IEC 60904-22023 CMV 光伏器件.第2部分光伏参考器件的要求标准立项发展报告

IEC60904-2:2023CMV光伏器件第2部分：光伏参考器件的要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Photovoltaicdevices-Part2:Requirementsforphotovoltaicreferencedevices摘要随着全球能源转型加速推进，光伏产业已成为可再生能源领域的核心支柱产业，光伏器件测量准确性与溯源性的要求日益提升。光伏参考器件作为光伏性能测试的量值传递基准，其技术要求直接关系到光伏组件及电池片的功率标定准确度和产品质量评价的科学性。本报告围绕国际电工委员会（IEC）发布的IEC60904-2:2023CMV《光伏器件第2部分：光伏参考器件的要求》标准，系统阐述该标准的修订背景、技术演进脉络、核心修订内容及其产业影响。该标准替代了IEC60904-2:2015版本，在参考器件分类体系、光谱匹配度要求、温度系数测试方法以及不确定度评估框架等方面进行了全面技术升级。报告详细介绍了标准的主要技术参数变化，分析了其对光伏产业计量体系、组件功率标定和国际贸易互认的深远影响，并对标准参与编制单位及其技术贡献进行了阐述。展望未来，随着钙钛矿等新型光伏电池技术的产业化进程加速，光伏参考器件的技术规范将持续演进，以满足新兴技术对更高测量精度的需求。关键词：光伏参考器件；IEC60904-2；光谱响应；计量溯源性；太阳模拟器；不确定度评估；光伏器件测试Keywords:Photovoltaicreferencedevices;IEC60904-2;Spectralresponse;Metrologicaltraceability;Solarsimulator;Uncertaintyevaluation;Photovoltaicdevicetesting一、引言1.1标准修订背景在全球气候变化应对和碳中和目标的驱动下，光伏发电产业经历了前所未有的高速发展。根据国际可再生能源署（IRENA）的统计，截至2023年底，全球光伏累计装机容量已突破1400GW，光伏发电已成为全球新增发电装机的主体。在光伏产业链中，光伏器件的功率标定直接影响组件出厂功率的标注、电站系统设计与投资收益评估，因此建立准确、可靠、国际统一的光伏器件计量测试体系至关重要。光伏参考器件（PhotovoltaicReferenceDevice）是光伏量值传递体系的核心载体，其作用是将世界辐射基准（WRR）通过标准太阳电池传递至光伏组件生产线上的太阳模拟器，从而完成对被测组件功率的准确标定。参考器件的性能直接决定了整个量值传递链条的准确性，因此其设计、制备、标定和使用需要遵循严格的国际标准规范。1.2标准功能定位IEC60904-2是IEC60904系列标准（光伏器件测量与标定方法）中的关键组成部分。该系列标准构成了国际光伏计量体系的基石，其中IEC60904-2专门针对光伏参考器件的分类、技术要求和标定方法进行规范。2023年6月19日，IEC发布IEC60904-2:2023CMV（Commentary版本），对2015版标准进行了系统修订，以适应光伏产业技术升级和计量科学发展的双重需求。二、标准技术内容分析2.1标准的适用范围IEC60904-2:2023CMV适用于光伏参考器件的分类、技术要求及标定方法，涵盖以下核心范围：-基于单晶硅、多晶硅等晶硅材料制备的光伏参考器件；-基于其他光伏材料（如III-V族化合物、非晶硅、碲化镉等）制备的参考器件；-用于太阳模拟器辐照度校准和光谱失配修正的光伏参考器件；-参考器件在标准测试条件（STC）下的短路电流标定。2.2参考器件的分类体系根据2023版标准，参考器件依据其应用层级和技术特性分为以下类别：一级参考器件（PrimaryReferenceDevice）：由世界辐射基准（WRR）直接溯源的参考器件，通常由世界级计量机构（如世界辐射中心WRC、美国国家可再生能源实验室NREL等）进行标定。该类器件的标定不确定度通常在±1%以内（k=2）。二级参考器件（SecondaryReferenceDevice）：通过一级参考器件进行比较标定获得量值溯源的参考器件，广泛应用于光伏产业检测实验室和生产企业，其标定不确定度通常在±2%以内（k=2）。工作参考器件（WorkingReferenceDevice）：用于日常生产线监测和例行测试的参考器件，需定期通过二级参考器件进行校准或性能核查。2.3核心技术要求光谱响应与光谱匹配度：标准对参考器件的光谱响应范围、光谱选择性及与AM1.5标准光谱（IEC60904-3规定）的匹配度提出了明确要求。参考器件的光谱响应应尽可能与被测光伏器件相似，以减小光谱失配误差。短路电流标定：在标准测试条件下（辐照度1000W/m²，温度25°C，AM1.5光谱），参考器件的短路电流是核心标定参数。标准详细规定了标定程序、环境控制要求及不确定度评定方法。温度系数测试：参考器件的短路电流温度系数（α）和开路电压温度系数（β）直接影响不同温度条件下测量结果的修正准确性。新版标准对温度系数的测试方法提出了更精确的规定。稳定性和耐久性：参考器件需要具有良好的长期稳定性，在规定的使用周期内性能变化应控制在可接受的范围内。标准增加了对封装材料和结构耐久性的要求。2.4与上一版标准的主要技术变化IEC60904-2:2023CMV相较于2015版的主要技术变化包括：1.更新了参考器件分类指南，更清晰地区分了不同等级参考器件的应用场景和性能要求；2.修订了光谱失配修正因子的计算方法，引入了更精确的数值计算方法和不确定度传播公式；3.新增了对参考器件稳定性考核的要求，明确了周期性验证的方法和接受判据；4.统一了温度系数测试的温度范围设置，拓展了更低温度段的测试要求；5.更新了不确定度评估框架，与ISO/IEC98-3（测量不确定度表示指南，GUM）的最新修订保持协调一致；6.增加了新型光伏材料参考器件（如钙钛矿、有机光伏）的技术条款，为新兴技术预先构建计量规范框架。2.5CMV版本的特别说明本次发布的IEC60904-2:2023CMV为Commentary版本，即标准正文同时附带了技术委员会专家对各项技术条款的编写背景说明、技术依据和修订意图等详解内容。CMV版本的发布有助于各成员国和产业界更深入理解标准的技术内涵和适用场景，减少标准理解上的歧义，促进标准的统一实施。值得注意的是，CMV版本所附的解释性内容不属于正式标准条款，但在实际应用中具有重要的参考价值。三、技术背景与发展趋势3.1光伏计量体系的演进光伏器件的功率测量需通过完整的量值传递链实现国际溯源。世界辐射基准（WRR）保存在瑞士达沃斯世界辐射中心，通过国际比对活动将量值传递至各国的国家计量院，再通过参考器件逐级传递至产业端的测试设备和生产线。IEC60904-2在整个量值传递链条中扮演着承上启下的关键角色。近年来，随着光伏电池效率记录的不断刷新和新型电池技术的快速迭代，传统晶硅参考器件在面对高效异质结电池（HJT）、隧穿氧化层钝化接触电池（TOPCon）、钙钛矿电池等新技术时，光谱失配问题更加突出。新版标准针对这一技术挑战，提供了更精细的光谱失配修正技术方案。3.2国际光伏标准体系的协调发展IEC60904-2与IEC60904系列其他标准形成紧密的技术逻辑闭环。IEC60904-1规定了光伏器件电流-电压特性的测量方法；IEC60904-3规定了标准太阳光谱辐照度数据；IEC60904-4规定了标准太阳模拟器的技术要求；IEC60904-7规定了光伏器件测量中的光谱失配修正计算方法。IEC60904-2所规定的参考器件技术指标与上述标准中的相关参数要求形成了严格的逻辑一致性。此外，该标准与IEC61215（晶硅组件设计鉴定和定型）、IEC61730（光伏组件安全鉴定）等产品标准协同运作，为光伏组件性能评价提供计量基础保障。IECEE（IEC电工产品合格测试与认证体系）将IEC60904-2作为光伏产品检测实验室能力认可的重要依据标准。3.3技术发展趋势未来五年，光伏参考器件标准化的重点发展方向包括：-新型光伏电池的量值溯源体系建设：钙钛矿/硅叠层电池的功率标定方法需要建立新的参考器件规范框架；-户外发电量预测的精确化：参考器件的光谱响应向全光谱覆盖方向发展，以支持不同气候条件下的精确发电量模拟；-智能化和数字化计量：具备远程校准和数据传输功能的智能参考器件的发展，将推动光伏计量从离线检测向在线监测转型；-机器学习与大数据技术在光谱失配修正中的应用：利用多源数据融合实现更精准的光谱失配误差补偿。四、主要参编单位介绍4.1国际电工委员会太阳能光伏能源系统技术委员会（IECTC82）IEC60904-2:2023CMV由国际电工委员会太阳能光伏能源系统技术委员会（IECTC82）负责起草和修订。IECTC82成立于1982年，是IEC下属专门负责光伏能源系统领域标准制定的技术委员会，秘书处设在美国（由美国国家标准学会ANSI承担）。IECTC82的标准化范围涵盖地面用光伏器件、光伏组件、光伏系统及平衡部件等领域，目前已发布国际标准百余项，是全球光伏领域最具权威性的国际标准制定机构。IECTC82下设多个工作组（WG），其中WG2负责光伏器件测量技术标准的制定和维护，IEC60904系列标准即由WG2直接管理。WG2汇集了来自全球主要光伏计量实验室、国家计量院、光伏制造企业和第三方检测认证机构的顶尖专家。4.2中国参与单位与贡献在中国，全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（SAC/TC90）对口IECTC82，积极组织国内专家参与IEC60904-2的制修订工作。中国电子技术标准化研究院作为SAC/TC90的秘书处单位，联合中国计量科学研究院（NIM）、国检集团、隆基绿能、天合光能等产学研单位，深度参与了新版标准的讨论和修订，在光谱失配修正方法、参考器件长周期稳定性考核方案、温度系数测试流程优化等方面提出了多项技术建议并被采纳。中国计量科学研究院作为国家光伏计量基准的建立和保持单位，建有基于绝对辐射计的光伏量值复现装置，并持续参与国际光伏计量比对（PMP），确保中国光伏量值与国际基准的一致性。该院的参考器件标定能力已获得国际互认，为国内光伏产业提供了与国际接轨的计量服务。五、标准实施意义与产业影响5.1对光伏计量体系的价值IEC60904-2:2023CMV的实施将进一步提升全球光伏量值的一致性和可比性。通过明确的参考器件分类体系和标定要求，不同国家和地区的光伏测试实验室在参考器件使用方面具备更统一的技术依据，减少因技术标准理解差异导致的测量偏差。新版标准对不确定度评估的细化要求，有助于光伏产业建立更完整、可靠的质量控制体系。5.2对光伏组件产业的影响在光伏组件制造环节，参考器件是生产线太阳模拟器校准的核心工具。新版标准对参考器件光谱匹配度和温度系数测试的更严格要求，将促进组件功率标定的精准化，降低因标定偏差引起的功率判定风险和商业争议。高效电池技术（如TOPCon、HJT）对光谱失配更加敏感，新版标准提供的改进修正方法对这类产品的准确功率评价具有重要意义。5.3国际贸易与市场准入光伏产品的国际贸易量巨大，功率标定的准确性直接关联贸易公平性。IEC60904-2作为IECEE光伏认证体系的基础标准之一，对消除技术性贸易壁垒、促进光伏产品国际贸易便利化具有重要作用。新版标准发布后，各国光伏检测实验室将陆续完成方法转换和能力更新，进一步提升全球光伏产品测试结果的一致性和互认程度。六、结论与展望IEC60904-2:2023CMV的发布是国际光伏计量标准化进程中的重要里程碑。该标准在技术内容的深度和广度上均有显著提升，既回应了当前光伏产业对更精准、更可靠量值传递体系的迫切需求，也为未来新型光伏技术的计量需求预留了发展空间。从标准的具体技术改进来看，新版标准在参考器件分类体系上更加清晰，在光谱失配修正方法上更加科学，在不确定度评估框架上更加系统化。CMV版本的发布形式更是增强了标准的可理解性和可操作性，有利于推动全球范围内的协调实施。参考文献[1]IEC60904-2:2023CMV,Photovoltaicdevices-Part2:Requirementsforphotovoltaicreferencedevices,InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC60904-3:2019,Photovoltaicdevices-Part3:Measurementprinciplesforterrestrialphotovoltaic(PV)solardeviceswithreferencespectralirradiancedata,InternationalElectrotechnicalCommission,2019.[3]ISO/IEC98-3:2008,Uncertaintyofmeasurement-Part3:Guidetothe