多晶硅光伏組件功率測試偏差分析

中國水利水電第十三工程有限公司　楊　明

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多晶硅光伏組件功率測試偏差分析

中國水利水電第十三工程有限公司楊明

【摘要】隨著石化資源的日益枯竭，太陽能作為可再生清潔能源其可持續(xù)發(fā)展的前景日益廣闊。在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃2014-2020》中，我國的非化石能源比重要達到15%，而目前非化石能源的比重不到10%。太陽能作為清潔的新能源之一，在未來能源行業(yè)仍大有可為。目前世界主流的光伏組件有多晶硅光伏組件、單晶硅組件以及薄膜組件。本文對多晶硅光伏組件功率測試結(jié)果偏差進行了簡單的分析，對比各實驗室對同一組件的功率測試結(jié)果，找出測試結(jié)果偏差的原因，為光伏電站投資提供參考。

【關(guān)鍵詞】光伏組件；功率；測試

0　引言

大型集中式地面光伏電站在最近幾年正在熱火朝天地進行，光伏組件作為光伏電站最重要的設(shè)備，其成本占據(jù)電站建設(shè)成本的30%-35%，且組件功率是光伏電站發(fā)電量最主要的影響因素，發(fā)電量直接影響業(yè)主投資回收期，決定投資成敗。筆者在實際工作中發(fā)現(xiàn)，組件生產(chǎn)商在組件功率的標定時與第三方檢測機構(gòu)測試結(jié)果存在一定偏差,現(xiàn)對偏差產(chǎn)生的原因進行了總結(jié)，為光伏電站建設(shè)方在此方面提供一定的參考，避免功率偏差過大造成發(fā)電量減少以致延長投資回收期。

1　光伏組件功率測試方法

光伏組件測試方法一般按照IEC61215:2005、IEC60904-1：2006和IEC60904-3：2008標準進行，具體措施為使用3A級太陽光模擬器發(fā)出1000W/㎡、光譜特性AM1.5的光源測出組件電池溫度25℃時的電流-電壓特性，也就是在STC條件（標準測試條件）下測量組件的功率。

STC條件中輻照度、電池片溫度、光譜特性等的確定過程非常復(fù)雜，各種數(shù)據(jù)誤差要求極為嚴格，然而組件功率的標定一般在生產(chǎn)車間進行，生產(chǎn)車間的測試環(huán)境很難達到STC條件，因此需要對測試結(jié)果進行修正。修正因子包括電流溫度系數(shù)α，電壓溫度系數(shù)β，功率溫度系數(shù)δ，輻照度G，溫度T等。

2　組件功率測試結(jié)果數(shù)據(jù)

從組件生產(chǎn)商處選取3塊二級標準組件分別送至上海萊茵TUV實驗室、上海VDE實驗室、上海太陽能工程技術(shù)研究中心實驗室等進行功率測試，測試結(jié)果如表1所示。

對比可見，相同一塊組件，組件廠商測得的標稱功率最高，TUV測得結(jié)果最低；VDE與上海太陽能工程技術(shù)中心測得結(jié)果相差很小且均比組件廠家功率要小。

表1　組件在4家機構(gòu)測得功率對比表

3　測試結(jié)果偏差原因分析

3.1測試溯源體系差異

在本案例中，組件廠商一級標準組件是由TUV進行標定；上海太陽能中心一級標準組件是由VDE進行標定。TUV和VDE均為德國權(quán)威第三方認證機構(gòu)，TUV與VDE在光伏檢測認證方面均有其獨立的技術(shù)核心及溯源體系，且互不相通，但兩機構(gòu)之間的偏差非常小。

3.2測試設(shè)備

測試使用的3A級瞬態(tài)模擬器輻照光譜與標準光譜AM1.5之間不可能完全一致，輻照均勻性也不會每次都相同，且在用標準組件對其進行校準時，采用的方法不同、校準的精度不同，也有可能產(chǎn)生偏差。

3.3測試過程細節(jié)

在測試時，組件安裝的位置精度（與標準組件擺放位置應(yīng)相同）、光源入射角度（應(yīng)與入射光線垂直）等對組件光譜響應(yīng)均有影響，組件與測試儀器之間的接線處接觸電阻大小也會對電流-電壓等數(shù)據(jù)產(chǎn)生微小差別，從而導(dǎo)致試驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。

3.4測試環(huán)境

環(huán)境對光伏組件功率的影響主要表現(xiàn)在溫度和氣流速度上，其中溫度是最為關(guān)鍵的因素。按照IEC61215標準要求測試溫度準確度為±1℃，因此組件在進行測試之前宜靜置于恒溫實驗室內(nèi)24小時后再進行；組件測試時風(fēng)速要小于2m/s，因此在測試時，應(yīng)避免空調(diào)出風(fēng)口直接對準組件測試固定部位。

圖1　組件功率測試時不確定度的來源

3.5不確定度

不確定度的含義是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結(jié)果的可信賴程度。它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測量的真值愈接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價值越高。

多晶硅光伏組件測試（見圖1）的不確定度產(chǎn)生的原因有以下幾點：

（1）測試儀器電子負載的校準不確定度和測量精度引入的不準確性；

（2）測試儀器輻照光譜與標準光譜AM1.5之間的光譜失配，輻照的不均勻性，輻照源的穩(wěn)定度；

（3）標準組件校準也存在不確定度，被測組件與標準組件之間存在光譜相應(yīng)失配；

（4）測試儀器溫度探頭測量精度，整個測試環(huán)境內(nèi)溫度的波動；

（5）測量重復(fù)性引入的不確定度分量，如被測組件與標準組件的位置不一致、接線過程中的接觸電阻等；

（6）測試設(shè)備功率讀數(shù)的誤差。

不確定度的存在，導(dǎo)致不同的測試機構(gòu)，其測試結(jié)果肯定不可能完全一致，一般測試機構(gòu)的不確定度在3%左右。

4　結(jié)語

組件標稱功率的測試結(jié)果的準確性，對組件企業(yè)的信譽及經(jīng)濟效益有著重大影響；對于采購方或業(yè)主方來說，影響合同價格和電站的收益。光伏行業(yè)應(yīng)建立統(tǒng)一的測量體系標準，統(tǒng)一量值，嚴格控制不確定度的來源，持續(xù)改進測試條件與能力，保證組件標稱功率的準確性，促進光伏產(chǎn)業(yè)和諧健康發(fā)展。業(yè)主方在采購組件時，應(yīng)關(guān)注其測試的準確性，避免組件生產(chǎn)商超額標定組件功率導(dǎo)致投資方面的損失。

參考文獻

[1]丁葉飛.用室內(nèi)太陽能模擬器和VDE標準組件測試晶體硅光伏組件最大功率的不確定度報告.

[2]組件功率是光伏行業(yè)最關(guān)鍵量值.Solarzoom光伏太陽能網(wǎng).