光伏電池 第3部分：雙面光伏電池電流-電壓特性的測量 征求意見稿

1GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022光伏電池第3部分：雙面光伏電池電流-電壓特性的測量本文件規(guī)定了晶體硅雙面電池的電參數(shù)的測試流程，適用于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用和量產(chǎn)線應(yīng)用。除了IEC60904-1和更適用于雙面光伏組件的IECTS60904-1-2中描述的要求外，本文件旨在用于獨(dú)立未封裝的雙面電池的測量，明確對雙面電池標(biāo)片和太陽模擬器校準(zhǔn)的具體要求，為雙面電池測試方法提供指導(dǎo)與幫助。雙面I-V特性包括雙面電池在正面標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）、背面STC及雙面STC條件下的測試結(jié)果，可以用來評估雙面率及雙面電池在單面或雙面輻照下的發(fā)電能力。本文件規(guī)定了晶體硅雙面電池的單面和雙面電參數(shù)的測試要求。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。IECTS61836太陽能光伏能源系統(tǒng)—術(shù)語,定義和符號（Solarphotovoltaicenergysystems-Terms,definitionsandsymbols）IEC60891光伏器件晶體硅光伏器件的I-V特性的溫度和輻照度修正方法（ProceduresfortemperatureandirradiancecorrectionstomeasuredI-Vcharacteristicsofcrystallinesiliconphotovoltaic(PV)devices）IEC60904-1光伏器件第1部分：光伏電流-電壓特性的測量（Photovoltaicdevices-Part1:Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics）IECTS60904-1-2光伏器件第1-2部分：雙面光伏器件電參數(shù)的測試（Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofbifacialphotovoltaic(PV)devices）IEC60904-2光伏器件第2部分：標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的要求（Photovoltaicdevices-Part2:Requirementsforphotovoltaicreferencedevices）IEC60904-4光伏器件第4部分：標(biāo)準(zhǔn)太陽器件-建立校準(zhǔn)可追溯性的程序（Photovoltaicdevices-Part4:Photovoltaicreferencedevices-Proceduresforestablishingcalibrationtraceability）IEC60904-7光伏器件第7部分：光伏器件測量過程中引起的光譜失配誤差的計(jì)算（Photovoltaicdevices-Part7:Computationofthespectralmismatchcorrectionformeasurementsofphotovoltaicdevices）IEC60904-9光伏器件第9部分：太陽模擬器性能要求（Photovoltaicdevices-Part9:Classificationofsolarsimulatorcharacteristics）IEC61215-1地面用光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval）3術(shù)語和定義IECTS61836中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。標(biāo)準(zhǔn)中使用得ISO與IEC術(shù)語數(shù)據(jù)庫參見如下地址：IEC電工百科：/ISO在線平臺(tái)：/obp2GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:20223.1雙面標(biāo)準(zhǔn)測試條件(BSTC)bifacialstandardtestcondition滿足大氣質(zhì)量為AM1.5、測試環(huán)境溫度為25℃、正面輻照度為1000W?m?2及同時(shí)背面輻照度為135W?m?2的測試條件。3.2低反射背景l(fā)owreflectionbackground低反射背景是指使用非反射材料或（和）設(shè)計(jì)來減少環(huán)境光或從測試環(huán)境反射的光對待測電池輻照度的影響。注：雙面電池在STC條件下單面受光，且未受光面分別有遮擋和無遮擋時(shí)，如果短路電流差異小于0.3%，則認(rèn)為背3.3雙面率bifaciality雙面電池的背面和正面I-V特性的比值。注1：雙面率定義來源于IECTS6注3：短路電流雙面率φIsc定義見公式（1）:φIsc=………其中，Iscf和Iscr分別表示正面、背面短路電流。注4：功率雙面率φpmax定義見公式（2）:φpmax=…………………其中，pmaxf和pmaxr分別表示正面、背面STC下最大功率。3.4雙面I-V特性bifacialI-Vcharacteristics雙面電池在雙面標(biāo)準(zhǔn)測試條件(BSTC)下的I-V特性。注2：主要的雙面I-V特性包括雙面短路電流IscBiFi，雙面開路電壓VOcBiFi，和雙面最大功率pmaxBiFi。注3：雙面I-V特性由直接測試或等效計(jì)算得到，可用來評估雙面電池在雙面3.5雙面發(fā)電增益因子（BiFirel）bifacialpowergaincoefficient BSTC下最大功率pmaxBiFi，相對正面STC下最大功率pmaxf的增益。注：BiFirel定義見公式（3BiFirel=?100%……4方法原理多數(shù)情況下，雙面光伏組件在戶外環(huán)境中工作在雙面輻照的條件下。與單面光伏組件相比，雙面光伏組件額外的功率增益來自于背面的輻照。為了有效評估雙面電池的實(shí)際發(fā)電能力，雙面I-V電特性必須按照IEC61215-1中第3.11章節(jié)的要求，在特定雙面輻照度（BNPI）下測試，即正面輻照度Gf=1000W?m?2,同時(shí)背面輻照度Gr=135W?m?2。實(shí)際上，真實(shí)測試條件與標(biāo)準(zhǔn)測試條件存在允許范圍內(nèi)的偏差（溫度和輻照度），這種情況下，必須根據(jù)IEC60891進(jìn)行修正，并且考慮在不確定度的計(jì)算中?；诓煌脑O(shè)備配置，本標(biāo)準(zhǔn)提供了測試雙面電池的三種方法。按照本標(biāo)準(zhǔn)中描述的步驟與要求，三種方法可得到一致的結(jié)果。a)雙面同步光照法b)等效光照法3GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022c)順序光照法雙面同步光照法需要特定的設(shè)備為雙面電池提供雙面輻照。待測電池的單面和雙面I-V特性可以在同一個(gè)測試位置，同一次探針接觸，同一個(gè)測試周期中測試得到?？蛇x的，用于單面電池測試的常規(guī)設(shè)備可采用等效光照法來測試雙面電池，等效光強(qiáng)GE由電流雙面率φIsc決定，見公式（4）。GE=1000+φIsc?135W?m?2………………（4）測試時(shí)間允許時(shí)（通常用于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用），φIsc由待測電池自身在正面STC和背面STC下的I-V特性決定。測試時(shí)間有限時(shí)（通常用于量產(chǎn)線應(yīng)用），φIsc可以由雙面電池標(biāo)片決定，并以代表所有待測電池。如果量產(chǎn)電池的φIsc分布相對雙面電池標(biāo)片在±3%以內(nèi)，則這種方法產(chǎn)生的測試誤差是可接受的。順序光照法也可以采用常規(guī)設(shè)備進(jìn)行，需要連續(xù)測試雙面電池的正面和背面，并在過程中對電池片翻面。測試得到的正面STC、背面STC及（可選的）背面低輻照I-V特性可以用來計(jì)算雙面I-V特性。計(jì)算步驟參見IEC60891中的描述。對疊層等多結(jié)雙面電池，只能采用雙面同步光照法并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。4.1雙面同步光照法將雙面電池置于低輻射背景環(huán)境中，通過控制正面光源、背面光源在不同時(shí)間段的輻照強(qiáng)度和開啟狀態(tài)，完成雙面電池在背面STC單面受光、正面和背面BSTC同時(shí)受光、正面STC單面受光下的I-V測試，分別得到背面I-V特性、雙面I-V特性、正面I-V特性。對實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，施加給雙面電池的正面STC、背面STC和雙面BSTC輻照可以獨(dú)立，并以任意順序進(jìn)行。對注重生產(chǎn)時(shí)間的量產(chǎn)線應(yīng)用，三個(gè)測試步驟通常集成到一個(gè)序列中。集成閃光條件的雙面同步光照法的一個(gè)過程示例如圖1。a)步驟1（t1-t2）：背面STC輻照下，測試背面STCI-V特性。b)步驟2（t3-t4）：雙面BSTC輻照下，測試雙面I-V特性。c)步驟3（t5-t6）：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性。圖1具備集成閃光條件的雙面同步光照法的一個(gè)過程示例在此情形下，由于使用雙面同步光照法，需要對IEC60891中描述的輻照度修正作適用性變化，所作出的適用性變化描述在公式（5）和公式（6）中，給出了等效測試輻照度GE,meas，和BSTC下等效測試輻照度GE,BSTC的表達(dá)式，如：GE,meas=Gf+φIsc?GrW?m?2 GE,BSTC=1000+φIsc?135W?m?2 （6）4GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022G1=GE,meas與G2=GE,BSTC可以代入IEC60891的過程1和過程2中。按照IEC60904-1的描述，STC或BSTC條件下，允許最大10%的修正誤差。對于BSTC條件，為充足體現(xiàn)背面輻照的貢獻(xiàn)，背面輻照強(qiáng)度不能低于100W?m?2。4.2等效光照法將雙面電池置于低輻射背景環(huán)境中，通過控制正面光源在不同時(shí)間段的輻照強(qiáng)度和開啟狀態(tài)，完成雙面電池在正面STC、背面STC以及正面等效輻照強(qiáng)度下的I-V特性測試。根據(jù)不同的設(shè)備配置和測試時(shí)間的限制，等效光照法可以用不同的方式進(jìn)行。一個(gè)方式是，首先連續(xù)測試雙面電池的正面STC、背面STC及等效雙面I-V特性，然后根據(jù)每片電池的電流雙面率φIsc計(jì)算等效光強(qiáng)GE。連續(xù)測試過程可以用同一個(gè)太陽模擬器進(jìn)行，適用于實(shí)驗(yàn)室使用；也可以在兩個(gè)聯(lián)結(jié)的太陽模擬器的輻照下進(jìn)行，適用于量產(chǎn)線使用。等效光照法的一個(gè)過程示例如圖2。a)步驟1（t1-t2）：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性。b)步驟2（t3-t4）：背面STC輻照下，測試背面STCI-V特性。c)步驟3（t5-t6）：正面等效光強(qiáng)輻照下，測試等效雙面I-V特性。圖2具備連續(xù)閃光條件的等效光照法的一個(gè)過程示例另一個(gè)方式是，在一次接觸和一次集成閃光的條件下，測試正面STC和雙面I-V特性。電流雙面率φIsc由雙面電池標(biāo)片決定，并用其代表所有待測電池。如果的量產(chǎn)電池的φIsc分布相對雙面標(biāo)準(zhǔn)電池在±3%以內(nèi)，這種方法產(chǎn)生的誤差是可以接受的。等效光照法的一個(gè)過程示例如圖3。a)步驟1（t1-t2）：背面等效光強(qiáng)輻照下，測試等效雙面I-V特性。b)步驟2（t3-t4）：正面STC光照下，測試正面STCI-V特性。5GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022圖3具備集成閃光條件的等效光照法的一個(gè)過程示例4.3順序光照法將雙面電池置于低輻射背景中，通過控制正面光源在不同時(shí)段的輻照強(qiáng)度和開啟狀態(tài)，完成雙面電池在正面STC、背面STC和（可選的）背面135W.m?2條件下的I-V特性。最后，根據(jù)IEC60891附錄中描述的理論模型計(jì)算雙面I-V特性。順序光照過程可以用同一個(gè)太陽模擬器進(jìn)行，適用于實(shí)驗(yàn)室使用；也可以在兩個(gè)聯(lián)結(jié)的太陽模擬器的輻照下進(jìn)行，適用于量產(chǎn)線使用。順序光照法的一個(gè)過程示例展示在圖4中。a)步驟1（t1-t2）：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性。b)步驟2（t3-t4）：背面STC輻照下，測試背面STCI-V特性c)步驟3（t5-t6，可選的）：背面135W.m?2輻照下，測試背面I-V特性d)步驟4：根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)附錄中（基于IEC60891）描述的測量I-V特性的輻照度修正過程，計(jì)算雙面I-V電特性。圖4具備集成閃光條件的順序光照法的一個(gè)過程示例6GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:20225測試設(shè)備除了IEC60904-1和IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測試裝置要求以外，本章節(jié)規(guī)定了雙面打光裝置的額外要求。5.1雙面同步光照法用于雙面同步光照法的太陽光模擬器系統(tǒng)，首先應(yīng)滿足IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且滿足：a)給雙面電池提供正面和背面同步光照，以及正面和背面單獨(dú)光照的能力；b)正面輻照強(qiáng)度的最大值應(yīng)大于1135W.m?2，背面輻照強(qiáng)度應(yīng)在0-1000W.m?2的范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)；c)提供低反射背景和孔徑掩模，以確保電池一面受光時(shí)，非受光面接收的光小于3W.m?2。d)用于雙面同步光照法的太陽模擬器系統(tǒng)的一個(gè)示例如圖5。圖5雙面同步光照法模擬器示例，具備正、背面獨(dú)立光源5.2等效光照法用于等效光照法的太陽光模擬器系統(tǒng)，首先應(yīng)滿足IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且滿足：a)正面輻照強(qiáng)度的最大值應(yīng)大于1135W.m?2；b)提供低反射背景和孔徑掩模，以確保電池一面受光時(shí)，非受光面接收的光小于3W.m?2。用于等效光照法的太陽模擬器系統(tǒng)的一個(gè)示例如圖6。圖6等效光強(qiáng)法模擬器示例，具備強(qiáng)度可調(diào)的正面光源5.3順序光照法用于順序光照法的太陽模擬器系統(tǒng)，首先應(yīng)滿足IEC60904-9標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且滿足：7GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022a)提供低反射背景和孔徑掩模，以確保電池一面受光時(shí)，非受光面接收的光小于3W.m?2。用于順序光照法的雙聯(lián)太陽模擬器系統(tǒng)的一個(gè)示例如圖7所示。圖7順序光照法的雙聯(lián)模擬器系統(tǒng)6測試步驟對于雙面電池的I-V特性測試，對測試步驟的規(guī)定首先應(yīng)符合IEC60904-1，IEC60904-2，IEC60904-4，IEC60904-9和IEC60891的要求。6.1雙面同步光照法6.1.1校準(zhǔn)要求通常，雙面電池的正面和背面光譜響應(yīng)不同，因此，有必要使用合適的雙面電池標(biāo)片分別校準(zhǔn)太陽模擬器的正面和背面。對于外部實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的雙面電池標(biāo)片，要求其至少具備在正面STC、背面STC、背面135W.m?2三個(gè)條件下標(biāo)定的I-V特性。對于STC輻照下的正面和背面測試，雙面電池標(biāo)片與待測雙面電池之間的光譜失配不應(yīng)超過0.5%，否則，需要根據(jù)IEC60904-7的要求進(jìn)行光譜失配修正。6.1.2測試步驟步驟1：采用雙面電池標(biāo)片在正面1000W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，對正面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟2：采用雙面電池標(biāo)片在背面1000W.m?2和背面135W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，分別對背面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟3：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,vocf）。步驟4：背面STC輻照下，測試背面STCI-V特性（pmaxr,Iscr,vocr）。步驟5：雙面BSTC輻照下，測試雙面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,vocBiFi）。步驟6：根據(jù)公式（3）計(jì)算雙面發(fā)電增益因子BiFirel。根據(jù)太陽模擬系統(tǒng)的多種配置，測試步驟1和步驟2的次序可以任意調(diào)換，測試步驟3、步驟4和步驟5的次序也可以任意調(diào)換。6.2等效光照法6.2.1校準(zhǔn)要求通常，雙面電池的正面和背面光譜響應(yīng)不同，因此，需使用合適的雙面電池標(biāo)片校準(zhǔn)太陽模擬器。對于外部實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的雙面標(biāo)準(zhǔn)電池，應(yīng)具備在正面STC和背面STC兩個(gè)條件下標(biāo)定的I-V特性。推薦具備第三個(gè)條件，即正面等效光強(qiáng)GE條件下的I-V特性。對三種測試條件，正面STC，背面STC和等效光強(qiáng)下，雙面電池標(biāo)片與待測雙面電池之間的光譜失配不應(yīng)超過0.5%，否則，需要根據(jù)IEC60904-7的要求進(jìn)行光譜失配修正。6.2.2測試步驟步驟1：采用雙面電池標(biāo)片在正面1000W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，對正面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。8GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022步驟2：采用雙面電池標(biāo)片在正面等效光強(qiáng)GE下的I-V特性，對正面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟3：采用雙面電池標(biāo)片在背面1000W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，對背面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。背面1000W.m?2的設(shè)置點(diǎn)可能與正面1000W.m?2不同，這是由于雙面標(biāo)準(zhǔn)電池的正面和背面的光譜響應(yīng)不同。步驟4：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,VOcf）。步驟5：背面STC輻照下，測試背面STCI-V特性（pmaxr,Iscr,VOcr）。步驟6：根據(jù)步驟4和步驟5中的正面STC和背面STCI-V特性，計(jì)算φIsc和GE?？蛇x的，若待測電池不具備背面輻照的I-V特性，則可以采用雙面電池標(biāo)片的GE完成下一步測試。。步驟7：等效光強(qiáng)GE下，測試等效雙面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi）。步驟8：根據(jù)公式（3）計(jì)算雙面發(fā)電增益因子BiFirel。根據(jù)太陽模擬系統(tǒng)的多種配置，測試步驟1、步驟2和步驟3的次序可以任意調(diào)換，測試步驟4和步驟5的次序也可以任意調(diào)換。6.3順序光照法6.3.1校準(zhǔn)要求通常，雙面電池的正面和背面光譜響應(yīng)不同，因此，需要使用合適的雙面電池標(biāo)片，分別校準(zhǔn)太陽模擬器的正面測試和背面測試。當(dāng)一個(gè)模擬系統(tǒng)被用于兩種測試時(shí)，正面測試和背面測試的校準(zhǔn)仍是必須的，如果沒有校準(zhǔn)，應(yīng)按照IEC60904-7的要求進(jìn)行光譜失配修正。對于外部實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定的雙面標(biāo)準(zhǔn)電池，要求其至少具備在正面STC和背面STC兩個(gè)條件下標(biāo)定的I-V特性。當(dāng)待測電池需要測試背面135W.m?2下I-V特性時(shí)，雙面電池標(biāo)片需要額外具備在背面135W.m?2條件下標(biāo)定的I-V特性。對于STC輻照下的正面和背面測試，雙面電池標(biāo)片與待測雙面電池之間的光譜失配不應(yīng)超過0.5%，否則，需要根據(jù)IEC60904-7進(jìn)的要求行光譜失配修正。6.3.2測試步驟步驟1：采用雙面電池標(biāo)片在正面1000W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，對正面光源進(jìn)行校準(zhǔn)。步驟2：采用雙面電池標(biāo)片在背面1000W.m?2和（可選的）背面135W.m?2輻照強(qiáng)度下的I-V特性，對背面光源進(jìn)行校準(zhǔn)步驟3：正面STC輻照下，測試正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,VOcf）。步驟4：背面STC或（可選的）背面135W.m?2輻照下，測試背面I-V特性（pmaxr,Iscr,VOcr）。步驟5：參考附錄推導(dǎo)出雙面I-V曲線，計(jì)算雙面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi）步驟6：根據(jù)公式（3）計(jì)算雙面發(fā)電增益因子BiFirel。根據(jù)太陽模擬系統(tǒng)的多種配置，測試步驟1和步驟2的次序可以任意調(diào)換，測試步驟3和步驟4的次序也可以任意調(diào)換。7報(bào)告對于雙面光伏器件，測試完成后，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備I-V測試報(bào)告。報(bào)告應(yīng)包括IEC60904-1、IEC60904-2和IEC60904-4要求的信息，還應(yīng)包括以下內(nèi)容及不確定度的估計(jì)：a)校準(zhǔn)信息，包括：標(biāo)定電池標(biāo)片的外部實(shí)驗(yàn)室名稱、模擬器校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)溯源性等；b)雙面率因子(φIsc,φVOc和φpmaxc)雙面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi,）及雙面I-V特性的測試方法；d)雙面發(fā)電增益因子BiFirel。9GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022（資料性）順序光照法附錄A提供了順序光照法中利用正面STC和背面STC，或利用正面STC、背面STC和背面135W?m?2計(jì)算雙面I-V特性的過程信息。A.1轉(zhuǎn)變近似法（Shiftapproximation）。這個(gè)過程基于所有電壓下電流疊加的原理，并假定二極管飽和電流不受光電流影響。公式（A.3）和公式（A.4）在IEC60891的過程1中給出?；诖?，雙面I-V特性可以由正面STC和背面STCI-V特性通過下列公式計(jì)算得到。Ib=If+0,135?Iscr……（A.1）vb=vf?Rs?(Ib?If)……（A.2）式中：Ib,vb——雙面BSTCI-V特性曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)；If,vf——正面STCI-V特性曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)；Iscr——背面STC下的短路電流；Rs——待測電池的內(nèi)部串聯(lián)電阻。上述公式是基于IEC60891的過程1，在T1=T2的條件下，同時(shí)假設(shè)背面輻照對電流的貢獻(xiàn)等于0,135?Iscr。I2=I1+Isc1??1)+α?(T2?T1)………………（A.3）v2=v1?Rs?(I2