太阳电池组件IV特性曲线测试

太阳电池组件I-V特性曲线的测试
孔凡建 江苏辉伦太阳能科技有限公司
南京 江苏 210032
• 太阳电池组件的标准测试包括与标准测试条件相关的测量标准器、测量环境、 测量设备和测量的操作过程等问题。
• 为了节省大家的时间，这里重点讨论目前易于被混淆和忽视的一些问题。
太阳电池标准器的产生和作用
标准太阳电池是由绝对辐射计传递光能量计量单位
η
Is It
e0（λ）Q（ t λ）dλ e0（λ）Q0（λ）dλ
e（ t λ）Q（ t λ）dλ e（ t λ）Q0（λ）dλ
e0（λ）Q（ t λ）dλ e0（λ）Q0（λ）dλ
e（ t λ）Q0（λ）dλ e（ t λ）Q（ t λ）dλ
其中：
• η - 修正系数
• Is - 被测组件在AM1.5标准光谱辐照度e0(λ)下输出的短路电流
• 如果测量系统的绝对误差与测量范围的关系是线性的，上式所表达的 测量系统误差是有效的。
• 但是，并不是所有的测量系统都可以实现线性测量误差的要求，有些 测量系统的误差绝对量是固定的。一个固定绝对误差的测量系统，如 果满量程测量误差是0.5%，半量程的测量误差就是1%，1/4量程的测 量误差就是2%。而测量不可能在满量程条件下完成，这就导致了非常 严重的测量系统误差。
国际比对获得的标准太阳电池的标准偏差是±1.9%（U95）。
• PEP`93（1993—1997）国际标准太阳电池比对活动，有8 个国家的17个太阳电池测试实验室参加，其中包括：
• 美国的NREL、 • 德国的PTB、 • 日本的JQA/ETL • 中国的TIPS（天津电源研究所—十八所）。
• 通过统计分析这些实验室的测试结果，筛选掉了包含极大 误差的数据，最终上述四个实验室测量数据被采用。其中：
• NREL与标定值的平均偏差是－0.3%， • PTB与标定值的平均偏差是－1.1%， • JQA/ETL与标定值的平均偏差是＋0.3%， • TIPS与标定值的平均偏差是+1.2%。
• 由这些实验室送样的参考太阳电池片作为太阳电池标准的 原级被各个实验室保存下来，并且在目前的标准传递过程 中使用。
• 作为参考太阳电池组件的传递，在标准测量条件下测量短路电流之后就已经 完成了。获得I—V特性曲线、开路电压以及工作电流和电压，在任何复现被 传递的太阳电池组件的短路电流的辐照度下都可以实现。
• 因为： 对于任何一个太阳电池组件，在标准测量条件下，I—V特性是不可改变 的。
根据标准测试条件的要求，在不符合AM1.5光谱条件的模拟器下测量组件，需要 对光谱进行修正。修正系数的公式如下：
• 上述的误差，实际属于两类，一类是属于系统误差或者是固定误差，另一类属于 偶然性误差或者随机误差。总的测量误差由所有误差的几何和来决定，并且偶然 性误差必须考虑置信区间。
• 德国TUV实验室在传递标准值的过程中，对组件测量值给出了不同的误差值：
• 峰值功率Pm的总不确定度≤±3.5%（U95）；
• It - 被测组件在模拟器的光谱辐照度et(λ)下输出的短路电流
• e0(λ) - AM1.5标准光谱辐照度
• et(λ) - 太阳模拟器et的光谱辐照度
• Q0(λ) - 标准太阳电池的绝对光谱响应
• Qt(λ) - 被测组件的绝对光谱响应
• 可以看出，如果et(λ)=e0(λ) ，η=1；或者Q0(λ)=Qt(λ) ，η=1。
组件的测试方法
• 从标准太阳电池到参考太阳电池组件的对光能量计量值传递的过程与我们生 产过程中测量太阳电池组件的过程是相似的，只是对与设备、环境和操作的 要求更严格。
• 首先将被测量的太阳电池或者组件与标准太阳电池一同放置在恒温25℃的实 验室内。放置的时间一般根据被测量物品的质量，也就是预计被测量物品达 到25℃所需要的时间决定。为了工作的方便，组件一般要放置12小时以上。
根据光能量计量专家的介绍： 通过国际比对产生的绝对辐射计计量光能量的不确定度
是±0.7%（U95）。 理论上绝对辐射计是无光谱选择性的，太阳电池是有光谱选
择性的，所以不能直接将绝对辐射计的计量结果传递到太 阳电池上面来。 制作标准太阳电池，需要通过一套复杂的光谱测量仪器完成 这个传递。由于传递技术的复杂性和不确定性，传递过程 带来了许多误差，使得标准太阳电池对光能量测量的误差 超出了人们常规的想象。
• 这里应该注意的是，所谓标准太阳电池的标定值，是在： • AM1.5光谱分布、 • 1000W/m2光辐照度、 • 太阳电池温度25℃
条件下的
标准太阳电池输出的短路电流值 代表在规定光谱条件对光源输出的光辐照能量的计量。
• 而标准太阳电池/组件的传递过程，也是首先使用标准太阳电池的标 定值（短路电流）对光源的辐照度进行标定，在标定的光源下测量传 递值（短路电流）给被传递的工作标准太阳电池/组件。
• 所以对于测量系统的校准，不仅仅要求满量程的准确度，还要求在不 同测量值的准确度，甚至不同温度和测试频率下的准确度。
• 还需要考虑的误差包括；
– 温度测量的误差，一般的温度测量误差为±1℃；
– 太阳模拟器光辐Байду номын сангаас度均匀性误差；
– 偶然性误差：主要由操作人员的作业习惯决定；还包括组件实际温度引入的 误差；对于闪光太阳模拟器，往往把光的不稳定性引入的测量误差归于偶然 性误差。
• 实际上，这两个愿望都是无法实现的，即使完全同材料同工艺制造的太阳电池 的光谱响应也不可能完全相同。
• 然而，进行光谱修正是一个复杂的过程，在实际生产中几乎不被采用。由此， 就引入了光谱失配的误差。
• 同时，测量系统，在组件的测量过程中是指对组件的电压值、电流值、 组件温度和对参考太阳电池的短路电流值进行测量的设备，也存在系 统误差。这个误差是大家最容易理解，也是光能量传递过程中所引入 的各个误差项中最简单的，就是数据采集系统的误差。比如，12位数 据采集器的满量程误差≤±0.04%，参考电池和被测量组件的负载电 阻的误差都为±0.5%，则在满量程条件下短路电流测量值的测量系统 误差应该有： δ≤2×((0.04%)2＋(0.5%)2)1/2 = ±1.004%