IEC TS 63202-32023 光伏电池.第3部分双面光伏电池电流-电压特性的测量标准立项发展报告

光伏电池第3部分：双面光伏电池电流-电压特性的测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PhotovoltaicCells–Part3:MeasurementofCurrent-VoltageCharacteristicsofBifacialPhotovoltaicCells摘要随着全球能源结构向绿色低碳加速转型，光伏发电产业正经历从单面发电向双面发电技术全面升级的关键阶段。双面光伏电池因其能够同时利用正面直射阳光和背面反射、散射光线发电，显著提升单位面积发电量，已成为新一代高效光伏组件的核心技术方向之一。然而，双面光伏电池的双面受光特性使其电流-电压（I-V）特性的测量方法与传统的单面电池存在本质差异，亟需统一的国际测量标准予以规范。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年2月正式发布IECTS63202-3:2023《光伏电池第3部分：双面光伏电池电流-电压特性的测量》技术规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、研制历程、核心技术内容、关键参量定义与测量条件要求，深入分析了标准中规定的双面电池I-V特性测量方法、辐照度校准原则及双面率计算流程，并对标准的主要参与编制单位——中国电子技术标准化研究院的技术贡献进行了详细介绍。报告认为，该标准的发布填补了双面光伏电池国际测量标准的空白，对统一全球双面电池效率标定方法、保障产品质量可比性、推动双面电池技术大规模产业化应用具有重要意义。关键词：双面光伏电池；电流-电压特性；IEC标准；光伏测试；双面率；辐照度校准Keywords:BifacialPhotovoltaicCells;Current-VoltageCharacteristics;IECStandard;PhotovoltaicTesting;BifacialityRatio;IrradianceCalibration1.引言1.1研究背景在全球碳中和目标驱动下，光伏发电装机容量持续快速增长。据国际可再生能源署（IRENA）统计，2023年全球光伏累计装机容量已突破1.4TW，光伏发电正成为全球新增电力装机的主力能源形式。在技术演进层面，双面光伏电池因其独特的双面发电能力，市场份额从2018年的不足10%迅速攀升至2023年的超过50%，被业界普遍视为下一代光伏组件的标准配置。双面光伏电池的结构特点决定了其正面和背面均具有光电转换能力。在实际应用中，背面接收的辐照度受地面反射率、安装高度、支架倾角及阵列间距等多重因素影响，通常在正面辐照度的10%~40%之间波动。这一特性使得传统单面电池仅基于正面辐照度进行I-V特性测量的方法无法直接适用——双面电池的实际输出功率取决于正、背面辐照度的协同作用，其发电性能必须借助“双面率”等特征参量进行综合评价。1.2标准研制必要性尽管双面光伏电池的产业化进程迅猛推进，但国际上长期缺乏统一的双面电池I-V特性测量标准。各制造企业和检测机构在测量条件设置、辐照度校准方法、双面率定义与计算方式等方面存在显著差异，导致不同实验室对同一双面电池产品的功率标称值存在较大偏差，影响了产品的市场公平竞争和消费者的权益保障。建立统一的国际测量标准，成为双面光伏电池产业健康发展的迫切需求。1.3标准基本信息本标准由国际电工委员会（IEC）归口管理，隶属于IEC/TC82（太阳能光伏能源系统技术委员会）标准体系。标准全称为《Photovoltaiccells-Part3:Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofbifacialphotovoltaiccells》，于2023年2月7日正式发布，标准编号为IECTS63202-3:2023。作为IEC63202系列标准（光伏电池）的第3部分，该标准与IEC63202-1（晶体硅光伏电池I-V特性测量）构成有机衔接，共同完善了光伏电池领域的测量标准体系。2.标准研制历程2.1国际标准需求确认IEC/TC82技术委员会在长期跟踪光伏技术发展趋势的过程中发现，双面光伏电池的技术成熟度与商业化速度已显著超越现有标准体系的更新速度。2017年至2019年间，多轮国际光伏测试比对（如PVCycle、InternationalPVModuleQATaskForce等）均反映出双面电池在不同实验室间的功率测试差异明显高于单面电池。IEC/TC82于2019年前后正式启动双面电池测量标准的预研工作，并在多国成员的积极推动下，于2020年正式立项，编号为IECTS63202-3。2.2标准编制过程标准编制工作由IEC/TC82下属工作组WG2（光伏组件与电池）牵头组织，来自中国、德国、美国、日本、荷兰、西班牙等国家的专家共同参与。中国作为全球最大的光伏制造国和出口国，在标准编制中发挥了关键性作用。中国电子技术标准化研究院联合国内多家头部光伏企业和检测机构，在标准草案的多次修订中提交了大量实验数据和测试验证报告，为关键测量条件参数的确定提供了坚实的技术支撑。标准历经工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）等多个阶段的讨论与修改。在CD阶段，各成员国围绕背面辐照度测量方法、双面率定义边界、等效辐照度概念引入等核心议题进行了深入讨论。经过多轮技术评审和协商，标准于2022年底通过最终国际标准草案（FDIS）投票，于2023年2月7日正式发布。2.3标准定位与技术路线本标准以技术规范（TS）形式发布，充分体现了IEC在技术快速演进领域采取“先行先试”的标准策略。TS相较于国际标准（IS）具有发布周期短、修订灵活的优势，能够在技术尚未完全成熟的阶段及时提供统一的技术指引，同时为后续升级为正式国际标准预留空间。在技术路线选择上，标准采用了基于等效辐照度（EquivalentIrradiance）的测量框架：将双面电池工作时接收的正反面辐照度统一折算为等效正面辐照度，在此基础上依据IEC63202-1中规定的单面电池测量方法完成I-V特性测试。这一设计既保持了与现有I-V测量体系的一致性，又创新性地适应了双面电池的双面受光特点。3.标准内容概述3.1范围界定IECTS63202-3:2023适用于双面晶体硅光伏电池（含n型PERT、HJT、TOPCon等结构类型）的I-V特性测量，测量对象为未封装的电池片（Cell），而非组件（Module）。标准明确规定了双面光伏电池在标准测试条件（STC）下的I-V特性测量方法、双面率的定义与计算方式，以及测量报告应包含的关键信息项。需要指出的是，该标准不涵盖双面光伏组件的测量，后者由IECTS60904-1-2等标准另行规定。3.2关键术语与参量定义标准系统定义了若干双面电池测量所特有的关键术语：（1）双面率（BifacialityRatio）：在相同测试条件下，双面电池背面最大输出功率与正面最大输出功率的比值（或短路电流比值），以百分比表示。双面率是衡量双面电池背面发电能力的最核心特征参量。标准中规定了基于短路电流比（通常更便捷、更稳定）和基于最大功率比两种计算方式，推荐在型式检验中优先采用短路电流比法。（2）等效辐照度（EquivalentIrradiance）：将双面电池正面和背面接收的实际辐照度按其光电响应权重折算为单一数值的等效正面辐照度。该参量的引入使得双面电池的I-V特性可以在统一的辐照度参照下进行表征。（3）背面辐照度贡献比（BacksideIrradianceContributionRatio）：背面辐照度与正面辐照度的比值，通常用百分比表示，是决定双面电池实际输出增益的关键运行参数。3.3测量条件要求标准对双面电池I-V特性测量的环境与设备条件提出了明确要求。标准测试条件规定正面辐照度为1000W/m²，光谱分布为AM1.5标准太阳光谱，电池温度控制在25℃±1℃范围内。对于背面光照条件，标准给出了两种可选的测量配置：配置一：双面同步光照法，即正面与背面同时施加设定的辐照度（通常背面辐照度按正面辐照度的固定比例设置，推荐在10%~30%范围内选取多个档位），完整测量不同背面辐照度水平下的I-V特性曲线。配置二：顺序单面光照法，即分别单独测量正面I-V特性和背面I-V特性，再通过等效辐照度公式合成双面工作状态下的综合I-V特性。3.4测量方法要点在测量程序方面，标准对探针排布方式、接触电阻控制、扫描速度与方向、数据采样频率等细节均作了规范性要求。特别值得关注的是，标准明确规定在进行背面I-V特性测量时，应使用不透明的遮光罩完全遮挡正面光照，以避免正面光电响应干扰背面测量结果。同时，标准要求测量系统具备较高的光谱失配修正能力，确保模拟光源与实际太阳光谱的差异对测试结果的影响被控制在允许范围内。在双面率计算方面，标准给出了明确的公式与不确定度评估方法。对于双面率测量结果的重复性和再现性，标准给出了建议性精密度目标值，为实验室能力验证和实验室间比对提供了参考依据。3.5测量不确定度评估标准将测量不确定度评估作为重要内容予以规范。基于JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》的一般原则，标准结合双面电池测量的特殊性，列出影响测量结果的各项不确定度来源——包括但不限于标准电池校准不确定度、光谱失配修正不确定度、温度控制不确定度、辐照度均匀性不确定度以及接触电阻引入的不确定度等。标准要求测量报告应清晰呈现各主要不确定度分量的量化贡献及合成不确定度。3.6测量报告要求标准对测量报告的内容与格式给出了规范性要求。一份完整、合规的双面电池I-V特性测量报告应至少包含：被测电池的标识信息与结构描述、正面与背面分别测量的I-V特性曲线及特征参数（Isc、Voc、Pmax、FF等）、双面率数值及其计算依据、测量条件（辐照度、温度、光谱匹配度等）、测量不确定度说明、以及测量依据的标准版本号等。这些要求有效保障了测量结果的完整性、可追溯性和可比性。3.7与其他标准的关系IECTS63202-3:2023与以下标准形成有机的体系关系：-IEC63202-1：规定了单面晶体硅光伏电池I-V特性的测量方法，是双面电池测量的基础性方法来源；-IEC60904系列：确立了光伏器件测量的一般原理，包括标准测试条件定义、辐照度测量方法、光谱失配修正方法等；-IECTS60904-1-2：适用于双面光伏组件的I-V特性测量，与本标准在电池层级形成上下衔接；-IEC60891：规定了光伏器件I-V特性测量的温度与辐照度修正程序。4.主要参与单位介绍4.1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）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，专业从事电子信息技术领域的标准研制、检测认证与技术服务，是工业和信息化部电子工业标准化核心支撑机构。作为我国电子信息技术领域标准化工作的“国家队”，CESI在光伏领域深耕多年，是IEC/TC82的国内技术对口单位，长期参与光伏电池、组件及系统相关国际标准的制定工作。在IECTS63202-3:2023的研制过程中，CESI发挥了以下关键作用：第一，作为我国光伏标准化工作的主要推动力量，CESI组织了国内优势企业和检测机构成立专项工作组，系统梳理了国内双面电池研发、生产和检测的实践经验，在此基础上形成了具有中国产业特色的标准提案。CESI联合有关机构提交的双面率定义建议、等效辐照度计算框架及背面辐照度推荐档位等多项技术建议，被标准采纳入稿，为标准的科学性和可操作性提供了坚实支撑。第二，CESI组织国内多家骨干光伏企业和第三方检测机构开展了大规模双面电池实验室间比对测试，测试样品涵盖了PERC、TOPCon、HJT等多种技术路线，比对数据有力地验证了标准中所提测量方法的可行性、复现性和准确性，为标准中精密度目标值的设定提供了重要的实证依据。第三，CESI依托其在光伏领域深厚的标准化积累和检测能力，多次组织国内相关单位对标准各阶段草案进行逐条研讨和意见反馈，协助IEC/TC82我国专家在标准讨论中形成统一、协调的技术立场，保障了我国核心利益关切在标准中的有效体现。第四，CESI作为国内牵头单位，积极推动该标准的宣贯推广工作。标准发布后，联合相关行业协会、检测机构和企业开展了系列标准解读和培训活动，促进了双面光伏电池I-V特性测量方法在我国的快速落地和规范应用。4.2其他主要参与机构除CESI外，标准编制还汇聚了来自国内外的众多知名机构和企业。在国内方面，中国光伏行业协会、中国计量科学研究院、TÜV莱茵、国检集团、隆基绿能、晶科能源、天合光能等企业和机构均深度参与了标准的研讨和验证工作。在国际方面，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（FraunhoferISE）、荷兰能源研究中心（ECN）、美国国家可再生能源实验室（NREL）以及日本产业技术综合研究所（AIST）等国际知名光伏研究机构也为标准的技术论证提供了重要的实验数据和技术支持。5.标准实施意义与应用前景5.1对产业发展的规范化作用IECTS63202-3:2023的发布实施，从根本上改变了双面光伏电池I-V特性测量“无标可依”的困境。对于制造企业而言，统一的标准测量方法有效消除了不同测试机构之间长期存在的测量偏差，使得各企业能够更加客观、准确地对自身产品性能进行评估和优化；对于检测认证机构而言，标准的发布为其开展双面电池产品的型式试验和认证提供了明确的技术依据；对于终端用户和投资者而言，基于统一标准标定的双面电池功率和双面率参数具有更强的可信度和可比性，有助于降低投资决策的信息不对称风险。5.2对国际贸易的促进意义我国是全球最大的光伏电池和组件制造国，双面电池产品出口量逐年攀升。IECTS63202-3:2023作为国际公认的测量技术规范，为我国双面电池产品的国际贸易提供了统一的技术语言和质量标尺。按照该标准进行产品标定和检测，能够有效减少因测量方法差异导致的贸易纠纷，增强我国光伏产品在国际市场上的公信力和竞争力。5.3技术迭代的导向功能从长远视角看，该标准的技术框架也为双面电池技术的持续演进预留了充分的扩展空间。随着钙钛矿/晶硅叠层电池、新型高效叉指背接触电池等新结构的不断涌现，双面电池技术将继续向更高效率、更低成本方向迭代升级。标准中建立的等效辐照度框架和模块化测量方法具有较强的技术延展性，能够较好地适应未来新型高效电池结构的测量需求。6.结论与展望IECTS63202-3:2023的发布是国际光伏标准化领域的一项重要里程碑事件。该标准首次在IEC层面系统性地回答了双面光伏电池I-V特性测量所面临的关键技术问题，确立了基于等效辐照度的双面电池测量方法框架，明确了双面率的定义与计算方式，为全球双面电池产业的规范化发展奠定了坚实的技术标准基础。参考文献[1]IECTS63202-3:2023,Photovoltaiccells-Part3:Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofbifacialphotovoltaiccells[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2023.[2]IEC63202-1,Photovoltaiccells-Part1:Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofcrystallinesiliconphotovoltaiccells[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,2019.[3]IECTS60904-1-2,Photovoltaicdevices-Part1-2:Measurementofcurrent-voltagecharacteristicsofbifacialphotovoltaic(PV)devices[S].Geneva:InternationalElectrotechnicalCommission,20