ISO 9845-12022 太阳能.不同接收条件下地面的基准太阳光谱辐照度.第1部分空气质量1.5的直接垂直和半球太阳辐照度标准立项发展报告

太阳能不同接收条件下地面的基准太阳光谱辐照度第1部分：空气质量1.5的直接垂直和半球太阳辐照度标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SolarEnergy—ReferenceSolarSpectralIrradianceattheGroundatDifferentReceivingConditions—Part1:DirectNormalandHemisphericalSolarIrradianceforAirMass1.5摘要随着全球能源结构向清洁低碳加速转型，太阳能光伏发电与光热利用技术的精细化设计与性能评估对高精度太阳辐照度数据的需求日益迫切。太阳光谱辐照度作为太阳资源评估、光伏器件标定、建筑节能设计及大气遥感等领域的基础输入参数，其基准数据的准确性与可比性直接关系到相关产业的技术进步和国际竞争力。国际标准化组织（ISO）发布的ISO9845-1:2022《太阳能不同接收条件下地面的基准太阳光谱辐照度第1部分：空气质量1.5的直接垂直和半球太阳辐照度》，作为太阳能领域一项重要的基础性技术标准，规定了空气质量1.5条件下直接垂直辐照度和半球辐照度的基准光谱数据及其适用条件。本标准对于统一全球太阳能利用领域的光谱数据基准、规范光伏组件标定流程及支持太阳能资源精细化评估具有重要意义。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术演进历程、核心内容框架、主要技术指标及其与现行法规政策及上下游标准的衔接关系，深入分析了标准实施对产业技术发展和国际贸易的潜在影响，并对标准的未来修订方向和应用拓展提出了展望与建议。关键词：太阳光谱辐照度；空气质量1.5；直接垂直辐照度；半球辐照度；标准演进；光伏标定；太阳能资源评估Keywords:Solarspectralirradiance;Airmass1.5;Directnormalirradiance;Hemisphericalirradiance;Standardevolution;PVcalibration;Solarresourceassessment1引言1.1研究背景太阳能作为一种储量丰富、分布广泛的清洁能源，已成为全球能源转型战略的核心组成部分。据国际能源署（IEA）统计数据，全球光伏累计装机容量已突破1.2太瓦，光热发电亦在多个国家和地区规模化部署。在此背景下，太阳能资源的高精度评估与光伏器件性能的准确标定愈发受到重视。太阳光谱辐照度是指太阳辐射在各波长上的能量分布，其数值受大气成分（水汽、臭氧、气溶胶等）、太阳高度角（空气质量）及接收条件（直接辐射或半球辐射）等因素的综合影响。在光伏组件性能测试、太阳能电池量子效率测量、聚光型太阳能系统设计以及建筑采光与节能计算中，均需采用统一的光谱基准数据作为参照。若无统一基准，各实验室与生产厂商之间的测试结果将缺乏可比性，进而影响产品质量认证与国际贸易。国际标准化组织（ISO）于1992年首次发布ISO9845-1标准（对应国内等同采用标准GB/T17683.1），为全球太阳能利用行业提供了空气质量1.5条件下基准太阳光谱辐照度的统一参照。2022年，ISO对该标准进行了系统性修订，发布了现行版本ISO9845-1:2022，进一步细化了光谱数据的适用范围、技术条件和规范性要求。1.2标准基本信息本标准由国际标准化组织（ISO）下设的太阳能技术委员会负责制定与维护，标准编号为ISO9845-1:2022，现行有效。标准全称为《太阳能不同接收条件下地面的基准太阳光谱辐照度第1部分：空气质量1.5的直接垂直和半球太阳辐照度》（*Solarenergy—Referencesolarspectralirradianceatthegroundatdifferentreceivingconditions—Part1:Directnormalandhemisphericalsolarirradianceforairmass1.5*），分类号为太阳能工程，发布日期为2022年8月12日。标准语言为英语，以电子版加密PDF格式发行，售价541.0元人民币。2标准的立项背景与必要性2.1产业发展的现实需求在全球碳中和目标驱动下，太阳能光伏产业呈现爆发式增长态势。光伏组件的功率标定、效率测试与长期可靠性评估均依赖于精确的光谱辐照度基准数据。当前，行业内广泛采用的标准测试条件（STC）即以空气质量1.5的光谱分布为基础，辐照度为1000W/m²，电池温度为25°C。ISO9845-1:2022所规定的光谱基准数据是STC的核心组成部分，对光伏组件的出厂标定、第三方检测认证及电站设计选型均具有基础性支撑作用。在光热发电领域，聚光型太阳能热发电系统（CSP）的光学设计与集热器效率计算同样需要准确的直接法向辐照度（DNI）光谱数据。本标准中规定的直接垂直辐照度光谱分布，可为塔式、槽式及碟式光热系统的镜场设计与光学仿真提供基准输入。2.2技术进步的推动随着光谱测量技术的进步，太阳光谱辐照度的测试精度和波长分辨率在近三十年间有了显著的改善。现代光谱仪可在250nm至2500nm的波长范围内实现纳米级分辨率的快速扫描测量，这为基准光谱数据的精细化更新提供了技术可能。同时，大气辐射传输模型（如SMARTS、MODTRAN等）的发展，使得基于理论计算获得不同大气条件下的太阳光谱分布成为可能，为标准的修订提供了科学支撑。2.3国际标准协调的需要太阳能利用领域的国际标准体系涵盖了资源评估、器件测试、系统集成及安全规范等多个维度。ISO9845-1:2022与IEC60904-3（光伏器件测试用标准光谱辐照度数据）、ISO9059（太阳能集热器测试方法）及ISO52022（建筑构件太阳光学特性计算方法）等标准之间存在紧密的引用与衔接关系。随着IEC60904-3于2019年完成修订更新，ISO9845-1也需要相应调整以保持国际标准体系的内在一致性。3标准技术演进历程3.1历史沿革ISO9845-1标准的历史可追溯至20世纪80年代末。1989年，ISO/TC180（太阳能技术委员会）启动了基准太阳光谱辐照度国际标准的编制工作，旨在为全球太阳能利用领域提供一套统一、权威的光谱基准数据。1992年，ISO9845-1:1992正式发布，首次以国际标准形式规定了空气质量1.5条件下的直接垂直和半球太阳光谱辐照度分布数据。该标准参考了美国材料与试验协会（ASTM）的E891和E892标准光谱数据，并在此基础上进行了适当的调整和完善。我国于1999年等同采用该标准，发布了国家标准GB/T17683.1-1999《太阳能在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准第1部分：大气质量1.5的直接法向和半球太阳辐照度》，在我国太阳能资源评估与光伏器件测试领域广泛应用。3.22022年修订的核心变化ISO9845-1:2022作为该标准的第二版，在1992年版基础上进行了系统性技术修订。主要变化包括：-更新了光谱数据的引用来源，采用了基于现代辐射传输模型的最新计算结果；-扩展了光谱数据的波长覆盖范围，提高了波长分辨率精度；-增加了对光谱数据适用条件的详细说明，明确了大气参数（如气溶胶光学厚度、可降水汽含量等）的参考值；-对标准的规范性引用文件进行了更新，与IEC60904-3:2019等最新版本标准保持衔接；-完善了术语定义和符号体系，增强了标准的可读性和可操作性。4标准主要内容4.1范围与适用条件ISO9845-1:2022规定了空气质量1.5（AM1.5）条件下，地面接收到的直接垂直太阳光谱辐照度和半球太阳光谱辐照度的基准数据。标准的适用范围包括但不限于：-太阳能光伏器件的光谱响应测试与功率标定；-太阳能集热器的光学效率测定与热性能测试；-建筑采光设计与建筑能耗模拟中的太阳辐射参数输入；-大气科学领域中的辐射传输计算与遥感反演研究。标准所规定的基准光谱数据对应的参考大气条件为：大气质量1.5（对应太阳天顶角48.19°）、大气可降水汽含量1.42cm、气溶胶光学厚度0.084（在500nm波长处）、臭氧层等效厚度0.34atm-cm。这些条件与IEC60904-3规定的标准光谱条件保持一致。4.2基准光谱数据本标准的正文内容主要包括以下规范性技术内容：-直接垂直辐照度光谱数据表：规定了在250nm至2500nm波长范围内，以规定波长间隔给出的直接法向太阳光谱辐照度数值（单位：W·m⁻²·nm⁻¹）；-半球辐照度光谱数据表：规定了相同波长范围内，水平面接收的半球（即太阳直接辐射与天空散射辐射之和）光谱辐照度数值；-积分辐照度汇总：给出了直接垂直辐照度和半球辐照度的积分值（即总辐照度），其中直接垂直辐照度积分值为900W/m²，半球辐照度积分值为1000W/m²（该条件即为光伏标准测试条件）；-光谱数据的图形表示：以光谱曲线图形式直观展示不同波长下的辐照度分布特征。标准规定的光谱数据覆盖了太阳光谱的主要能量区间，包括紫外波段（250–400nm）、可见光波段（400–700nm）和近红外波段（700–2500nm），可满足光伏、光热、建筑及大气科学等多个领域的应用需求。4.3标准的结构体系ISO9845-1:2022作为系列标准的第1部分，与其后续部分共同构成了不同接收条件下的完整基准光谱辐照度标准体系。该标准采用了ISO标准的标准结构框架，包括：范围、规范性引用文件、术语和定义、符号和缩写、基准光谱辐照度数据、附录等基本章节。5与相关政策法规及其他标准的协调性5.1与国内政策法规的衔接我国《可再生能源法》《太阳能发电发展"十四五"规划》等政策法规均明确支持太阳能资源的科学评估和高效利用。国家标准GB/T17683.1-1999的修订工作已在推进中，旨在与ISO9845-1:2022保持技术一致性。ISO9845-1:2022所确立的基准光谱数据体系，对我国太阳能资源评估国家标准的完善、光伏产业检测认证体系的建设具有直接参考价值。5.2与国际标准体系的协调ISO9845-1:2022与以下国际标准具有重要的技术关联：-IEC60904-3:2019：光伏器件测试用标准光谱辐照度数据。该标准采用与ISO9845-1一致的AM1.5光谱基准，两者在数据来源和数值上保持一致；-ISO9059：太阳能集热器测试方法标准，在集热器效率测定中需引用本标准规定的光谱基准；-ISO52022：建筑构件太阳光学特性计算标准，在建筑能耗模拟中需采用本标准规定的光谱数据；-ISO21348：空间环境（自然和人工）太阳辐照度测定方法标准，与本研究所在的数据测量方法层面存在互补关系。6标准实施的意义与影响6.1对光伏产业的影响ISO9845-1:2022为光伏组件的标准功率标定提供了科学的基础数据支撑。标准规定的AM1.5半球辐照度光谱分布（积分值1000W/m²）是光伏组件标准测试条件的基础。其修订更新确保了光伏组件标定的准确性和国际可比性，有利于消除贸易技术壁垒，促进光伏产品的国际流通和互认。同时，精确的光谱数据对于新型光伏材料（如钙钛矿太阳能电池、叠层电池等）的光谱匹配分析与效率优化也具有重要价值。6.2对太阳能光热利用的推动在光热发电系统中，直接法向辐照度（DNI）光谱数据的准确性直接影响聚光集热系统的光学效率计算和年发电量预测。本标准提供的直接垂直辐照度光谱基准，可用于聚光器的反射光谱匹配设计、吸收器涂层的光谱选择性优化以及系统热性能的仿真验证。6.3对建筑节能与大气科学的支撑在建筑节能领域，半球太阳辐照度光谱数据是建筑外窗太阳得热系数（SHGC）计算、遮阳系统光学性能评估以及自然采光设计的重要输入参数。在大气科学领域，AM1.5基准光谱数据可用于气溶胶光学厚度反演算法的验证、大气辐射传输模型的校准以及卫星遥感产品的真实性检验。7主要起草单位介绍本标准的制定和维护工作由国际标准化组织太阳能技术委员会（ISO/TC180）归口管理，具体由SC1“气候—资源评估”分技术委员会负责技术起草工作。在标准修订过程中，来自美国国家可再生能源实验室（NREL）、德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）、日本产业技术综合研究所（AIST）等多个国际权威研究机构的专家深度参与了光谱数据的论证、验证和完善工作。其中，美国国家可再生能源实验室（NREL）作为全球领先的可再生能源研究机构，在太阳光谱基准数据的建立和维护方面拥有数十年的技术积累。NREL的科学家团队参与了ASTME891/E892标准光谱数据的研究工作，为ISO9845-1的首版发布提供了基础数据支持。在2022年版标准的修订中，NREL持续提供了基于SMARTS大气辐射传输模型的最新计算结果和实验验证数据，为标准的技术升级做出了重要贡献。NREL在太阳光谱测量领域拥有世界一流的光谱辐射度标定设施和长期太阳辐射观测网络，其研究成果为标准的科学性和权威性提供了有力保障。8结论与展望ISO9845-1:2022作为太阳能领域一项基础性和通用性兼备的国际标准，其发布实施为全球太阳能资源的科学评估和高效利用提供了统一的光谱数据基准。标准规定的AM1.5条件下直接垂直和半球太阳光谱辐照度数据，在光伏器件标定、光热系统设计、建筑节能计算及大气科学研究等多个领域发挥着不可替代的基础支撑作用。展望未来，随着高精度光谱测量技术的持续进步和大气辐射传输模型的不断精细化，太阳光谱基准数据有望在波长分辨率、大气条件覆盖范围及数据精度等方面进一步完善。同时，随着光伏新材料、新器件（如钙钛矿/晶硅叠层电池）的快速发展，针对不同光谱响应特性的测试需求也在不断增加，未来标准的修订可将不同光谱条件下的性能换算方法纳入考量。此外，在人工智能与大数据技术快速发展的背景下，基于机器学习的光谱数据插值与预测方法也有望在未来标准中发挥更大作用。ISO9845-1标准的持续更新与完善，将为全球太阳能产业的健康可持续发展提供更加坚实的技术支撑。参考文献[1]ISO9845-1:2022,Solarenergy—Referencesolarspectralirradianceatthegroundatdifferentreceivingconditions—Part1:Directnormalandhemisphericalsolarirradianceforairmass1.5.Geneva:I