伏組件的發(fā)電性能主要還是在試驗(yàn)室進(jìn)行，因此試驗(yàn)室電性能測(cè)試是否準(zhǔn)確至關(guān)重要。本文探尋了室內(nèi)電性能測(cè)試的影響因素，將影響因素歸納為模擬器的狀態(tài)、組件的狀態(tài)、測(cè)試回路三方面，并對(duì)影響光伏組件電性能測(cè)試準(zhǔn)確度的因素及其影響進(jìn)行了分析，探究其影響原理，提出相應(yīng)的解決方法。關(guān)鍵詞：光伏組件；性能測(cè)試；模擬器光伏行業(yè)經(jīng)過幾十年的蓬勃發(fā)展已經(jīng)非常成熟，光伏組件的電性能作為其主要屬性，一直被用來當(dāng)做評(píng)價(jià)和交易的基礎(chǔ)。無論是組件生產(chǎn)商還是光伏投資者都希望獲得一個(gè)準(zhǔn)確的電性能數(shù)據(jù)。因此，如何提高電性能測(cè)試的準(zhǔn)確度對(duì)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)來說至關(guān)重要。對(duì)于室內(nèi)電性能測(cè)試來說，可能影響其準(zhǔn)確度的方面主要有：模擬器的狀態(tài)；組件的狀態(tài)；測(cè)試回路。下面我們分別從以上三方面進(jìn)行分析。一、模擬器狀態(tài)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響對(duì)于應(yīng)用于陽光下的光伏組件來說，對(duì)其電性能能產(chǎn)生影響的光源方面的因素主要為光源的光譜輻照度分布和電池的光譜響應(yīng)。電池的光譜響應(yīng)是指在各個(gè)波長上的單位輻照度所產(chǎn)生的電流與波長的關(guān)系曲線，該曲線與電池自身的工藝材料特性密切相關(guān)［1］。為了反映光伏組件在陽光下的體現(xiàn)（通用標(biāo)準(zhǔn)為AM1.5大氣條件），理論上進(jìn)行電性能測(cè)試時(shí)，應(yīng)選取與陽光的光譜輻照度分布與均勻性完全一致的模擬器且選取與被測(cè)光伏組件光譜響應(yīng)完全一致的標(biāo)準(zhǔn)電池來標(biāo)定輻照度［2］。然而實(shí)際應(yīng)用中，所用模擬器并不能還原太陽光的狀態(tài)，模擬器的光譜以及模擬器不均勻度均與室外陽光存在差異，這兩方面差異會(huì)導(dǎo)致電性能測(cè)試出現(xiàn)偏差。下面我們分別對(duì)以上兩方面產(chǎn)生的偏差進(jìn)行分析。1、模擬器光譜方面的影響對(duì)于具有固定的光譜響應(yīng)的組件，其在不同光譜輻照度分布的光源下會(huì)產(chǎn)生不同的光生伏特效應(yīng)，得出不同的電性能曲線；具有不同的光譜響應(yīng)的組件在具有固定的光譜輻照度分布的光源下，也會(huì)產(chǎn)生不同的光生伏特效應(yīng)并得出不同的電性能曲線。實(shí)際測(cè)試時(shí)，在模擬器下測(cè)試時(shí)，要獲得準(zhǔn)確的電性能數(shù)據(jù)，就需要進(jìn)行光譜失配修正。光譜失配的影響主要體現(xiàn)在短路電流密度方面，因此，常用短路電流密度法萊計(jì)算光譜失配因子，具體計(jì)算公式如公式1，［3］失配因子 公式1式中：Rr（入）為標(biāo)準(zhǔn)光伏組件的光譜響應(yīng)Rt（入）為試驗(yàn)組件的光譜響應(yīng)E0（入）為AM1.5下的標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布E（入）為太陽模擬器的光譜輻照度分布通過上式計(jì)算得出光譜失配因子MM，并對(duì)電性能測(cè)試的I-V曲線數(shù)據(jù)中的電流值進(jìn)行光譜修正得出修正值，重新擬制I-V曲線。實(shí)際測(cè)試時(shí)，光譜失配因子計(jì)算公式中所用的某些參數(shù)獲取難度較大，或者獲取數(shù)據(jù)誤差較大，因此為使測(cè)試結(jié)果更加接近真值，實(shí)際測(cè)試時(shí)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組件的生產(chǎn)工藝與被測(cè)組件應(yīng)相同，以保證光譜響應(yīng)盡可能一致；其次，模擬器的光譜輻照度尤其是被測(cè)組件以及標(biāo)準(zhǔn)組件的響應(yīng)范圍內(nèi)的輻照度分布盡量接近標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度分布，閃光過程中光源的光譜變化盡可能的小，盡量減小光譜失配的影響。上述兩個(gè)因素?zé)o法提高時(shí)再進(jìn)行光譜失配修正。2、不均勻度的影響太陽模擬器的輻照度具有一定的不均勻性，其直接影響是導(dǎo)致光伏組件內(nèi)部電池片之間的光生電流產(chǎn)生差異，輻照度高的地方產(chǎn)生的電流高，輻照度低的地方產(chǎn)生的電流低，產(chǎn)生電流高的電池片發(fā)電會(huì)受到限制，產(chǎn)生電流低的電池片會(huì)成為其他高電流電池片的負(fù)載，產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。在進(jìn)行電性能測(cè)試時(shí)，這種現(xiàn)象會(huì)使得測(cè)試曲線失真，出現(xiàn)臺(tái)階或者填充因子偏低的現(xiàn)象，使得電性能數(shù)據(jù)偏離真實(shí)值。不均勻性對(duì)I-V性能的影響并非線性，數(shù)據(jù)表明，不均勻性在2%以內(nèi)時(shí)，其影響程度大幅降低［4］。實(shí)際測(cè)試時(shí)降低輻照度不均勻性的影響所采取的措施有:選用不均勻性較低的模擬器進(jìn)行測(cè)試，模擬器不均勻性最好低于2%；對(duì)于某確定不均勻性的模擬器來說，進(jìn)行測(cè)試前，要充分了解模擬器的不均勻性分布，盡量保證被測(cè)組件在不均勻性較小的區(qū)域測(cè)試，在不可避免要利用到不均勻性較大的區(qū)域時(shí)，要對(duì)組件在其允許的各個(gè)方向上進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)變化，如果變化較大，說明有可能被測(cè)電池不均勻性洼地與模擬器輻照度洼地重合，導(dǎo)致測(cè)試誤差變大。應(yīng)選擇變化較小的方向進(jìn)行測(cè)試。目前，有些模擬器可是實(shí)現(xiàn)調(diào)整參數(shù)設(shè)置來消除這方面影響，但是，調(diào)整時(shí)要謹(jǐn)慎，避免誤差放大的操作發(fā)生。二、組件狀態(tài)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響1、 組件表面清潔度目前，高效率組件大多具有高透光、高陷光處理或者具有某些特殊作用的涂層，這些處理都能提高光伏電池對(duì)于光照的利用率。組件表面的污染會(huì)直接影響這些特殊處理的效果，嚴(yán)重者會(huì)使其失去作用或者起到反作用（比如涂層），組件表面的污染有時(shí)并不能依靠肉眼識(shí)別，所以，進(jìn)行測(cè)試前需要對(duì)組件進(jìn)行清潔處理。2、 組件溫度控制以及溫度探測(cè)作為一種半導(dǎo)體器件，光伏電池對(duì)溫度非常敏感，溫度每升高1°C，會(huì)導(dǎo)致光伏電池的開路電壓降低約0.35%，短路電流會(huì)增加0.05%，填充因子會(huì)降低約4.5*10-4，最終使最大輸出功率降低大約0.44%。準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)組件的溫度成為電性能測(cè)試時(shí)的重要過程。常見的晶體硅光伏組件電池片處于中間層，其兩邊均有EVA材料、背板材料/透光玻璃，電池片真實(shí)溫度不易測(cè)得。目前溫度探測(cè)方法主要有接觸測(cè)溫法和遠(yuǎn)距離紅外測(cè)溫法。1） 接觸法測(cè)溫所用溫度傳感器通常選用K型熱電偶或者PT100，此種溫度傳感器適合探測(cè)空間溫度，在接觸測(cè)溫時(shí)準(zhǔn)確度難以控制，偏差較大。其測(cè)溫偏差一般為±1C。另外接觸法測(cè)溫時(shí)一般將溫度傳感器與組件后邊面接觸，所測(cè)溫度為后表面溫度，并不是電池片真實(shí)溫度；且接觸測(cè)溫為點(diǎn)測(cè)溫，并不能準(zhǔn)確反映整個(gè)組件的溫度。基于以上原因，測(cè)溫時(shí)，被測(cè)組件必須經(jīng)過長時(shí)間的恒溫處理（通常為4h~24h），以保證組件與環(huán)境溫度一致、組件各層溫度以及各區(qū)域溫度一致。2） 遠(yuǎn)距離紅外測(cè)溫是通過探測(cè)物體的紅外輻射來確定溫度的方法，屬于區(qū)域測(cè)溫，準(zhǔn)確度高，響應(yīng)速度快。這種方法是實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用的測(cè)溫方法。紅外測(cè)溫的影響因素主要有：被測(cè)物發(fā)射率、測(cè)試距離和外界環(huán)境條件，因此要保證測(cè)溫準(zhǔn)確，首先要確定光伏組件的綜合發(fā)射率，可查詢發(fā)射率表得到，然后紅外探測(cè)器應(yīng)在固定的距離下進(jìn)行校準(zhǔn)和使用，另外，測(cè)試區(qū)域內(nèi)不能有其他強(qiáng)紅外輻射源，環(huán)境條件變化不能太大，尤其是濕度，水蒸氣含量對(duì)紅外測(cè)溫的影響是對(duì)數(shù)關(guān)系，低水蒸氣含量范圍內(nèi)，影響系數(shù)變化很大。無論哪種溫度探測(cè)方法都不能直接得到光伏電池片的溫度，因此，光伏組件需要經(jīng)過長時(shí)間的恒溫處理，使得各層溫度保持一致，才能使測(cè)得的溫度盡量接近電池片的溫度。下面是用兩種測(cè)溫方法下不同恒溫時(shí)間對(duì)組件的影響：將組件置于恒溫箱內(nèi)，恒溫至30C，保持2小時(shí)，然后取出，放于試驗(yàn)室性能測(cè)試間內(nèi)恒溫，測(cè)溫方法采用五點(diǎn)式K型熱偶和紅外測(cè)溫兩種方法，測(cè)試其不同恒溫時(shí)間下的STC性能數(shù)據(jù)如下：表1兩種測(cè)溫方法在不同恒溫時(shí)間下組件性能結(jié)果上表可以看出，K偶測(cè)溫時(shí)恒溫時(shí)間最好3h以上，紅外測(cè)溫法，恒溫時(shí)間最好2h以上。對(duì)于實(shí)際測(cè)試時(shí)，復(fù)雜情況下如何保證測(cè)溫準(zhǔn)確，我們可以利用光伏組件開路電壓對(duì)溫度的敏感性，放置兩個(gè)以上標(biāo)準(zhǔn)組件在恒溫間內(nèi)，通過測(cè)試其開路電壓值，驗(yàn)證測(cè)溫設(shè)備的狀態(tài)，開路電壓實(shí)測(cè)值與校準(zhǔn)值偏差在0.1%比較適宜。三、測(cè)試回路對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響組件測(cè)試時(shí)，測(cè)試回路中的線阻會(huì)使短路電流值產(chǎn)生偏移，且線阻會(huì)分流一部分組件功率，使得組件的填充因子出現(xiàn)偏差。具體線阻的大小可以參考IEC60904-2中的要求：線阻與被測(cè)件短路電流的乘積要小于開路電壓的百分之三[5]，實(shí)際測(cè)試回路要盡量滿足或者靠近此要求。測(cè)試要選用四線制，四線制起點(diǎn)在組件接線端，，雖然采用四線制，但是測(cè)試線依然會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響，尤其是電流測(cè)試線，所以應(yīng)選用高等級(jí)測(cè)試線，并且應(yīng)定期檢查與更換。總結(jié)要獲得一個(gè)準(zhǔn)確的光伏組件電性能數(shù)據(jù)，主要從組件狀態(tài)和模擬器狀態(tài)兩方面進(jìn)行檢查，組件方面，確保組件便面清潔，然后必須經(jīng)過足夠長時(shí)間的恒溫；模擬器方面，首先選擇合適的測(cè)試區(qū)域，盡量避免不均勻性的影響，選擇合適的測(cè)溫方法，檢查測(cè)試線路連接是否正常；然后選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)組件進(jìn)行校準(zhǔn)，以減小光譜不匹配的影響，同時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)組件的測(cè)試數(shù)據(jù)，調(diào)整光源狀態(tài)、驗(yàn)證測(cè)試線路是否正常、驗(yàn)證測(cè)溫系統(tǒng)是否正常。對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)均可更改調(diào)整的這種比較開放的模擬器，參數(shù)調(diào)整要謹(jǐn)慎，因?yàn)?，有可能是測(cè)溫系統(tǒng)或者線路異常造成的數(shù)據(jù)差異，這種情況下的隨意更改可能會(huì)放大測(cè)試誤差。參考文獻(xiàn)劉海濤，邊莉，翟永輝.光伏電池測(cè)試中的光譜失配誤差修正[J].陽光能源，2006(1):51-55.劉鶯，朱冰潔，宋昊，等.多晶硅太陽電池的電性能測(cè)試[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)，201854(11):815-818.一[3]劉胡煒，孟饕，曹寅。光譜失配誤差對(duì)光伏組件測(cè)試的影響研究