IEC 61853 光伏组件性能测试系统(多通道IV测试系统)

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2011 年,国际电工委员会(IEC)发布了IEC 61853-1《光伏组件性能测试和能效评定第 1部分:辐照度和温度性能测量和功率评定》国际标准,该标准规定了在一定的辐照度和温度的范围内,以功率评定来衡量光伏组件性能的要求,以便在不同的辐照度和温度条件下,提供光伏组件的全套性能参数。


为了更加科学和全面地测量评价光伏组件性能,国际电工委员会制定了IEC 61853《光伏组件性能测试和能效评定》系列标准。IEC 61853 系列标准包括4 个部分:第1 部分《辐照度和温度性能测量和功率评定》,第2 部分《光谱响应、入射角和组件运行温度测量》,第3 部分《能效评定计算》,第4 部分《用于计算标准能效评定的时间周期和天气条件》。

 

2 IEC 61853-1概述
 

通过测量不同辐照度和温度下,光伏组件性能参数(短路电流、开路电压、最佳工作电压和最大功率)的值,可对光伏组件性能进行评价。虽然开路电压和最佳工作电压不用于光伏组件能效评定,但是对于光伏组件定型和系统设计是非常有用的参数。
 

IEC 61853-1 规定了在一定的辐照度(100W·m-2-1100 W·m-2)和温度(15℃-75℃)范围内,以功率评定来衡量光伏组件性能的要求。IEC61853-1 目的在于规定测试和评定系统,以确保光伏组件在一系列特定条件下以最大功率运行;并通过在不同辐照度和温度条件下,提供光伏组件的全套的性能参数,以便依据IEC61853-3(尚未发布)进行光伏组件能效评定。
 

3 评定条件和性能参数
 

通过不同辐照度和温度条件的组合,IEC61853-1 设定了功率评定的5 个典型条件,包括:标准测试条件(Standard Test Condition,STC)、电池标称工作温度( Nominal Operating CellTemperature,NOCT)、低辐照度条件(Low IrradianceCondition,LIC)、高温条件(High TemperatureCondition,HTC)和低温条件(Low TemperatureCondition,LTC)。各典型条件的详细规定见表1 所示,其中前3 个由IEC61215/IEC61646 确定。
 

光伏组件组需要在表2 规定的辐照度和组件温度组合下测量短路电流(Isc)、最大输出功率(Pmax)、开路电压(Voc)和最佳工作电压(Vmax)等参数,并通过数据处理,确定光伏组件在表1 规定的5 种典型功率评定条件下的性能。 

 

表1 功率评定条件概要(AM1.5, IEC60904-3)
 

表2 Isc, Voc,Pmax 和Vmax 与辐照度和温度对应表

 

4 测量方法及程序
 

为获得填写表2 所需的数据,IEC61853-1 规定了4种在相应温度和辐照度组合下测量光伏组件性能的方法,包括:1)简单法;2)自然光线下使用跟踪器法;3)自然光线下不使用跟踪器法;4)使用太阳模拟器法。
 

4.1 简单法
 

本方法仅适用于测量符合IEC60904-10 规定的线性组件。由于线性组件,其最大功率与辐照度、最大功率与温度相互独立,因此可按照以下步骤进行测量:
 

a 固定温度,在100 W·m-2到1100 W·m-2的范围内,改变辐照度测量Isc、Voc、Pmax、Vmax;
 

b 在两个固定辐照度下(一个在800 W·m-2到1000 W·m-2之间,另一个在100 W·m-2到300 W·m-2之间),改变温度测量Isc、Voc、Pmax、Vmax;
 

比较在两组辐照度下测定的Pmax和Voc的温度系数。若两个Voc的温度系数偏差在10%内,两个Pmax的温度系数偏差在15%内,则可根据b中测量的两个温度系数的平均值,计算出表2中其他条件下Isc、Voc、Pmax、Vmax数值。如果不是上述情况,则需要逐个测量,以获得表2所要求的数据。因为短路电流的温度系数数值较小,上述过程中未考虑其影响。
 

4.2 自然光线下使用跟踪器法
 

在自然光线下的测量需要在辐照度范围内进行。为了增加范围和提高数据准确性,至少要进行3天测量。
 

标准组件(符合IEC60904-2 规定)与被测组件共平面安装在双轴跟踪器,确保与直射光柱的夹角在±2°。测试需要在同一天内的数小时内尽快完成,以最小化光谱条件改变带来的影响。否则,需要进行光谱修正。
 

被测组件的温度需要在图1 所示的大致三个位置测量(确保每个位置均在一片电池后部),然后计算平均值。

 

图 1 在电池之后测量被测组件温度的位置图

 

记录被测组件的温度和I-V 曲线(至少测量Isc、Voc、Vmax和Pmax)、标准组件的温度和短路电流,如果标准组件与被测组件光谱不匹配,应使用光谱辐射计测量光谱辐照度。
 

如果测试变量是温度,通过控制器调整温度或在自然辐照水平下将组件交替暴晒和遮挡来调整组件温度,使其达到和保持所需的数值。也可对被测组件进行自然加热。
 

如果测试变量是辐照度,可以通过使用网孔密度均匀的过滤器或控制入射角,以便在不影响空间均匀性的条件下,减少被测样品上的辐照度至期望值。

 

4.3 自然光线下不使用跟踪器测量该方法通过长期监控被测组件室外性能,然后提取必要的数据导入表2。该方法无需使用跟踪器,但需要进行角度响应校正。

 

 

5.1 相应温度下的Isc、Voc、Vmax和Pmax插值
 

为了确定温度中间值所对应的Isc、Voc、Vmax和Pmax,可根据测量值进行线性插值回归。
 

5.2 相应辐照度下Isc插值
 

为了确定辐照度中间值所对应的Isc,可根据测量值进行线性插值回归。对于非线性组件,插值过程中使用的辐照度范围应尽可能小以减少误差。
 

5.3 相应辐照度下Voc和Vmax插值
 

为了确定辐照度中间值所对应的Voc或Vmax,数据应按照下式进行拟合,确定ν1和ν2,然后计算Voc或Vmax。

5.4 相应辐照度下Pmax的插值

为了确定辐照度中间值对应的Pmax,期望的辐照度范围(±30 %以内)附近的数据应被拟合为多项式以计算数据点之间任何的非线性。对于线性组件,如果测量的辐照度之间的差别不超过30%,在辐照度的中间值,可使用线性插值获得Pmax 。(见IEC60891:2009,修正程序3)

 

6 结语
 

IEC61853-1规定了更为细致和全面的光伏组件评价条件和内容,通过IEC61853-1的检测,将对光伏组件性能有更加深入的了解,也为光伏组件的实际应用提供了更为详细的参考数据。

 

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2020年7月9日 11:21
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