IEC 60904-22023 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

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摘要光伏产业作为全球可再生能源体系的核心支柱，其器件性能的准确评价与量值溯源高度依赖于参考器件的可靠性和计量特性。IEC60904-2作为国际电工委员会光伏器件标准体系中的基础性组成部分，规定了光伏参考器件的分类、技术要求、校准方法和使用规范，是连接实验室测试与户外实际应用的关键计量节点。本报告围绕IEC60904-2:2023《光伏器件第2部分：光伏参考器件的要求》展开系统阐述，首先介绍了该标准的立项背景与修订动因，分析了光伏产业快速发展对参考器件在光谱匹配度、稳定性、线性度等方面提出的新要求；其次，报告梳理了标准的主要技术内容，包括参考器件的分类体系、性能指标、校准溯源性要求及使用维护规范，并重点分析了2023年版相较于前一版本的重要技术变更；再次，报告对该标准的国内外应用现状进行了评述，分析了其对我国光伏产业标准化工作的借鉴意义；最后，报告介绍了参与标准制修订的相关单位，并对标准未来发展方向进行了展望。本报告旨在为标准使用者提供全面的技术解读，同时为相关标准化工作者提供立项参考和决策依据。关键词：光伏器件；参考器件；IEC60904-2；计量校准；标准化；太阳能电池Keywords:PhotovoltaicDevices;ReferenceDevices;IEC60904-2;MetrologicalCalibration;Standardization;SolarCells1引言1.1标准立项背景随着全球能源结构转型的深入推进，光伏发电已成为最具竞争力和发展潜力的可再生能源形式之一。据国际可再生能源机构（IRENA）统计，截至2023年底，全球光伏累计装机容量已超过1400GW，光伏组件年产量突破500GW。在光伏产业链中，光伏器件的性能测试与评价是保障产品质量、支撑贸易结算、促进技术创新的基础性工作，而光伏参考器件作为量值传递的基准载体，其性能优劣直接决定了测试结果的准确性和可比性。光伏参考器件是指经过精确校准、具有已知短路电流或光谱响应特性、用于校准光伏测试设备和比对测试结果的标准器件。在IEC60904系列标准框架下，IEC60904-2专门针对参考器件制定技术要求，与IEC60904-1（光伏器件IV特性的测量）、IEC60904-3（标准光谱辐照度分布）、IEC60904-4（参考器件追溯程序）等标准共同构成了完整的光伏器件测试标准体系。IEC60904-2:2023是国际电工委员会（IEC）于2023年6月19日正式发布的最新版本，取代了IEC60904-2:2015。本标准由IEC/TC82（太阳能光伏能源系统技术委员会）归口管理，其修订工作充分反映了近年来光伏技术快速发展对参考器件提出的新需求。1.2标准修订的必要性IEC60904-2:2015版本自发布以来，在全球范围内得到了广泛应用，成为光伏行业测试校准领域的重要技术依据。然而，随着光伏技术的快速迭代和产业化进程的加速推进，新版标准的修订必要性日益凸显，主要体现在以下几个方面：第一，新型光伏技术的涌现对参考器件提出新要求。近年来，钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、叠层电池等新型光伏技术快速发展，其光谱响应范围、非线性特性、温度系数等与传统晶硅电池存在显著差异，对参考器件的光谱匹配性、分类体系和适用性提出了新的要求。第二，高精度计量需求推动参考器件性能提升。随着光伏组件功率等级不断提升和光伏电站交易规模持续扩大，市场对光伏器件功率测试的精度要求越来越高，从而要求参考器件的校准不确定度不断降低、长期稳定性持续改善。第三，国际比对与互认需求增强。光伏产品国际贸易规模巨大，各国光伏测试实验室之间的校准结果互认依赖于统一的参考器件技术规范。世界贸易组织技术性贸易壁垒协议和IECEE（国际电工委员会电工产品合格测试与认证组织）体系均要求采用统一的标准来消除技术壁垒。第四，测试技术本身的进步。新型太阳模拟器的不断改进、光谱失配修正算法的优化、以及低温系数测量技术等方面的新进展，都需要在标准中得到及时反映，以确保标准的技术内容与测试装备的发展水平相适应。2标准主要内容2.1标准范围与适用对象IEC60904-2:2023规定了光伏参考器件的基本要求，适用于光伏参考器件——包括光伏参考电池、光伏参考组件及其封装形式——的分类、性能指标和校准要求。该标准适用于如下器件类型：-一级参考器件（PrimaryReferenceDevices）：由国家计量机构或经认可的国际实验室校准，可直接溯源至国际单位制（SI）的参考器件，其校准不确定度最低；-二级参考器件（SecondaryReferenceDevices）：通过一级参考器件进行传递校准得到的参考器件，用于日常测试设备的校准与核查；-工作参考器件（WorkingReferenceDevices）：用于日常生产在线检测的参考器件，其技术指标和稳定性要求相对较低，但应满足特定应用场景下的测试需求。2.2标准主要技术内容2.2.1参考器件的分类与结构要求标准将光伏参考器件按照材料类型、结构形式和应用场景进行系统分类。在材料类型方面，涵盖了晶体硅、薄膜、钙钛矿以及多种新型光伏材料体系。在结构形式方面，分为未封装电池片、单电池组件和小组件等类别。对于不同类别参考器件的结构与封装要求，标准从机械强度、耐候性和布线可靠性等方面做出了详细规定。2.2.2性能指标要求标准对光伏参考器件的关键性能指标给出了明确的量化要求，包括：-短路电流稳定性：在规定的辐照和温度条件下，参考器件的短路电流在指定时间内的变化应控制在规定限值内；-光谱响应特性：参考器件的光谱响应范围应与被测器件的典型光谱响应具有足够的匹配度，以降低光谱失配引入的测量不确定度；-非线性度：参考器件的短路电流与辐照度之间应保持良好的线性关系，非线性偏差应不超过规定阈值；-温度系数：参考器件的短路电流温度系数应经过准确测定，并作为校准证书的必要参数予以给出；-空间均匀性：对有源区面积较大的参考器件，标准要求其响应均匀性满足特定等级要求，以确保在大面积测试中的准确性。2.2.3校准与溯源性要求校准与溯源性是IEC60904-2:2023的核心技术内容之一。标准明确规定了参考器件的校准程序：-一级参考器件应通过绝对辐射计或基于低温辐射计法的国际比对进行校准，建立至SI单位的完整溯源链；-二级参考器件应在一级参考器件上进行传递校准，并详细规定了传递校准的步骤、环境条件和不确定度评定方法；-标准要求校准证书中应包含完整的不确定度分析报告，同时提供包含置信水平、覆盖因子等要素的完整不确定度信息；-校准结果的国际互认应遵循国际计量委员会（CIPM）互认协议和国际实验室认可合作组织（ILAC）互认协议的框架。2.2.4使用与维护要求为保证参考器件在校准有效期内保持可靠的计量性能，标准对参考器件的使用和维护提出了系统性要求，包括：存储环境条件（温度、湿度、光照等）、操作中的注意事项（防静电、防污染等）、定期核查的周期和方法，以及校准有效期届满后的处理方式。2.3新版标准的主要技术变更相较于IEC60904-2:2015版本，2023年版的技术变更主要体现在以下方面：（1）扩展了参考器件的分类体系，新增了对钙钛矿及叠层电池参考器件的类型界定和技术要求；（2）提高了对参考器件光谱匹配度的要求，引入了更为细化的光谱失配评价指标和计算方法；（3）强化了对参考器件长期稳定性的考核要求，增加了加速老化实验和长期户外曝露试验的推荐方案；（4）更新了不确定度评定方法，与最新的ISO/IEC17025和"测量不确定度表示指南"（GUM）要求保持一致，并引入了贝叶斯统计方法在小样本校准数据处理中的应用建议；（5）完善了低温条件下参考器件性能评价的技术方案，适应了高纬度地区和高原地区光伏应用的需求；（6）增加了与IEC60904-4:2019在追溯程序方面的协调性内容，进一步明确了各层次参考器件之间的量值传递关系。3标准的应用与影响3.1国际应用现状IEC60904-2:2023作为光伏领域的基础性计量标准，已被全球主要光伏测试实验室、认证机构和制造企业广泛采用。具体而言：（1）国际实验室认可体系中的应用：在IECEE光伏组件测试体系中，IEC60904-2是实验室认可评审的重要依据文件之一。各成员国测试实验室须依据该标准建立并维护参考器件的管理体系。（2）区域性标准协调中的应用：欧盟、美国、日本等主要经济体在光伏产品标准制定中均直接引用或参照IEC60904-2的技术内容。例如，欧盟的EN60904-2系列标准等同采用了IEC标准文本；美国的UL1703和IEEE1562等标准也以IEC60904-2的技术框架为基础进行具体技术指标的协调。（3）国际比对和计量互认中的应用：国际计量局（BIPM）框架下的光伏计量比对活动以IEC60904-2规定的技术指标作为比对判据，确保各参与国国家计量院的光伏校准能力具有等效性。3.2对我国光伏产业的影响我国是全球最大的光伏制造国和应用市场。据国家能源局数据，2023年我国光伏新增装机量达到216.88GW，累计装机容量超过600GW，光伏组件产量占全球总产量的80%以上。在此背景下，IEC60904-2:2023对我国光伏产业具有深远影响：（1）推动了我国光伏测试标准体系的完善：全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（SAC/TC90）积极跟踪IEC标准动态，已将IEC60904-2:2023转化为国家标准GB/T6495.2（等同采用），促进了国内测试标准与国际标准的同步更新。（2）促进了光伏计量能力的提升：中国计量科学研究院（NIM）积极建立和完善光伏参考器件的校准能力，参加了多项国际光伏计量比对，校准测量能力得到了国际同行认可。（3）支撑了光伏产品质量提升和国际贸易：统一的技术要求降低了我国光伏产品出口面临的技术壁垒，使我国光伏企业在国际市场竞争中获得更加公平的贸易环境。4参与制修订的单位介绍4.1负责技术委员会概况国际电工委员会太阳能光伏能源系统技术委员会（IEC/TC82）IEC/TC82成立于1981年，是IEC下设的专门从事太阳能光伏能源系统标准制定的技术委员会，秘书处设在美国。其工作范围涵盖地面用光伏器件、光伏系统部件以及光伏系统的安装、运行和维护等各个领域。IEC/TC82目前下设多个工作组，其中与IEC60904-2密切相关的工作组包括WG2（光伏器件测试方法）和WG6（光伏组件和系统的质量保证）。IEC60904-2:2023由WG2负责具体起草，来自各国国家委员会的专家参与了标准的讨论和审查。4.2中国主要参与单位中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（CESI，原信息产业部电子工业标准化研究所）作为全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会（SAC/TC90）的秘书处单位，全面组织并深度参与了IEC60904-2:2023的编制与修订工作。该院在光伏领域，依托工业和信息化部的行业管理职能，长期牵头组织国内光伏企业和检测机构跟踪研究IEC/TC82国际标准动态，组织国内专家对标准草案提出反馈意见，并推动国际标准向国家标准转化。在IEC60904-2:2023的制修订过程中，该院系统开展了国内产业调研和技术验证工作，组织多轮研讨会，广泛征集了国内光伏骨干企业、第三方检测机构和科研院所的修订建议。其主导推动的GB/T6495.2国家标准更新工作，始终与IEC标准保持同步。依托该院设立的国家光伏装备质量检验检测中心等服务平台，为标准的验证提供了坚实的技术支撑。5结论与展望5.1总结IEC60904-2:2023《光伏器件第2部分：光伏参考器件的要求》的发布，是国际光伏标准化工作在计量基础领域的一项重要成果。该标准在充分继承前版技术框架的基础上，结合近年来光伏技术进步和产业需求变化，在参考器件分类体系、光谱失配评价、长期稳定性考核和不确定度评定方法等方面实现了系统性升级，为全球光伏行业提供了更加科学、更加完善的技术规范。本标准对于保障光伏器件测试结果的准确性和可比性、促进光伏产品质量提升、支撑国际贸易和技术交流具有重要的基础性作用。通过实施该标准，可以进一步规范光伏参考器件的生产、校准和使用行为，促进测试数据的国际互认。5.2未来展望面向未来，IEC60904-2标准的持续发展将在以下方向深入推进：第一，适应新型光伏技术发展需求。随着钙钛矿/晶硅叠层电池等高效光伏技术的产业化进程加快，相关参考器件的技术规范需持续完善。预计未来标准修订将进一步细化对宽光谱响应、高开路电压等特性的参考器件的技术要求。第二，推动数字化和智能化技术应用。参考器件的远程监测、数据自动采集和云端管理将成为发展的重要方向，未来的标准中或将纳入与智能校准和数据管理相关的内容。第三，深化国际计量互认。随着国际计量体系（SI）的不断演进和光伏计量能力的持续提升，参考器件的校准不确定度将持续降低，校准结果的国际等效性将进一步提升，推动建立全球统一的光伏量值溯源体系。第四，促进标准与产业深度融合。IEC60904-2将更加密切地与IEC61215（光伏组件设计鉴定和定型）、IEC61730（光伏组件安全鉴定）等标准相衔接，更好服务于光伏产品的检测认证和质量管理，为全球光伏产业的健康可持续发展提供坚实的技术基础。参考文献[1]IEC60904-2:2023,Photovoltaicdevices-Part2:Requirementsforphotovoltaicreferencedevices[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC60904-1:2020,Photovoltaicdevices-Part1:Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics[S].Geneva:IEC,2020.[3]IEC60904-3:2019,Photovoltaicdevices-Part3:Measurementprinciplesforterrestrialphotovoltaic(PV)solardeviceswithreferen