光伏电池 第3部分：双面光伏电池电流-电压特性的测量 征求意见稿

1GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022光伏电池第3部分：双面光伏电池电流-电压特性的测量本文件规定了晶体硅双面电池的电参数的测试流程，适用于实验室应用和量产线应用。除了IEC60904-1和更适用于双面光伏组件的IECTS60904-1-2中描述的要求外，本文件旨在用于独立未封装的双面电池的测量，明确对双面电池标片和太阳模拟器校准的具体要求，为双面电池测试方法提供指导与帮助。双面I-V特性包括双面电池在正面标准测试条件（STC）、背面STC及双面STC条件下的测试结果，可以用来评估双面率及双面电池在单面或双面辐照下的发电能力。本文件规定了晶体硅双面电池的单面和双面电参数的测试要求。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。IECTS61836太阳能光伏能源系统—术语,定义和符号（Solarphotovoltaicenergysystems-Terms,definitionsandsymbols）IEC60891光伏器件晶体硅光伏器件的I-V特性的温度和辐照度修正方法（ProceduresfortemperatureandirradiancecorrectionstomeasuredI-Vcharacteristicsofcrystallinesiliconphotovoltaic(PV)devices）IEC60904-1光伏器件第1部分：光伏电流-电压特性的测量（Photovoltaicdevices-Part1:Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics）IECTS60904-1-2光伏器件第1-2部分：双面光伏器件电参数的测试（Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofbifacialphotovoltaic(PV)devices）IEC60904-2光伏器件第2部分：标准太阳电池的要求（Photovoltaicdevices-Part2:Requirementsforphotovoltaicreferencedevices）IEC60904-4光伏器件第4部分：标准太阳器件-建立校准可追溯性的程序（Photovoltaicdevices-Part4:Photovoltaicreferencedevices-Proceduresforestablishingcalibrationtraceability）IEC60904-7光伏器件第7部分：光伏器件测量过程中引起的光谱失配误差的计算（Photovoltaicdevices-Part7:Computationofthespectralmismatchcorrectionformeasurementsofphotovoltaicdevices）IEC60904-9光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求（Photovoltaicdevices-Part9:Classificationofsolarsimulatorcharacteristics）IEC61215-1地面用光伏组件设计鉴定和定型（Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval）3术语和定义IECTS61836中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。标准中使用得ISO与IEC术语数据库参见如下地址：IEC电工百科：/ISO在线平台：/obp2GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:20223.1双面标准测试条件(BSTC)bifacialstandardtestcondition满足大气质量为AM1.5、测试环境温度为25℃、正面辐照度为1000W∙m−2及同时背面辐照度为135W∙m−2的测试条件。3.2低反射背景lowreflectionbackground低反射背景是指使用非反射材料或（和）设计来减少环境光或从测试环境反射的光对待测电池辐照度的影响。注：双面电池在STC条件下单面受光，且未受光面分别有遮挡和无遮挡时，如果短路电流差异小于0.3%，则认为背3.3双面率bifaciality双面电池的背面和正面I-V特性的比值。注1：双面率定义来源于IECTS6注3：短路电流双面率φIsc定义见公式（1）:φIsc=………其中，Iscf和Iscr分别表示正面、背面短路电流。注4：功率双面率φpmax定义见公式（2）:φpmax=…………………其中，pmaxf和pmaxr分别表示正面、背面STC下最大功率。3.4双面I-V特性bifacialI-Vcharacteristics双面电池在双面标准测试条件(BSTC)下的I-V特性。注2：主要的双面I-V特性包括双面短路电流IscBiFi，双面开路电压VOcBiFi，和双面最大功率pmaxBiFi。注3：双面I-V特性由直接测试或等效计算得到，可用来评估双面电池在双面3.5双面发电增益因子（BiFirel）bifacialpowergaincoefficient BSTC下最大功率pmaxBiFi，相对正面STC下最大功率pmaxf的增益。注：BiFirel定义见公式（3BiFirel=∙100%……4方法原理多数情况下，双面光伏组件在户外环境中工作在双面辐照的条件下。与单面光伏组件相比，双面光伏组件额外的功率增益来自于背面的辐照。为了有效评估双面电池的实际发电能力，双面I-V电特性必须按照IEC61215-1中第3.11章节的要求，在特定双面辐照度（BNPI）下测试，即正面辐照度Gf=1000W∙m−2,同时背面辐照度Gr=135W∙m−2。实际上，真实测试条件与标准测试条件存在允许范围内的偏差（温度和辐照度），这种情况下，必须根据IEC60891进行修正，并且考虑在不确定度的计算中。基于不同的设备配置，本标准提供了测试双面电池的三种方法。按照本标准中描述的步骤与要求，三种方法可得到一致的结果。a)双面同步光照法b)等效光照法3GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022c)顺序光照法双面同步光照法需要特定的设备为双面电池提供双面辐照。待测电池的单面和双面I-V特性可以在同一个测试位置，同一次探针接触，同一个测试周期中测试得到。可选的，用于单面电池测试的常规设备可采用等效光照法来测试双面电池，等效光强GE由电流双面率φIsc决定，见公式（4）。GE=1000+φIsc∙135W∙m−2………………（4）测试时间允许时（通常用于实验室应用），φIsc由待测电池自身在正面STC和背面STC下的I-V特性决定。测试时间有限时（通常用于量产线应用），φIsc可以由双面电池标片决定，并以代表所有待测电池。如果量产电池的φIsc分布相对双面电池标片在±3%以内，则这种方法产生的测试误差是可接受的。顺序光照法也可以采用常规设备进行，需要连续测试双面电池的正面和背面，并在过程中对电池片翻面。测试得到的正面STC、背面STC及（可选的）背面低辐照I-V特性可以用来计算双面I-V特性。计算步骤参见IEC60891中的描述。对叠层等多结双面电池，只能采用双面同步光照法并进行相应调整。4.1双面同步光照法将双面电池置于低辐射背景环境中，通过控制正面光源、背面光源在不同时间段的辐照强度和开启状态，完成双面电池在背面STC单面受光、正面和背面BSTC同时受光、正面STC单面受光下的I-V测试，分别得到背面I-V特性、双面I-V特性、正面I-V特性。对实验室应用，施加给双面电池的正面STC、背面STC和双面BSTC辐照可以独立，并以任意顺序进行。对注重生产时间的量产线应用，三个测试步骤通常集成到一个序列中。集成闪光条件的双面同步光照法的一个过程示例如图1。a)步骤1（t1-t2）：背面STC辐照下，测试背面STCI-V特性。b)步骤2（t3-t4）：双面BSTC辐照下，测试双面I-V特性。c)步骤3（t5-t6）：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性。图1具备集成闪光条件的双面同步光照法的一个过程示例在此情形下，由于使用双面同步光照法，需要对IEC60891中描述的辐照度修正作适用性变化，所作出的适用性变化描述在公式（5）和公式（6）中，给出了等效测试辐照度GE,meas，和BSTC下等效测试辐照度GE,BSTC的表达式，如：GE,meas=Gf+φIsc∙GrW∙m−2 GE,BSTC=1000+φIsc∙135W∙m−2 （6）4GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022G1=GE,meas与G2=GE,BSTC可以代入IEC60891的过程1和过程2中。按照IEC60904-1的描述，STC或BSTC条件下，允许最大10%的修正误差。对于BSTC条件，为充足体现背面辐照的贡献，背面辐照强度不能低于100W∙m−2。4.2等效光照法将双面电池置于低辐射背景环境中，通过控制正面光源在不同时间段的辐照强度和开启状态，完成双面电池在正面STC、背面STC以及正面等效辐照强度下的I-V特性测试。根据不同的设备配置和测试时间的限制，等效光照法可以用不同的方式进行。一个方式是，首先连续测试双面电池的正面STC、背面STC及等效双面I-V特性，然后根据每片电池的电流双面率φIsc计算等效光强GE。连续测试过程可以用同一个太阳模拟器进行，适用于实验室使用；也可以在两个联结的太阳模拟器的辐照下进行，适用于量产线使用。等效光照法的一个过程示例如图2。a)步骤1（t1-t2）：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性。b)步骤2（t3-t4）：背面STC辐照下，测试背面STCI-V特性。c)步骤3（t5-t6）：正面等效光强辐照下，测试等效双面I-V特性。图2具备连续闪光条件的等效光照法的一个过程示例另一个方式是，在一次接触和一次集成闪光的条件下，测试正面STC和双面I-V特性。电流双面率φIsc由双面电池标片决定，并用其代表所有待测电池。如果的量产电池的φIsc分布相对双面标准电池在±3%以内，这种方法产生的误差是可以接受的。等效光照法的一个过程示例如图3。a)步骤1（t1-t2）：背面等效光强辐照下，测试等效双面I-V特性。b)步骤2（t3-t4）：正面STC光照下，测试正面STCI-V特性。5GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022图3具备集成闪光条件的等效光照法的一个过程示例4.3顺序光照法将双面电池置于低辐射背景中，通过控制正面光源在不同时段的辐照强度和开启状态，完成双面电池在正面STC、背面STC和（可选的）背面135W.m−2条件下的I-V特性。最后，根据IEC60891附录中描述的理论模型计算双面I-V特性。顺序光照过程可以用同一个太阳模拟器进行，适用于实验室使用；也可以在两个联结的太阳模拟器的辐照下进行，适用于量产线使用。顺序光照法的一个过程示例展示在图4中。a)步骤1（t1-t2）：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性。b)步骤2（t3-t4）：背面STC辐照下，测试背面STCI-V特性c)步骤3（t5-t6，可选的）：背面135W.m−2辐照下，测试背面I-V特性d)步骤4：根据本标准附录中（基于IEC60891）描述的测量I-V特性的辐照度修正过程，计算双面I-V电特性。图4具备集成闪光条件的顺序光照法的一个过程示例6GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:20225测试设备除了IEC60904-1和IEC60904-9标准所规定的测试装置要求以外，本章节规定了双面打光装置的额外要求。5.1双面同步光照法用于双面同步光照法的太阳光模拟器系统，首先应满足IEC60904-9标准的要求，并且满足：a)给双面电池提供正面和背面同步光照，以及正面和背面单独光照的能力；b)正面辐照强度的最大值应大于1135W.m−2，背面辐照强度应在0-1000W.m−2的范围内可调节；c)提供低反射背景和孔径掩模，以确保电池一面受光时，非受光面接收的光小于3W.m−2。d)用于双面同步光照法的太阳模拟器系统的一个示例如图5。图5双面同步光照法模拟器示例，具备正、背面独立光源5.2等效光照法用于等效光照法的太阳光模拟器系统，首先应满足IEC60904-9标准的要求，并且满足：a)正面辐照强度的最大值应大于1135W.m−2；b)提供低反射背景和孔径掩模，以确保电池一面受光时，非受光面接收的光小于3W.m−2。用于等效光照法的太阳模拟器系统的一个示例如图6。图6等效光强法模拟器示例，具备强度可调的正面光源5.3顺序光照法用于顺序光照法的太阳模拟器系统，首先应满足IEC60904-9标准的要求，并且满足：7GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022a)提供低反射背景和孔径掩模，以确保电池一面受光时，非受光面接收的光小于3W.m−2。用于顺序光照法的双联太阳模拟器系统的一个示例如图7所示。图7顺序光照法的双联模拟器系统6测试步骤对于双面电池的I-V特性测试，对测试步骤的规定首先应符合IEC60904-1，IEC60904-2，IEC60904-4，IEC60904-9和IEC60891的要求。6.1双面同步光照法6.1.1校准要求通常，双面电池的正面和背面光谱响应不同，因此，有必要使用合适的双面电池标片分别校准太阳模拟器的正面和背面。对于外部实验室标定的双面电池标片，要求其至少具备在正面STC、背面STC、背面135W.m−2三个条件下标定的I-V特性。对于STC辐照下的正面和背面测试，双面电池标片与待测双面电池之间的光谱失配不应超过0.5%，否则，需要根据IEC60904-7的要求进行光谱失配修正。6.1.2测试步骤步骤1：采用双面电池标片在正面1000W.m−2辐照强度下的I-V特性，对正面光源进行校准。步骤2：采用双面电池标片在背面1000W.m−2和背面135W.m−2辐照强度下的I-V特性，分别对背面光源进行校准。步骤3：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,vocf）。步骤4：背面STC辐照下，测试背面STCI-V特性（pmaxr,Iscr,vocr）。步骤5：双面BSTC辐照下，测试双面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,vocBiFi）。步骤6：根据公式（3）计算双面发电增益因子BiFirel。根据太阳模拟系统的多种配置，测试步骤1和步骤2的次序可以任意调换，测试步骤3、步骤4和步骤5的次序也可以任意调换。6.2等效光照法6.2.1校准要求通常，双面电池的正面和背面光谱响应不同，因此，需使用合适的双面电池标片校准太阳模拟器。对于外部实验室标定的双面标准电池，应具备在正面STC和背面STC两个条件下标定的I-V特性。推荐具备第三个条件，即正面等效光强GE条件下的I-V特性。对三种测试条件，正面STC，背面STC和等效光强下，双面电池标片与待测双面电池之间的光谱失配不应超过0.5%，否则，需要根据IEC60904-7的要求进行光谱失配修正。6.2.2测试步骤步骤1：采用双面电池标片在正面1000W.m−2辐照强度下的I-V特性，对正面光源进行校准。8GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022步骤2：采用双面电池标片在正面等效光强GE下的I-V特性，对正面光源进行校准。步骤3：采用双面电池标片在背面1000W.m−2辐照强度下的I-V特性，对背面光源进行校准。背面1000W.m−2的设置点可能与正面1000W.m−2不同，这是由于双面标准电池的正面和背面的光谱响应不同。步骤4：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,VOcf）。步骤5：背面STC辐照下，测试背面STCI-V特性（pmaxr,Iscr,VOcr）。步骤6：根据步骤4和步骤5中的正面STC和背面STCI-V特性，计算φIsc和GE。可选的，若待测电池不具备背面辐照的I-V特性，则可以采用双面电池标片的GE完成下一步测试。。步骤7：等效光强GE下，测试等效双面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi）。步骤8：根据公式（3）计算双面发电增益因子BiFirel。根据太阳模拟系统的多种配置，测试步骤1、步骤2和步骤3的次序可以任意调换，测试步骤4和步骤5的次序也可以任意调换。6.3顺序光照法6.3.1校准要求通常，双面电池的正面和背面光谱响应不同，因此，需要使用合适的双面电池标片，分别校准太阳模拟器的正面测试和背面测试。当一个模拟系统被用于两种测试时，正面测试和背面测试的校准仍是必须的，如果没有校准，应按照IEC60904-7的要求进行光谱失配修正。对于外部实验室标定的双面标准电池，要求其至少具备在正面STC和背面STC两个条件下标定的I-V特性。当待测电池需要测试背面135W.m−2下I-V特性时，双面电池标片需要额外具备在背面135W.m−2条件下标定的I-V特性。对于STC辐照下的正面和背面测试，双面电池标片与待测双面电池之间的光谱失配不应超过0.5%，否则，需要根据IEC60904-7进的要求行光谱失配修正。6.3.2测试步骤步骤1：采用双面电池标片在正面1000W.m−2辐照强度下的I-V特性，对正面光源进行校准。步骤2：采用双面电池标片在背面1000W.m−2和（可选的）背面135W.m−2辐照强度下的I-V特性，对背面光源进行校准步骤3：正面STC辐照下，测试正面STCI-V特性（pmaxf,Iscf,VOcf）。步骤4：背面STC或（可选的）背面135W.m−2辐照下，测试背面I-V特性（pmaxr,Iscr,VOcr）。步骤5：参考附录推导出双面I-V曲线，计算双面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi）步骤6：根据公式（3）计算双面发电增益因子BiFirel。根据太阳模拟系统的多种配置，测试步骤1和步骤2的次序可以任意调换，测试步骤3和步骤4的次序也可以任意调换。7报告对于双面光伏器件，测试完成后，应当准备I-V测试报告。报告应包括IEC60904-1、IEC60904-2和IEC60904-4要求的信息，还应包括以下内容及不确定度的估计：a)校准信息，包括：标定电池标片的外部实验室名称、模拟器校准方法、校准溯源性等；b)双面率因子(φIsc,φVOc和φpmaxc)双面I-V特性（pmaxBiFi,IscBiFi,VOcBiFi,）及双面I-V特性的测试方法；d)双面发电增益因子BiFirel。9GB/TXXXX—202X/IEC63202-3:2022（资料性）顺序光照法附录A提供了顺序光照法中利用正面STC和背面STC，或利用正面STC、背面STC和背面135W∙m−2计算双面I-V特性的过程信息。A.1转变近似法（Shiftapproximation）。这个过程基于所有电压下电流叠加的原理，并假定二极管饱和电流不受光电流影响。公式（A.3）和公式（A.4）在IEC60891的过程1中给出。基于此，双面I-V特性可以由正面STC和背面STCI-V特性通过下列公式计算得到。Ib=If+0,135∙Iscr……（A.1）vb=vf−Rs∙(Ib−If)……（A.2）式中：Ib,vb——双面BSTCI-V特性曲线上点的坐标；If,vf——正面STCI-V特性曲线上点的坐标；Iscr——背面STC下的短路电流；Rs——待测电池的内部串联电阻。上述公式是基于IEC60891的过程1，在T1=T2的条件下，同时假设背面辐照对电流的贡献等于0,135∙Iscr。I2=I1+Isc1∙−1)+α∙(T2−T1)………………（A.3）v2=v1−Rs∙(I2