标准解读:光伏标准IEC 60904-5最新修订稿

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近年来光伏市场大规模生产双面PERC电池,现行的IEC 60904-5:2011无法满足测定双面组件等效电池结温值(以下简称“ECT值”)的需求。因此,需要针对双面组件ECT值的测试方法进行修订,目前该修改稿已经处于CD稿阶段。

在2020年IEC/TC82 WG2秋季会议中,专家对IEC 60904-5 修改稿的内容进行了详细阐述,更新了等效电池结温(ECT)的计算公式,细化了双面组件辐照度的测量和计算方法。

IEC 60904-5标准修订目的:

IEC 60904-5规定了采用开路电压测定光伏器件(包括光伏电池、光伏组件和由同一种类型光伏组件构成的光伏方阵)的等效电池结温(ECT)的方法。采用温度传感器测定光伏器件电池温度时,会出现两个主要问题:1. 光伏器件内温度分布不均匀;2. 温度传感器不能直接与光伏电池接触,只能附在组件的背板上,所测温度会受到封装材料和背板材料热导率的影响。

目前,开路电压法是被广泛接受的测定ECT值的方法。近年来光伏市场大规模生产双面组件,现行的IEC 60904-5:2011已无法满足测定双面组件ECT值的需求。作为双面组件,通过相关模拟软件计算,每4%的背板辐照度与前板辐照度之比(Gr/Gf)的增长, NMOT就有0.3°C的温度增长。当双面组件的背板辐照度约200 W/m2时,将会有1到1.5°C的 NMOT的温度增长。因此,修订的IEC 60904-5更新了ECT计算公式(参考IEC 60891 2020 CDV稿),确定了B1,B2值,并细化了双面组件辐照度测量方法,最终解决双面组件的ECT计算问题,提高了测试方法的精确度,具体内容如下所述。

IEC 60904-5修订内容:

1.  更新等效电池结温(ECT)计算公式

辐照度修正因子B1、B2代替二极管热电压α。具体变化见以下公式:

B1:与开路电压有关的辐照度修正因子,它与p-n结的二极管热电压D和被测器件串联的电池数目ns有关。

B2:辐照度修正因子,与辐照度和开路电压的非线性部分有关。

专家在会议中介绍,经过6年时间,共7家实验室对B1、B2修正因子的测试,证明该辐照度修正因子可以很好地适用于各种光伏电池。被测器件包括单面Al-BSF多晶硅电池、单面PECR单晶硅电池、双面PECR单晶硅电池、单面PECR多晶硅电池、双面PECR多晶硅电池和单面HJT电池,其中HJT电池的B1值较小。所有光伏电池的B2值较为分散。但是对于双面组件,不同技术路线的电池以及不同实验室的比对测试结果表明,B1、B2值都有很好的一致性。

公式中其他参数的解释:

βrel:相对开路电压温度系数。对于双面组件,开路电压温度系数仅测定前板。

VOC1:STC条件下的开路电压。STC条件:GSTC=1000W/m2;TSTC=25℃。

VOC2:辐照度为G2,温度为T2下的开路电压。

2.  细化双面组件辐照度测量方法

专家在会议中介绍了有2种方法可以获得双面组件的辐照度,从而用于ECT值的计算。

      方法1使用一种低反射率的黑色材料使双面组件的背板辐照度与前板辐照度之比(Gr/Gf)低于1%,然后逐步记录被测器件的开路电压VOC2和辐照度G2。

      方法2 测试前板的辐照度Gfi,和背板至少5个点的平均辐照度Gri,然后通过以下公式得出等效辐照度。然后记录被测器件的开路电压VOC2和辐照度Gf2和平均辐照度Gr2。

      其中是双面系数,为STC条件下组件的背面、正面分别测试得到的电性能参数的比值,分为以下3个双面系数:短路电流双面系数Isc;开路电压双面系数Voc;最大功率双面系数Pmax。本公式中取短路电流双面系数Isc和最大功率双面系数Pmax中的较小值。

      方法1更偏向于确定组件的NOCT/NMOT测试,方法2更适合于修正I-V特性至STC条件。

      在本次WG2秋季会议中,专家主要对方法1进行了详细的介绍,阐述了有a和b两种方式,使方法1中Gr/Gf尽可能小:

a.在地面上铺一层黑色的布,对应M-2;

b.将双面组件的背板用黑布盖住,对应M-1。

      通过上图我们可知,方式a得到的Gr/Gf为4.1%,不能满足低于1%的要求,但是可以保证组件背板表面空气流通,电池结温测量不受较大影响;方式b得到的Gr/Gf为0.3%,可以满足低于1%的要求,但由于组件背板表面空气流动性较差,使得电池结温测量受到了一定的影响。

      Tcal为通过本文等效电池结温(ECT)计算公式得到的ECT值,Tmea为在组件内部内置热电偶测量得到的电池结温(Tmea)(可以理解为Tmea是电池结温的真值),通过对M-1(方法1b)和M-2(方法1a)两种方式计算的ECT值与Tmea进行比较,计算平均偏差MBE和均方根误差RMSE,可以看出M-1(方法1b)计算所得ECT值误差更小。同时,通过上述验证试验得到的分析数据(单面组件与双面组件的MBE,RMSE值)表明,证明新修订的电池结温计算公式(参考IEC 60891 2020 CDV稿)可以很好地满足单面组件和双面组件的ECT值计算。

      除了遮挡方式会影响ECT值的测量误差外,辐照度和光致衰减造成的开路电压变化也会影响ECT的准确度。

      现行标准IEC 60904-5:2011中规定,在测定ECT值时需满足辐照度大于200W/m2的要求。专家在会议上更新了双面组件的辐照度测试条件。通过上述最新的验证试验数据可以看出,当前板的辐照度大于400W/m2时,ECT的计算值准确度会更高。

      经过户外暴晒试验后,在STC条件下光伏组件的开路电压会有0.3%的变化,该变化对于ECT值计算的不确定度有较大影响。

      看到这里的现场光伏电站检测的小伙伴们,如何利用这些知识点,提升修正到STC条件下单面/双面组件最大功率的测量精度呢?

IEC 60904-5 修改稿的会议讨论

      最后,专家表示项目组将继续收集双面组件试验的测试数据,并考虑在去除黑布的情况下,进行测定双面组件ECT值的试验。在介绍了该修改稿的内容后,很多专家都对此标准表示了浓厚的兴趣。专家也接受了后续开展室内模拟试验的建议。

2021年3月10日 17:23
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