光伏器件 第10部分：線性特性測量方法（GB/T 6495.10-2012/IEC 60904-10:1998）

1范圍 　　GB/T 6495的本部分規(guī)定了以測試參數(shù)來確定光伏器件的任意參數(shù)的線性特性程序，主要供校準實驗室、組件生產(chǎn)廠家和系統(tǒng)設(shè)計者使用。 　　通過采用線性方程可以實現(xiàn)對光伏組件和系統(tǒng)特性的評價，也可實現(xiàn)從一組溫度、輻照度條件下的特性推算出另一組條件下的特性（見GB/T 6495.4和GB/T 18210)。本部分制定了確保線性方程得到滿意結(jié)果的線性特性要求和測試方法。這些要求限定了可以應(yīng)用該線性方程的溫度及輻照度的變化范圍。 　　本部分描述的測量方法適用于所有的光伏器件，且可以推廣應(yīng)用于在同樣技術(shù)下的樣品或可比較器件上。其應(yīng)在線性器件所需的全部測試和修正程序之前使用。本部分所用的方法與GB/T 6495.4中確定的線性函數(shù)類似，此線性（直線）函數(shù)是采用最小二乘擬合計算法擬合一組數(shù)據(jù)點得到的。來自這一函數(shù)的數(shù)據(jù)變化也可以計算出來，并將線性度的偏差用允許的變化百分比來表示。 　　當滿足下述所關(guān)注的溫度與輻照度范圍條件時，才考慮一個光伏器件的線性特性。典型的最小溫度范圍在25℃一60℃，最小輻照度范圍在700W·m-2一1000W·m-2。 　　a)對于相對于輻照度變化的短路電流曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.02; 　　b)對于相對于輻照度對數(shù)變化的開路電壓曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.05; 　　c)對于相對于溫度變化的開路電壓和短路電流曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.1; 　　d)在特定電壓下的一定波長范圍的相對光譜響應(yīng)變化小于5%。 　　注1：許多IEC光伏標準要求光譜失配修正，進行光譜響應(yīng)測量。因此，相對于溫度和輻照度的光譜響應(yīng)的線性特性是很重要的。這對一些新技術(shù)如光化學電池有重要意義。 　　注2：因為一些器件如非晶硅太陽電池的相對光譜響應(yīng)隨電壓變化較大，所以確定在偏置電壓下的線性特性是很重要的。電壓值的選擇由最終用法決定。如果所關(guān)注的方面是最大功率狀況，可以選取Vmax；如果是為了校正，（采用）零偏置電壓更為合適。 　　注3：應(yīng)注意一些器件的相對光譜響應(yīng)是隨溫度和輻照度變化的。這些效應(yīng)中的一些如a)和c)項那樣的變化，可以按短路電流非線性考慮，而另一些卻不可以。d)項情況下，需要按（短路電流）非線性考慮。 　　對這些和其他性能參數(shù)，確定它們的線性特性的通用程序在第4章一第6章中。 　　2規(guī)范性引用文件 　　下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）適用于本文件。 　　GB/T 6495.2-1996光伏器件第2部分：標準太陽電池的要求（idt IEC 60904-2:1989) 　　GB/T 6495.3-1996光伏器件第3部分：地面用光伏器件的測量原理及標準光譜輻照度數(shù)據(jù)(idt IEC 60904-3:1989) 　　GB/T 6495.4-1996晶體硅光伏器件的I-V實測特性的溫度和輻照度修正方法（idt IEC 60891:1987) 　　GB/T 6495.7-2006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算GB/T 6495.10-2012/IEC 60904-10:1998(IEC 60904-7:1998,IDT) 　　GB/T 6495.8-2002光伏器件第8部分：光伏器件光譜響應(yīng)的側(cè)量（IEC 60904-8:1998,IDT) 　　GB/T 6495.9-2006光伏器件第9部分：太陽模擬器性能要求（IEC 60904-9:1995,IDT) 　　GB/T 18210-2000晶體硅光伏（PV）方陣I-V特性的現(xiàn)場測量（IEC 61829:1995,IDT) 　　GB/T 18911-2002地面用薄膜光伏組件設(shè)計鑒定和定型(IEC 61646 :1996 ,IDT) 　　SJ/T 11209-1999光伏器件第6部分：標準太陽電池組件的要求（IEC 60904-6 :1994,IDT) 　　IEC 61215:1993地面用晶體硅光伏（PV）組件設(shè)計鑒定和定型(Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules-Design qualification and type approval) 　　3儀器 　　3.1測試儀器 　　用以下儀器控制和側(cè)量側(cè)試環(huán)境： 　　a)一個測試用的光源（自然光或與GB/T 6495.9要求一致的B級或優(yōu)于B級的太陽模擬器）。 　　b)任意的可在所關(guān)注的范圍內(nèi)改變輻照度的儀器，且不影響相對光譜輻射度分布和空間均勻性，如減光網(wǎng)或中性濾光鏡。 　　注：用于改變輻照度的設(shè)備和程序需經(jīng)過輻射計驗證。相對光譜輻射度分布的改變影響標準電池的短路電流變化不超過0.5%（見GB/T 6495.7和GB/T 6495.8)。公認減光網(wǎng)是應(yīng)用于大面積光照最好的手段。 　　c)一個已知短路電流與輻照度特性的關(guān)系的標準電池，這一關(guān)系需依照IEC相關(guān)標準利用絕對輻射計校準。 　　d）在一定范圍內(nèi)改變被試樣品溫度所需的儀器。 　　e)一種可控制被測樣品和標準電池溫度的方法，或移動的遮光物。 　　f)一個合適的用來擺放被測樣品和標準電池的固定架，使之在同一平面且與輻照光線垂直。 　　g）一種監(jiān)測被側(cè)樣品和標準電池溫度的方法，其精確度在±1℃，可重復(fù)性在±0.5℃。 　　3.2被側(cè)樣品的儀器 　　為了完成各性能參數(shù)的線性側(cè)定，可能需要一個或一個以上的下述儀器： 　　a)用于測量被側(cè)樣品和標準電池電流的設(shè)備，其準確度在±0.2%。 　　b)用于側(cè)量被側(cè)樣品和標準電池電壓的設(shè)備，其準確度在±0.2%。 　　c)用于依照GB/T 6495.7側(cè)量被測樣品（或一個等同于被測樣品）相對光譜響應(yīng)的設(shè)備，其準確度在±2%。 　　注：GB/T 6495.7提供了在側(cè)試光伏器件過程中引人的光譜失配誤差的計算，GB/T 6495.8為光譜響應(yīng)側(cè)量提供指導。 　　4電流和電壓線性側(cè)量程序 　　可采用以下兩個程序來進行短路電流和開路電壓與輻照度和溫度的線性關(guān)系側(cè)試。 　　4.1在自然光下的側(cè)試程序 　　4.1.1在自然光下的側(cè)量應(yīng)當滿足下列條件： 　　——整個輻照度至少達到側(cè)量范圍的上限； 　　——當標準電池側(cè)量時因短暫波動（云、霧、煙）引起的輻照度變化小于整個輻照度的±2%; 　　——風速小于2m·s-1。 　　4.1.2將標準電池與被測樣品放置于同一平面，使平面與太陽光線垂直，角度誤差小于±10，并連接必要的測試儀器。 　　注：以下項目測量時盡量在同一天的幾個小時內(nèi)，以減少光譜變化的影響。否則，需要光譜的修正。 　　4.1.3如果被測樣品和標準電池設(shè)置了溫度控制，則調(diào)整在期望水平上。如果沒有使用溫度控制，則要遮蔽被測樣品，并讓它周圍大氣溫度穩(wěn)定在±1℃內(nèi)。在程序開始前標準電池的平衡溫度同樣應(yīng)穩(wěn)定在±1℃內(nèi)。 　　4.1.4移開遮擋物（如果使用）并立刻同時讀取測試參數(shù)X,測試被測樣品性能參數(shù)Y，及標準電池的溫度和短路電流。 　　4.1.6如果變化的參量是輻照度，在不影響空間均勻性及光譜輻射分布的條件下，按比例系數(shù)Ki減小被測樣品的輻照度，可以采用以下方法： 　　a)校準的均勻減光網(wǎng)。在進行操作時標準電池應(yīng)保持不被減光網(wǎng)遮蓋，確保隨時測得輻照度。此時，Ki是減光網(wǎng)的校準參數(shù)（光透射率）。 　　b)非校準的均勻減光網(wǎng)法。在測試時，標準電池也應(yīng)被減光網(wǎng)遮蓋。此時，Ki是標準電池短路電流（ISc）與其校準值（In）的比值。 　　C)控制人射角法。標準電池也應(yīng)與被測樣品有一樣的反射性能，且與被測樣品放于同一平面，誤差小于±10。在此情況下，Ki是標準電池短路電流（Ix)與其校準值（Im)的比值。 　　注：減光網(wǎng)的最大網(wǎng)孔應(yīng)小于標準電池和被測樣品的最小尺寸的1%，否則由于放置位置將產(chǎn)生誤差。 　　4.1.8如果變化的參量是溫度，可以采用調(diào)節(jié)控制器或交替曝光和遮蓋被測樣品的方法，來獲得或保持期望的溫度。重復(fù)4.1.4的數(shù)據(jù)采集程序，讓被測樣品自然升溫。 　　4.1.9在數(shù)據(jù)采集過程中，確保被測樣品和標準電池溫度的穩(wěn)定，保持溫度變化小于±1℃；通過標準電池測量的輻照度保持變化在±2％內(nèi)。 　　4.1.10重復(fù)步驟4.1.4-4.1.9，在測量范圍內(nèi)所選的測試參量應(yīng)至少包含4個近似等值增量。且在每個測試條件下至少測三次。 　　4.2在太陽模擬器下的測試程序 　　注：發(fā)散燈如敘燈不能用于直接帶隙電池的測量。當溫度變化導致帶隙變化時，它可以通過該燈光譜的各種發(fā)散射線光譜并引起大的性能漂移。這種影響需通過光譜失配修正或運用合適的遮光器降低到最小。 　　4.2.1將被測樣品與標準電池放置在模擬器的同一平面，且該平面法線與光束中心線平行，夾角小于±2°。連接其他需要的測試設(shè)備。 　　4.2.2如果被測樣品和標準電池安裝有溫度控制器，將其設(shè)置到期望值。如沒有安裝溫度控制器，則允許被測樣品和標準電池穩(wěn)定在室溫，并小于±1℃。 　　4.2.3通過測到的標準電池的電流（Isc)和其在STC下的校準值（Isc)，設(shè)置光譜輻照度在測試平面達到所測量范圍的上限。 　　4.2.4進行測試并同時讀取測試參數(shù)（Xi)、被測樣品裝置參數(shù)（Yi）和以及標準電池的溫度和短路電流。 　　4.2.6如果變化的參量是輻照度，在不影響空間均勻性及光譜輻射分布的條件下，按比例系數(shù)Ki減小被測樣品的輻照度，可以采用以下方法： 　　a)增加測試平臺與光源之間的距離。標準電池與被測樣品在同一平臺，Ki是標準電池的短路電流（Isc）與其校準值（Irc）的比值。 　　b)運用光學透鏡。在此情況下，Ki是標準電池的短路電流（ISc）與其校準值（Irc）的比值。注意確保透鏡對在被測樣品和標準電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)的相對光譜輻照度沒有明顯的改變。 　　c)控制人射角法。光源與被測樣品間的距離應(yīng)該足夠大，限定在傾斜面內(nèi)輻照度變化小于或等于0.5%。輻射光應(yīng)是平行光，標準電池也應(yīng)與被測樣品有一樣的反射性能，且與被測樣品放于同一平面。在此情況下，Ki是標準電池短路電流（Isc)與其校準值（Irc)的比值。 　　d）校準的均勻減光網(wǎng)法。在進行操作時標準電池應(yīng)保持不被減光網(wǎng)遮擋，確保隨時測得輻照度。此時，Ki是減光網(wǎng)的校準參數(shù)（光透射率）。 　　e)非校準的均勻減光網(wǎng)法。在測試時，標準電池也被減光網(wǎng)遮擋。此時，Ki是標準電池短路電流（Isc）與其校準值（Irc）的比值。 　　注：減光網(wǎng)的最大網(wǎng)孔應(yīng)小于標準電池和被側(cè)樣品的最小尺寸的I%，否則由于放置位置將產(chǎn)生誤差。 　　4.2.8如果變化的參量是溫度，則通過適當?shù)姆椒ㄕ{(diào)整（見GB/T 9535-1998的10.4和GB/T 18911)。 　　4.2.9在數(shù)據(jù)采集過程中，確保被測樣品和標準電池溫度的穩(wěn)定，保持溫度變化小于±1℃。 　　4.2.10重復(fù)步驟4.2.4-4.2.9，在測量范圍內(nèi)所選的測試參量應(yīng)至少包含4個近似等值增量。且在每個測試條件下至少測三次。 　　5光譜晌應(yīng)線性特性測試程序 　　光伏器件的相對光譜響應(yīng)是利用其光譜響應(yīng)范圍的一系列不同波長的窄帶光源照射，測量其短路電流密度和在每一個波長下的輻照度而測得的。進行相對光譜響應(yīng)側(cè)量按GB/T 6495.7。 　　5.1特別考慮事項 　　5.1.1前提條件 　　——在測量非晶硅光伏器件的光譜響應(yīng)以前，被側(cè)器件應(yīng)按光老煉測試程序（見GB/T 18911)進行老煉處理（如果適用）； 　　——其他種類的光伏器件也應(yīng)根據(jù)其相應(yīng)標準滿足其不同的前提條件。 　　5.1.2本程序適用于測量整個被測樣品。否則應(yīng)采用結(jié)構(gòu)和材料相同的小樣品。 　　注：太陽電池的光譜響應(yīng)變化與其封裝有關(guān)。因此，如果不能側(cè)試整個樣品組件的光譜響應(yīng)，那么可以通過側(cè)試同樣封裝方式的太陽電池得到。 　　5.1.3電壓影響相對光譜響應(yīng)，需給出以下定義，它們將在報告結(jié)果時使用： 　　——帶負載光譜響應(yīng)（Svλ）：在特定負載電壓及單位輻照度（A·W-1）下，電流密度與波長的函數(shù)關(guān)系。 　　——帶負載相對光譜響應(yīng)（K1·Svλ)：帶負載光譜響應(yīng)與單位波長的最大光譜響應(yīng)的歸一化： 　　光譜響應(yīng)測量應(yīng)在加電壓條件下進行，該電壓應(yīng)滿足光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)的使用要求。該電壓值應(yīng)隨光譜響應(yīng)的數(shù)據(jù)一同給出。 　　5.2一般程序 　　5.2.1設(shè)定被測樣品的偏置電壓達到希望值，并保持電壓的波動幅度在V.的±3％以內(nèi)。 　　5.2.2設(shè)置被測樣品溫度于一個測試值，并保持溫度變化在±1℃內(nèi)。 　　5.2.3光譜響應(yīng)測量應(yīng)在白色偏置光下進行，其光譜與GB/T 6495.3標準中的AM1.5的相對光譜分布接近。設(shè)置白色背景光源的輻照度為測試值，并保持其變化幅度小于±1%。 　　5.2.4在規(guī)定的波長區(qū)間內(nèi)測量相對光譜響應(yīng)。在此條件下（見GB/T 6495.7和GB/T 6495.8)，至少測量對應(yīng)該波長值的相對光譜響應(yīng)三次。 　　5.2.5取一新的輻照度值并重復(fù)步驟5.2.3-5.2.4。在關(guān)注的范圍內(nèi)所選的測試參量應(yīng)至少包含4個近似等值增量。 　　5.2.6取一個新的溫度值并重復(fù)步驟5.2.2-5.2.5。在關(guān)注的范圍內(nèi)所選的測試參量應(yīng)至少包含4個近似等值增量。 　　5.2.7如果需要，這一程序可在其測試電壓下重復(fù)進行。 　　6線性特性計算 　　除測試的參數(shù)外，在測試過程中，要確保其他任何可變參數(shù)保持恒定。溫度或輻照度變化較小，可以運用GB/T 6495.4在規(guī)定的條件下進行分析修正。此方法隨著線性關(guān)系的建立及更多精確修正系數(shù)的確定，需要不斷重復(fù)、更新。 　　6.1線性特性斜率的計算 　　對如開路電壓與溫度或短路電流與輻照度的特性關(guān)系，計算其線性關(guān)系采用以下方法。 　　6.1.1采用最小二乘法計算測試參數(shù)的平均值和得到最佳直線擬合的特性。 　　6.1.2根據(jù)獨立數(shù)據(jù)點相對最佳擬合直線的差計算直線斜率的變化。 　　6.1.3根據(jù)最佳擬合直線的斜率m和斜率標準偏差pj，可得歸一化斜率標準偏差： 　　6.2光譜晌應(yīng)線性特性的側(cè)量 　　在固定的偏置電壓下，相對于溫度（或輻照度）條件下的被側(cè)樣品的相對光譜響應(yīng)線性特性的計算采用以下方法。 　　6.2.5對于每個波長間隔重復(fù)步驟6.2.1-6.2.4, 　　a)對于每一個固定溫度（輻照度作為變量）； 　　b）對于每一個固定輻照度（溫度作為變量）。 　　6.2.6對于其他偏置電壓，重復(fù)步驟6.2.1-6.2.5. 　　6.3線性特性要求 　　當一個光伏器件按線性特性應(yīng)用時，應(yīng)給出溫度、輻照度、電壓或其他必要條件的應(yīng)用范圍。界定非線性（變化）的條件是： 　　a)對于相對于輻照度變化的短路電流曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.02。 　　b）對于相對于輻照度對數(shù)變化的開路電壓曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.05。 　　c)對于相對于溫度變化的開路電壓和短路電流曲線，歸一化斜率標準偏差（σs/m）小于0.1。 　　d)在特定電壓下的一定波長范圍的相對光譜響應(yīng)變化小于5%。