《2020双面发电光伏组件电参数测试方法 第2部分：公式法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020双面发电光伏组件电参数测试方法 第2部分：公式法.docx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、提供PDF版双面发电光伏组件电参数测试方法第 2 部分：公式法双面发电光伏组件电参数测试方法 第 2 部分：公式法1 范围T/CPIA 0019的本部分规定了模拟太阳光下，双面发电光伏组件电参数公式测试方法的术语和定义、方法原理、测试条件、试验样品、测试步骤、数据处理和报告等。本部分适用于双面发电光伏组件电参数的室内测试。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是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。IEC 60891 光伏器件 - 测试IV特性的温度和辐照度修正方法（Photovoltaic d
2、evices - Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics）IEC 60904-1 光伏器件 第 1 部分：光伏电流-电压特性的测量（Photovoltaic devicespart1： Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics）IEC 60904-2 光伏器件 第2 部分 标准光伏器件要求（ Photovoltaic devices Part 2: Requirements for ph
3、otovoltaic reference devices）IEC 60904-4 光伏器件 第4部分 光伏校准溯源链的建立（Photovoltaic devices - Part 4: Photovoltaic reference devices - Procedures for establishing calibration traceability）IEC 60904-9 光伏器件 第9部分：太阳模拟器性能要求（Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements）IEC 61215-1 地面用光伏
4、( PV ) 组件 设计鉴定和定型 第1 部分: 试验要求（ Terrestrial photovoltaic（PV）modules Design qualification and type approval - Part 1：Test requirement）IEC/TS 61836 太阳光伏能源系统 术语、定义和符号（Solar photovoltaic energy systems-Terms, definitions and symbols）3 术语和定义IEC/TS 61836界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1双面发电光伏组件 bifacial PV module正面和背
5、面都能将光能转换为电能的光伏组件。3.2正面 front side同等测试条件下，光伏组件中功率相对较高的一面。3.3背面 rear side同等测试条件下，光伏组件中功率相对较低的一面。113.4双面标准测试条件 bifacial standard test condition (BSTC)满足大气质量为AM1.5、测试环境温度为25、正面辐照度为1000W/m2及背面辐照度为100W/m2的测试条件。4 方法原理在标准测试条件下，用非反射背景材料先后遮挡双面发电光伏组件正面和背面，测试双面发电光伏 组件背面和正面短路电流值，将所测背面和正面短路电流比值与反射系数进行乘积得到双面发电光伏组
6、件电流增益率，使用双面发电光伏组件电流增益率等参数并结合半导体物理学原理对双面发电光伏组件 的正面电参数进行修正，最终得到双面发电光伏组件的双面电参数。双面发电光伏组件测试等效电路图 如图1所示。说明：图1 双面发电光伏组件测试等效电路图Iph 双面发电光伏组件正面光生电流； Iph双面发电光伏组件背面光生电流； J0 双面发电光伏组件暗饱和电流； Rsh 双面发电光伏组件并联电阻；Rs 双面发电光伏组件串联电阻。双面发电光伏组件电流增益率按公式（1）进行计算：IscR = a Iscrear (1)front式中：R 双面发电光伏组件电流增益率； 反射系数，与组件运行条件有关，包括地理位置、
7、光照条件、地面/水面条件、组件安装方式和角度、时间/季节等。本标准根据适合于双面发电光伏组件应用的双面标准测试条件， 实验室模拟测试及实证数据，统一取值0.1；Iscrear 双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（A）；Iscfront 双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（A）。5 测试条件5.1 测试设备要求5.1.1 太阳模拟器用于测量组件的太阳模拟器，要求最高辐照度不小于1000W/m2，同时满足IEC 60904-9中规定的AAA级要求，有效光照面积大于组件面积。5.1.2 标准器件满足IEC 60904-2和IEC 60904-4规定的标准组件的要求。5.1.3 非反射背景
8、材料在组件光谱响应波长范围内反射率不大于7%，非反射背景材料的两面要一致。5.1.4 测试平台包括测试支架或轨道，使测试样品与双面发电标准光伏组件在与中心入射光线方向垂直的相同平面。5.1.5 温度测试仪用于测试组件温度，要求精度1，重复性0.5。5.2 测试环境条件温度为（252）；相对湿度为不大于75。6 试验样品双面发电光伏组件试验样品无IEC 61215-1中规定的外观缺陷。7 测试步骤7.1 将双面发电光伏组件正面朝向光源放置在太阳模拟器测试支架或轨道上（见图 2）与标准器件校准测试放置位置保持一致，确保组件背面及支架与双面发电光伏组件接触边缘部分用非反射背景材料完 全覆盖。图2 双
9、面发电组件测试示意图7.2 按照 IEC 60904-1 进行 I-V 测试，记录测量值。如在非标准条件下测试数值，则根据 IEC 60891的相关规定，将实测电流-电压特性修正到 STC 条件。7.3 记录双面发电光伏组件正面开路电压Voc front 、双面发电光伏组件正面短路电流 Isc front 、双面发电光伏组件正面填充因子 FFfront 、双面发电光伏组件正面最大功率点电流 Imfront 、双面发电光伏组件正面最大功率点电压Vmfront 、双面发电光伏组件正面最大功率Pmaxfront。7.4 如图 2 所示，将选定的双面发电光伏组件背面朝向光源放置在太阳模拟器测试支架或轨
10、道上，与正面测试放置位置保持一致，确保组件正面及支架与双面发电光伏组件接触边缘部分用非反射背景材料 完全覆盖。7.5 重复步骤 7.2 的测试，记录双面发电光伏组件背面短路电流Iscrear。8 数据处理8.1 双面发电光伏组件开路电压Voc BiFi 按照公式（2）进行计算：Voc BiFi= Voc front+ b. (2)式中：Voc front 双面发电光伏组件正面开路电压，单位为伏特（ V）；b 电压修正值。电压修正值按照公式（3）进行计算：()b = NkT ln 1 + a(3)Aq式中：N 双面发电光伏组件等效串联电池片数；k 玻尔兹曼常数，单位为焦耳每开（J/K）；T 温度
11、，单位为开尔文（K）；A 光伏组件理想因子，推荐取值1.2；q 电子电荷，单位为库仑（C）。8.2 双面发电光伏组件短路电流 Isc BiFi 按照公式（4）进行计算：IscBiFi= Isc front(1 +R)(4)式中：Isc front 双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培 ( A )。8.3 双面发电光伏组件最大功率点电压VmBiFi 按照公式（5）进行计算：VmBiFi= Vmfront+ -RNrs Imfront(5)式中：Vm front双面发电光伏组件正面最大功率点电压，单位为伏特（ V）；Nrs Im front STC条件下双面发电光伏组件等效串联电阻，单位为欧姆
12、（）；双面发电光伏组件正面最大功率点电流，单位为安培（ A ）。8.4 双面发电光伏组件最大功率点电流 ImBiFi 按照公式（6）进行计算：ImBiFi= Im front(1 +R)(6)8.5 双面发电光伏组件填充因子 FFBiFi 按照公式（7）进行计算：FF=Vm front+ -RNrs Imfront Imfront (1 +R). (7)BiFiVocfront+ Iscfront(1 + R)8.6 双面发电光伏组件最大功率 PmaxBiFi 按照公式（8）进行计算：Pmax= Voc Isc FF.(8)BiFiBiFiBiFiBiFi8.7 以上电参数的推导过程参见附录
13、A。9 报告报告应至少包含以下内容：a) 样品规格型号、编号；b) 测试仪器名称和型号；c) 测试所用辐照度；d) 双面发电光伏组件正面测试项目及测试结果，测试结果至少包含双面发电光伏组件正面最大功率（ Pmax front ）、正面短路电流（Iscfront ）、正面开路电压（Vocfront）、正面最大功率点电流（Imfront）、正面最大功率点电压（Vmfront）、正面填充因子（ FFfront）；e) 双面发电光伏组件测试项目及测试结果，测试结果至少包含双面发电光伏组件最大功率（ PmaxBiFi ）、双面发电光伏组件电流增益率（R）、双面发电光伏组件短路电流（ IscBiFi ）、
14、双面发电光伏组件开路电压（ Voc BiFi ）、双面发电光伏组件最大功率点电流（ ImBiFi ）、双面发电光伏组件最大功率点电压（VmBiFi ）、双面发电光伏组件填充因子（ FFBiFi ）；f) 本标准编号；g) 测量单位名称、地址和测量者；h) 测试日期。A.1 开路电压Voc BiFi附录 A（资料性附录） 电参数的推导双面发电光伏组件开路电压Voc BiFi 公式推导过程如下：由半导体物理学原理，光伏组件开路电压计算公式按公式 A.1 计算：V算： = Nln 6p 6ptND （A.1）Ani2其中，V算： 光伏组件开路电压，单位为伏特（V）；N双面发电光伏组件等效串联电池片数
15、； 玻尔兹曼常数，单位为焦耳每开（J/K）；温度，单位为开尔文（K）；A 光伏组件理想因子； q=1.610-19C. 电子电荷，单位为库仑（C）；6p 光伏组件非平衡空穴浓度；ND 施主浓度；ni 本征载流子浓度。则双面发电光伏组件正面、背面的开路电压理论计算公式分别按公式 A.2 和 A.3 计算：V算：= Nln 6pft算nt 6pft算nttND （A.2）ft算ntAni2V算：ttht = Nln 6pttht 6ptthttND （A.3）Ani2其中，V算：ft算nt 双面发电光伏组件正面开路电压，单位为伏特（V）； V算：ttht双面发电光伏组件背面开路电压，单位为伏特（V
16、） 6pft算nt 双面发电光伏组件正面非平衡空穴浓度6pttht 双面发电光伏组件背面非平衡空穴浓度。则有，双面发电组件正背面开路电压计算关系式 A.4:V算： V算：= Nln 6pft算nt 6pft算nttND （A.4）ft算nttthtA6pttht 6ptthttND其中，双面发电光伏组件正面、背面的非平衡空穴浓度相同 A.5，即6pft算nt = 6pttht（A.5）由此可得，双面发电组件正背面开路电压相等，如 A.6 计算所示：V算：ft算nt V算：ttht = t即，V算：ft算nt = V算：ttht （A.6）另，由半导体物理学原理可知，短路电流与开路电压关系如 A
17、.7 所示：其中，I示： ItAV算：= t N （A.7）I示： 光伏组件短路电流，单位为安培（ A ）；It 双面发电光伏组件反向饱和电流，单位为安培（ A ）。则双面发电光伏组件正面、背面的短路电流理论计算公式 A.8 和 A。9 分别为，I示：ft算ntAV算：ft算nt其中，Itft算ntI示：ttht Itttht= tN （A.8）AV算：ttht= t N （A.9）I示：front Itft算ntItft算nt 双面发电光伏组件正面反向饱和电流，单位为安培（ A ）； Itttht 双面发电光伏组件背面反向饱和电流，单位为安培（ A ）。综上可得，双面发电组件开路电压计算公式
18、如 A.10 计算：AV算：ft算nt = Nlnt （A.10）将双面发电光伏组件的开路电压对辐照强度进行求导可以得到开路电压和辐照强度的关系，即&V算：Bihi = Nlnt I示：frontItft算nt= N ( )&V算：BihiA= V算：ft算nt&Attht t ShSht N ln Attht即，最终得到双面发电组件开路电压与单面组件开路电压和背面光强计算公式 A.11：AV算：Bihi = V算：ft算nt t N ln t = V算：ft算nt t （A.11）其中，V算：Bihi 双面发电光伏组件开路电压，单位为伏特（V）；ttht 双面发电光伏组件背面辐照强度，单位为
19、瓦每平方米（W/m2）；Sh双面发电光伏组件标准测试条件辐照强度，单位为瓦每平方米（W/m2）；反射系数，取 = ttht。与组件运行条件有关，包括地理位置、光照条件、地面/水面条件、Sh组件安装方式和角度、时间/季节等；修正因子，取 = N ln t 。AA.2 短路电流 Isc BiFi双面发电光伏组件短路电流 Isc BiFi 公式推导过程如下：从宏观角度分别计算双面发电组件正背面整体光学反射和吸收情况，推导出双面发电组件正背面短 路电流计算方程 A.12 和 A.13：I示：= I示：t 6 ft算nt = I示： t httht Rttht ttht（A.12）ft算ntShft算n
20、tShft算nthft算nt Rft算nt ShI示：= I示：t 6 ttht = I示： t hft算nt Rft算nt ft算nt (A.13)tthtShtthtSh6 = ttththttht Rttht S h从微观角度采用黑体辐射吸收理论计算双双面发电组件正背面短路电流 A.14, A.15,和 A.16：I示：= t f h kW dj （kW）（A.14）BihiI示：sG= t f hy Rdj kW（A.15）ft算ntsG ft 算 ntft算ntyI示：= t f h Rdj （kW）（A.16）tthtsG tthttthty为简化计算过程，按照等式 A.17 引入
21、 BiFi, 得到双面系数进一步表达方程 A.17:Bihi = I示：ttht = httht Rttht （A.17）I示：ft算nthft算nt Rft算nt将上述方程 A.12 和 A13 分别代入方程,A13, A14, A15 和 A16 中，结合 BiFi 等式 A.17，推导出下列公式A.18：I示：Bihi = I示：ft算nt t ttht Bihi I示：ft算nt （A.18）Sh即：双面发电组件短路电流与单面电路电流计算公式 A.19：I示：Bihi = I示：ft算nt t Bihi = I示：ft算nt（ t R） （A.19）其中：I示：Bihi双面发电光伏组件
22、短路电流，单位为安培（A）；I示：ft算nt双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（A）；I示：ttht双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（A）；I示：Shft算nt STC 测试条件下双面发电光伏组件正面短路电流，单位为安培（A）；I示：Shttht STC 测试条件下双面发电光伏组件背面短路电流，单位为安培（A）；ft算nt双面发电光伏组件正面辐照强度，单位为瓦每平方米（W/m2）；hft算nt 双面发电光伏组件正面吸收因子； httht双面发电光伏组件背面吸收因子； Rft算nt 双面发电光伏组件正面反射系数； Rttht双面发电光伏组件背面反射系数；k约化普朗克常数，单位为焦耳
23、秒（Js）；kW光子能量，约化普朗克常数乘以圆频率，单位为焦耳秒（Js）；jy单位波长光谱能量密度；Bihi双面发电光伏组件双面性系数；R双面发电光伏组件双面发电增益率，取 R = BiFi。A.3 最大功率点电压VmBiFi双面发电光伏组件最大功率点电压VmBiFi 公式推导过程如下：由半导体物理学原理和功率最大点特性 A.20,可知双面发电组件电参数关系式 A.21：dP/dV=0（A.20）pttP = V I = V I Ittp A(VINtS) （A.21）N其中：P 双面发电光伏组件功率，单位为瓦特（ W ）； V 双面发电光伏组件电压，单位为伏特（ V ）； I 双面发电光伏组
24、件电流，单位为安培（ A ）；Ipt 双面发电光伏组件光生电流，单位为安培（ A ）；Nrs STC 条件下双面发电光伏组件等效串联电阻，单位为欧姆（ ）。采用边界条件 A.20, 对 A.21 方程进行微分处理，可得电压与电流关系式 A.22：N =2VV算：（A.22）A I示： tln (I)其中，I示：II示：V 双面发电光伏组件最大功率点电压，单位为伏特（ V ）；I 双面发电光伏组件最大功率点电流，单位为安培（ A ）。综上可得，光伏组件最大点电压和最大点电流关系式 A.23 和 A.24：Nln I VtV算：SNt = AI示：I即，IIShOhV= Vt Nln A（A.23
25、） I（A.24）将双面发电光伏组件的最大功率点电压对辐照强度进行求导可以得到最大功率点电压和辐照强度 的关系 A.25,A.26 和 A.27，即&V = N NtS &I ttht（A.25）&AttthttthtShSh&ShV= Vt Nln t ttht I示：ttht Nt示I（A.26）Bihift算ntAShI示：ft算ntft算nt即，双面发电组件最大点电压最终表达式 A.27:VBihi = Vft算nt t RNt示Ift算nt（A.27）其中：Ift算nt 双面发电光伏组件正面最大功率点电流功率，单位为安培（A）。A.4 最大功率点电流 ImBiFi双面发电光伏组件最大
26、功率点电流 ImBiFi 公式推导过程如下：由半导体物理学原理和功率最大点特性，在 A.23 基础上类似推导出最大点电流计算方程 A.28：，IpttIt AVt AVI= NkT NkT（A.28）将双面发电光伏组件的最大功率点电流对辐照强度进行求导可以得到最大功率点电流和辐照强度 的关系 A.29，即&I&其中，AV tAVt( t AV) &(I示：AV)t(tAV)= NNkT &（A.29）NkTNNkT则，进一步简化 A.29 得到 A.30:&I = &I 示 ： = t（A.30）&Sh综上可得，双面发电光伏组件最大点电流与单面最大点电流与光强关系式 A.31 和 A.32:I
27、Bihi = Ift算nt t ttht Bihi Ift算nt（A.31）Sh即，IBihi = Ift算nt（ t R）（A.32）A.5 填充因子 FFBiFi双面发电光伏组件填充因子 FFBiFi ，根据半导体物理意义方程 A.33，将 A.26, A.32, A.11 和 A.19 代入 A.33 后得到双面发电光伏组件填充因子方程 A.34：Bihihh= V BihiI Bihi V算：BihiI示：Bihi（A.33）其中：hhBihi= Vft算nttRNt示Ift算nt Ift算nt tR V算：ft算nttI示：ft算nt tR（A.34）hhBihi 双面发电光伏组件填充因子。A.6 最大功率 Pmax BiFi双面发电光伏组件最大功率 Pmax BiFi ，其计算过程如公式 A.35：PhtBihi = V算：Bihi I示：Bihi FFBiFi（A.35）