光伏器件 第1-1部分：多结光伏器件电流-电压特性的测量 征求意见稿

GB/TXXXX/IEC60904-1-1光伏器件第1-1部分：多结光伏器件电流-电压特性的测量本文件规定了在自然阳光或模拟阳光下，多结光伏器件的电流-电压特性的测量方法和附加要求。本文件适用于单个光伏电池、由多个电池组成的子串或完整光伏组件。本文件主要适用于非聚光器件，但对于聚光光伏器件，本文件也可能有部分内容适用。对于设计用于聚光条件下的光伏器件，若是在没有聚光光学元器件的情况下使用直射光源测量，并根据标准直射辐照度分布进行光谱失配修正，则本文件仍可能适用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T6495.1光伏器件第1部分:光伏电流-电压特性的测量(GB/T6495.1-20XX,IEC60904-1:2020,IDT)GB/T6495.2光伏器件第2部分:标准光伏器件的要求(GB/T6495.2-20XX,IEC60904-2:2023,IDT)GB/T6495.3光伏器件第3部分:基于标准光谱辐照度数据的地面光伏器件测量原理(GB/T6495.3-20XX,IEC60904-3:2019,IDT)GB/T6495.7光伏器件第7部分:光伏器件测量的光谱失配修正计算方法(GB/T6495.7-20XX,IEC60904-7:2019,IDT)GB/T6495.8光伏器件第8部分:光伏器件光谱响应的测量(GB/T6495.8-20XX,IEC60904-8:2014,IDT)GB/T6495.8-1光伏器件第8-1部分:多结光伏器件光谱响应的测量(GB/T6495.XX-20XX,IEC60904-8-1:2017,IDT)GB/T6495.9光伏器件第9部分:太阳模拟器特性分级(GB/T6495.9-20XX,IEC60904-9:2020,IDT)GB/TXXXX光伏器件—测量IV特性中温度和辐照度修正程序（GB/TXXX-20XX,IEC60891:2021,IDIEC60904-4光伏器件第4部分:光伏标准器件建立校准溯源的程序（Photovoltaicdevices–Part4:Photovoltaicreferencedevices–ProceduresforestablishingcalibrationTraceabilityIECTS61836太阳能光伏发电系统、术语、定义和符号（Solarphotovoltaicenergysystems-Terms,definitionsandsymbols）注：GB/T2297-XXXX太阳光伏能源系统术语（IECTS61836:2016,NEQ）3术语和定义IECTS61836界定的以及下列术语和定义适用于本文件。GB/TXXXX/IEC60904-1-1ISO和IEC的标准术语数据库地址如下：lIEC电子开发平台：/lISO在线浏览平台：/obp3.1限流结Currentlimitingjunction在给定辐照条件下，多结光伏器件中产生最小光电流的子结。4总则GB/T6495.1中详细描述了单结光伏器件的电流-电压特性的测量方法。多结光伏器件的电流-电压特性的测量遵循相同的基本原理，但需要一些额外的条件，本文件将对此进行规定。本文件基于单结光伏器件的测量原理，描述了多结光伏器件电流-电压特性测量的额外注意事项、要求和步骤。因此，除非本文件另有规定，GB/T6495.1中的规定均适用于多结光伏器件。多结光伏器件由两个或多个子结串联而成。一般来说，只能对整个器件的电流-电压特性进行测量，然而，整个器件的输出电流与每个子结相关，量化该电流以及在短路电流和最大功率点之间的电流-电压特性中电流随电压的变化较快，对表征每个子结内部存在漏电流可能会有所帮助。为了了解多结光伏器件在不同光谱下的性能，可以对其中的每个子结进行单独测试。电池中可能存在发光耦合并对测量结果有影响。例如，从GaInP电池发出的光子可能被底层GaAs结吸收并产生光电流；类似的，从GaAs电池发出的光子可能被底层的Ge结吸收并产生光电流。对于效率相对较高的电池，在某些条件下，电池之间的这种耦合会导致测量电流发生不可忽略的变化。详情见参考文献。对于为每个子结单独提供引出端的多结光伏器件，只要采用适当的连接方式，就可以测量每个子结的电流-电压特性，其测量方法遵循GB/T6495.1的规定。5一般测量要求多结光伏器件电流-电压特性测量的一般要求与GB/T6495.1中对单结光伏器件的要求相同。多结光伏器件中各子结的串联，使得测量的整体的电流-电压特性与每个子结中产生的光电流的关系复杂。因此，多结光伏器件的测量条件应力求使得每个子结在该条件下产生的光电流与在标准光谱辐照度分布下该结产生的光电流相似。一般来说，使测试光谱辐照度分布与标准光谱辐照度分布接近可以满足该要求，例如在适当条件下由自然阳光提供的光谱辐照度分布，或者通过光谱辐照度可调的太阳模拟器来实现。然而，测量条件永远不会是完美的，都会与标准条件有偏离。本文件规定了进行有效测量所允许的偏差范围。偏差范围越小越好，但并非在所有情况下都能实现较小的偏差。因此，在测量不确定度分析时都应考虑测量条件与标准条件的偏差。产生最小光电流的子结称为限流结。在任何情况下，都应使得器件在测试光谱辐照度分布下的限流结与在标准光谱辐照度分布下的限流结相同。此外，为了更完整地表征多结器件的特性，也可以选择将每个子结分别作限流结进行测量。由此所得的I-V曲线可用于确定该子结的光伏电流和实际漏电。详情见参考书目(Meuseletal.,2002)。对于上面提到的这些可选的测量，最好使用光谱辐照度分布可调的模拟器。然而，自然阳光原则上也适用(利用光谱辐照度随大气质量变化的特性)，但实际操作可能比较困难。6仪器6.1辐照度的一般要求6.1.1概论GB/TXXXX/IEC60904-1-1用于测量多结器件的太阳能模拟器应为GB/T6495.9标准定义的AAA级。对于使用自然阳光进行的测量，应满足相同的要求。多结光伏器件的光谱响应所覆盖的波长范围可能比GB/T6495.9中为确定太阳模拟器的光谱匹配等级所定义的波长范围更宽。在这种情况下，可每200nm增加一个波段，直至覆盖多结光伏器件光谱响应的整个波长范围。模拟器的所有波段的光谱匹配都应符合GB/T6495.9中规定的A级。使用光谱仪测量测试光谱辐照度分布的相对光谱辐照度时，其测量范围应覆盖多结光伏器件光谱响应度的整个波长范围。在自然阳光下测量时，光谱辐照度的测量需与待测器件的电流-电压特性的测量同时进行。在模拟光源下测量时，也可以在测量电流-电压特性之前或之后测量光谱辐照度。在这种情况下，在不确定性分析时应考虑模拟光源的光谱辐照度的时间稳定性。对于脉冲太阳模拟器，不仅要考虑各个脉冲之间的重复性，还要考虑脉冲期间光谱辐照度的稳定性以及测试平面上光谱辐照度的空间均匀性。6.1.2光谱辐照度可调的太阳模拟器光谱辐照度可调的太阳模拟器是测量多结光伏器件的首选仪器。此类模拟器通常是多光源模拟器或配备可变的光学滤光片。在多光源模拟器中，多结光伏器件的每个子结至少对应一个光源，该光源主要在相应子结的波长响应范围内起作用。另外，对于光源数量较少的模拟器（包括单光源模拟器），可以通过在光源和被测器件之间放置合适的滤光片来改变光谱辐照度，也可以尝试通过改变单光源模拟器的功率来改变光谱辐照度。6.1.3具有固定光谱辐照度的太阳模拟器单光源太阳模拟器通常具有固定的光谱辐照度，但其总辐照度通常可以改变。然而，光谱辐照度分布可能随总辐照度的变化而变化；因此前者应在与电流-电压测量相同的条件下测量。此类模拟器只有在满足7.3要求的情况下才适用于多结光伏器件的测量。6.1.4自然阳光自然阳光提供有限范围的总辐照度和光谱辐照度。其变化取决于一天中不同时间或不同季节的大气质量和气象条件。然而，在实际测量中很难系统地利用这些变化。不过，在适当条件下，自然阳光的光谱辐照度分布与标准光谱辐照度分布非常接近。在满足7.3要求的情况下，自然阳光可适用于多结光伏器件的测量。6.2标准器件应根据以下三种可能性之一选择标准器件，且标准器件符合GB/T6495.2和IEC60904-4要求:a)n个标准子器件，每个标准子器件的光谱响应与被测n结光伏器件的相应子结匹配。当根据GB/T6495.7确定的光谱失配修正在±1%范围内时，光谱响应被认为是匹配的。当使用光谱辐照可调的模拟器时，应首选这种方案，因为这既方便了调整，又减少了光谱辐照度测量带来的不确定度。b)n个标准子器件，每个标准子器件的光谱响应与被测n结光伏器件的相应子结的光谱响应近似。当根据GB/T6495.7确定的光谱失配偏差在±5%范围内时，光谱响应被认为是近似的。当使用光谱辐照度可调的模拟器时，且没有匹配的标准器件（见a）时应首选这种方案。这种方法虽然方便，但由于需要确定额外光谱失配，测量不确定度会增加。c)在自然阳光下测量时，首选宽光谱响应波段（宽波段）标准器件（如晶体硅）。在这种情况下，光谱失配修正很小，可以足够精确的确定光谱辐照度，从而限制对测量不确定度的影响。虽然首选使用匹配的标准器件，但它们可能并不容易获得，特别是对于新的或刚出现的多结技术而标准子器件可由标准器件（如晶硅）通过添加适当的滤光片制成，使得组合后的光谱响应与多结器件的子结的响应相匹配。另外，这种标准子器件也可以采用与多结器件相同的技术，但其他子结无电气GB/TXXXX/IEC60904-1-1功能，或者每个子结由特殊的电气连接。无论如何，都必须考虑标准子器件的稳定性，并采用适当的处理和稳定方法。宽波段标准器件具有易于获得的优势，通常校准不确定度低于标准子器件。无论选择何种标准器件，都要对最终的结果进行详细的测量不确定度计算，需考虑标准器件的校准不确定度、标定值的漂移以及使用这些标准器件确定测量条件的不确定度。宽波段标准器件和标准子器件都是单结器件。使用多结标准器件(例如多结标准组件)是不可行的，因为不同的测量条件可能会产生相同的复合输出。因此，调整测量条件以获得这种多结标准器件的标定值并不能保证被测器件的测量条件正确。7测试条件7.1概论与单结光伏器件相比，多结光伏器件电流-电压特性的测量条件需要更多的关注，因为多结光伏器件的测量结果更容易受到测量条件偏离标准条件的影响。按下述方法计算的参数应符合规定的限制条件，即允许的测量条件。计算出的参数也应与第10章中所述的测量结果一起报告。选择正确的测量条件可以避免或减少对测量的电流-电压特性进行修正的幅度（见第9章）。在任何情况下，都需要对测量的不确定度进行详细分析。7.2参数应根据多结光伏器件中每个结的光谱响应测量值(方法见GB/T6495.8和GB/T6485.8.1)、标准器件的光谱响应度以及测试光谱和标准光谱计算以下参数:.有效辐照度与标准辐照度的匹配:式中：i——子结的序号；Zi——第i个子结的匹配因子；Gref——标准辐照度Gi,mesre——第i个标准器件测量的辐照度（在单个标准器件的情况下，这个值对每个子结都是相等）；MMi——根据GB/T6495.7计算的第i个子结相对于第i个标准器件在测试光谱和标准光谱分布下的失配因子。应计算所有子结的Z值。考虑到光谱失配，该值主要代表测量期间有效辐照度（GB/T6495.7）与标准光谱辐照度分布之间的匹配度。此外，以下参数可能是有用的，但它们的计算是可选的：.每个结中产生的电流：式中：i——第i个子结的电流；Ai——第i个子结的有效面积；SRi——绝对光谱响应度；G——光谱辐照度（标准辐照度Gref,实际测试时测量辐照度GmeasGB/TXXXX/IEC60904-1-1.限流结：jirmn=min(j:) .各子结间的电流平衡： （4）公式(2)中的计算一般需要绝对光谱响应度。不过，如果已知所有结的光谱响应度是在相同的相对尺度上，计算仍然是有意义的。7.3测量条件在测量电流-电压特性时，应满足以下条件:.各个结的匹配因子Zi都在1.00±0.03之内。偏离1越小，测量不确定度越小，测量可信度越高。因此，应以1.00±0.01的匹配为目标，但可能并非在所有情况下都能实现。此外，还应满足以下条件。确定这些条件是有用的，但并非强制性的。.测试光谱辐照度分布下的限流结与标准光谱辐照度分布下的限流结相同。.相对于标准光谱辐照度分布，在测试光谱辐照度分布下，所有子结组合之间的电流平衡的一致性在±5%以内，为了减少测量不确定度，需要更好的一致性。在任何情况下，都必须对额外偏差引起的测量不确定度进行分析。8电流-电压特性的测量8.1使用可调节的光谱辐照度进行测量当光谱辐照度可调时，通过调节太阳模拟器，使得其有效辐照度(见GB/T6495.7)等于被测器件中所有n个子结的标准辐照度，即满足7.3中对Zi的要求。最方便的方法是使用n个匹配的标准子器件。不过，这也可以使用宽波段标准器件，根据测试光谱辐照度分布计算Zi来实现。通常后者更难测量，会导致更大的测量不确定度。使用与n个子结的光谱响应近似的n个标准子器件，是以上两种方法的折中方案。在实际操作中，调节模拟器的光谱辐照度，直到所有结的匹配因子Zi均满足7.3的要求。一旦调节好光谱辐照度，就可以对多结器件进行电流-电压测量。此外，可选用不同的光谱重复测量，使得器件的每个子结依次成为限流结，这样电流-电压特性将主要反映限流结的性能。8.2使用固定光谱辐照度和自然阳光进行测量该测量方法与单结光伏器件的测量类似。对于在太阳模拟器下的测量，唯一可调整的是总辐照度(需考虑光谱辐照度的相关变化)。对于在自然阳光下的测量，可以选择合适的条件。在这两种情况下，只有在测量条件符合7.3的情况下，多结器件的电流-电压特性测量才是可接受9数据分析电流-电压特性的测量会因7.3中允许的测量条件范围而产生不确定度。在其他条件相同的情况下，越接近测量条件，测量不确定度越小。在已知限流结的情况下，可以通过将测得的电流-电压特性转换为限流结的标准辐照度（即修正Zi与1的偏差）来改进测量结果。GB/TXXXX/IEC60904-1-1当限流结未知时，除了以下情况外，其余情况下都不应进行修正。当所有Zi沿同一方向偏离1时（如两结光伏器件的Z1=1.02,Z2=1.03I-V曲线可以用平均值Z(本例中Z=1.025)进行修正，从而修正后的Z1=0.995,Z2=1.005。这样将减少最终结果的合成不确定度。不应对IV曲线进行温度修正。如果没有其他规定，则根据GB/T6495.4进行曲线转变换。所需参数应根据GB/T6495.4在实验条件下确定，实验条件应接近测量电流-电压特性时所用的条件（特别是保证限流结相同）。GB/T6495.4中描述的所有的转换方法均可使用。10报告测量完成后，测试机构应编制一份电流-电压测量的测试报告。每份证书或测试报告至少应包括GB/T6495.1所要求的信息。此外，还应包括以下内容(针对每个子结):.测试光谱辐照度与波长的关系(对所有子结都是唯一的)；.匹配因子Zi；.MMi；.每个标准器件的测量辐照度Gi,meas；.不确定度分析，考虑了被测器件的测量条件相对于标准条件的偏差。还宜包括以下可选内容:.在测试光谱和标准光谱下哪个结是限流结；.所有结的电流平衡Balij。GB/T参考文献[1]M.A.SteinerandJ.F.Geisz,"Non-linearluminescentcoupl