標(biāo)準(zhǔn)測試條件下最大功率的測量不確定度評估

安曉君，李 元，侯寶峰

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

標(biāo)準(zhǔn)測試條件下最大功率的測量不確定度評估

安曉君，李 元，侯寶峰

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，組件性能測量試驗(yàn)是光伏檢測實(shí)驗(yàn)室非常典型的重要測試項(xiàng)目，所以有必要進(jìn)行測量不確定度評估。本文按JJF 1059.1-2012《測量不確定度評估與表示》規(guī)定的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況對某項(xiàng)目中最大功率進(jìn)行測量不確定度評估。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)組件、溫度測量、光譜響應(yīng)偏差、模擬器I-V特性和組件重復(fù)性測量對不確定度的影響較大。為了減小最大功率測量的不確定度，在測量光伏組件最大功率時，人們應(yīng)該選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，提高溫度測量準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)測試條件；組件性能測試；光伏組件；不確定度；評定

隨著國內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，光伏檢測技術(shù)的重要性日益突出。光伏行業(yè)最關(guān)注、最重要的是功率，因?yàn)樗且磺匈Q(mào)易結(jié)算、功率衰減以及發(fā)電量大小的基礎(chǔ)[1]。

根據(jù)ISO/IEC 17025-2005《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》規(guī)定，檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備不確定度的程序[2]；此外，CNAS-CL07-2015《測量不確定的要求》也規(guī)定了檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力對每一項(xiàng)有數(shù)值要求的測量結(jié)果進(jìn)行測量不確定度評估，以及在適當(dāng)情況下檢測報告必須提供測量結(jié)果的不確定度[3]。

測量不確定度用于表征合理賦予被測量之值的分散性，是與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，對檢測結(jié)果有著重要的意義[4]。不確定越小，測量結(jié)果與被測量真值越接近，測量水平越高，其使用價值也越高；不確定度越大，測量結(jié)果的使用價值越低[5]。因此，為確保有效性，實(shí)驗(yàn)室在參與能力驗(yàn)證時提供測量不確定度值。

標(biāo)準(zhǔn)測試條件下組件性能測量試驗(yàn)是光伏檢測實(shí)驗(yàn)室非常典型和重要的測試項(xiàng)目，現(xiàn)根據(jù)我實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等實(shí)際情況，筆者對某項(xiàng)目中功率的測量不確定度進(jìn)行評估。

1 不確定度分析

在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的性能測試時，不確定度來源有11項(xiàng)：（1）重復(fù)性測量引入的不確定度，可以用A類方法評定；（2）模擬器光源光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜（AM1.5）的匹配性引入的不確定度分量；（3）模擬器光源的照度不均勻度引入的不確定度分量；（4）模擬器光源的瞬時不穩(wěn)定度引入的不確定度分量；（5）模擬器I-V特性測試部分（電子負(fù)載分辨率及儀器的電學(xué)性能誤差）引入的不確定度分量；（6）標(biāo)準(zhǔn)組件引入的不確定度分量；（7）測試組件和標(biāo)準(zhǔn)組件之間的光譜響應(yīng)偏差引入的不確定度分量；（8）溫度測量引入的不確定度分量；（9）組件安裝幾何位置和角度引入的不確定度分量；（10）組件溫度不均勻引入的不確定度分量；（11）測量接觸電阻引入的不確定度分量。

上述11個不確定度分項(xiàng)中，第1項(xiàng)采用A類方法進(jìn)行評定；第2、3、4項(xiàng)是模擬器光源的引入誤差，因設(shè)備定期校準(zhǔn)及期間核查，能夠確保滿足AAA等級，因此由模擬器光源的引入不確定度分量暫不考慮；第5項(xiàng)按照設(shè)備說明書技術(shù)參數(shù)用B類方法進(jìn)行評定；第6、7項(xiàng)根據(jù)校準(zhǔn)報告用B類方法進(jìn)行評定；第8項(xiàng)按設(shè)備計量報告用B類方法進(jìn)行評定；第9項(xiàng)在組件安裝時組件采用夾具固定，安裝支架與光源垂直，安裝位置始終確保定位不變，基本上消除了安裝幾何位置和角度引入的不確定度分量；第10項(xiàng)組件在測量前在25℃溫度下恒溫預(yù)處理8 h以上，組件溫度控溫均勻，有此項(xiàng)引入的不確定度分量基本消除；第11項(xiàng)定期進(jìn)行測試線接頭檢查，確保接頭無氧化、磨損、潔凈，由測量接觸電阻引入的不確定度分量基本消除。

2 不確定度的評定

2.1 測試項(xiàng)目

依據(jù)IEC 61215－2005《地面用晶體硅光伏組件（PV）——設(shè)計鑒定和定型》[6]，采用Halm Cetis PV-XG2-M AAA瞬態(tài)模擬器，測量某品牌光伏組件的I-V特性。

2.2 測試方法

用標(biāo)準(zhǔn)組件對AAA瞬態(tài)模擬器進(jìn)行校準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)組件校準(zhǔn)模擬器調(diào)整測試平面上的輻照度，使參考組件的短路電流達(dá)到標(biāo)定值；將測試組件安裝在AAA瞬態(tài)模擬器上，使得測試組件與監(jiān)控電池片在同一平面；在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（光源輻照度1 000 W/m2，組件溫度25℃，IEC 60904-3要求的標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜輻照度分布）下，測量光伏組件的I-V特性。

2.3 數(shù)學(xué)模型

式中：Pmp為組件功率（W）；I為組件電流（A）；U為組件電壓（V）；G為光源輻照度（W/m2）；T為組件溫度（℃）。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定

最大功率重復(fù)性測量引入的不確定度urel主要來源于不同操作人員、不同操作時間、組件安裝幾何位置、組件溫度以及測溫?zé)犭娕嘉恢煤蜏y試線接頭松緊程度，其為A類不確定度。本測試由同一人員在相同條件下對同一組件重復(fù)進(jìn)行5次最大功率測試，重復(fù)測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5次最大功率重復(fù)測試數(shù)據(jù)

單次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差（貝塞爾公式）：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差：Pmp測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對不確定度：

2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定

2.5.1 太陽模擬器I-V特性測試部分引入的不確定度u1rel

根據(jù)設(shè)備說明書技術(shù)參數(shù)，人們可以得到I-V特性測試部分的精確度為±0.05%，服從矩形分布，因此相對不確定度為：

2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)組件本身引入的相對不確定度u2rel

本次測量使用的標(biāo)準(zhǔn)組件的計量報告中測試結(jié)果的不確定度為2.2%（K=2）。因此，相對不確定度為：

2.5.3 測試組件和標(biāo)準(zhǔn)組件之間的光譜響應(yīng)偏差引入的相對不確定度u3rel

測量時采用與測試組件具有相同光譜響應(yīng)特性的標(biāo)準(zhǔn)組件（標(biāo)準(zhǔn)組件與測試組件均為多晶硅組件），根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，其檢測結(jié)果的偏差通常不超過±1%。假定偏差所引起的誤差服從均勻分布，其相對不確定度為：

2.5.4 組件溫度測量引入的相對不確定度u4rel

由于組件溫度是由34970A數(shù)據(jù)采集儀和T型熱電偶共同測量的，因此人們需要將以上兩種儀器引入的不確定度進(jìn)行合成。

（1）由34970A數(shù)據(jù)采集儀的計量報告可知，擴(kuò)展不確定度Ua=0.2℃，K=2，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uarel=（t為測試時，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（2）由T型熱電偶的計量報告可知，擴(kuò)展不確定度Ub=0.3℃，K=2，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對不確定度為：

ubrel=（t為測試時，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（3）將以上兩者合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.6 計算Pmp的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（Pmp）

2.6.1 相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.6.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.7 計算Pmp的擴(kuò)展不確定度U

取包含因子K=2，置信概率為95%。

擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)論

本文在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下對光伏組件最大功率的測量不確定度進(jìn)行評定。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)組件、溫度測量、光譜響應(yīng)偏差、模擬器I-V特性和組件重復(fù)性測量對不確定度的影響較大。因此，在測量光伏組件最大功率時，人們應(yīng)該盡量選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，提高溫度測量準(zhǔn)確性，從而減小最大功率測量的不確定度。

1 孟海鳳，張俊超，葉馮俊，等.新型太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率測量技術(shù)研究進(jìn)展[J].影像科學(xué)與光化學(xué)，2016，34（5）：389-401.

2 中國合格評定國家認(rèn)可委員會.ISO/IEC 17025-2005 檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

3 中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-CL07-2015測量不確定的要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

4 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.1-2012測量不確定度評估與表示[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

5 中華人民共和國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司.測量不確定度評定與表示指南[M].北京：中國計量出版社，2000.

6 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.IEC 61215-2005 地面用晶體硅光伏組件設(shè)計鑒定和定型[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

Evaluation of Measurement Uncertainty of Maximum Power under Standard Test Conditions

An Xiaojun,Li Yuan,Hou Baofeng
(Ningxia New Energy Research Institute (Co.,Ltd.),Yinchuan 750021,China)

Under the standard test conditions,the component performance measurement test is a very typical and important test item in the photovoltaic testing laboratory.Therefore,it is necessary to evaluate the measurement uncertainty.In this paper,according to JJF 1059.1-2012 "Measurement Uncertainty Evaluation and Expression" provisions of the method,combined with the actual situation in the laboratory to measure the maximum power of a project uncertainty assessment.The results show that standard components,temperature measurements,spectral response deviations,simulator I-V characteristics and component repeatability measurements have a greater impact on the uncertainty.In order to reduce the uncertainty of the maximum power measurement,people should choose the corresponding standard components when measuring the maximum power of the PV modules to improve the accuracy of the temperature measurement.

standard test conditions; component performance test; PV module; uncertainty; evaluation

TM914.4

A

1008-9500(2017)11-0010-03

2017-09-06

本文系 2011年度寧夏回族自治區(qū)財政支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：寧財（建）指標(biāo)（2011）395號）、2011年度寧夏外貿(mào)公共服務(wù)平臺建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：寧財（企業(yè)）指標(biāo)（2011）272號）的階段性研究成果之一。

安曉君（1977-），男，甘肅鎮(zhèn)原人，碩士研究生，高級工程師，從事光伏產(chǎn)品檢測及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理工作。