浅析光伏组件电性能测试的影响因素

浅析光伏组件电性能测试的影响因素
发表时间：2019-10-18T10:39:33.927Z 来源：《电力设备》2019年第11期作者：伊纪禄袁明翰胡涛王金玉[导读] 摘要：目前，评价光伏组件的发电性能主要还是在试验室进行，因此试验室电性能测试是否准确至关重要。

（中国电子科技集团公司第十八研究所天津 300381）
摘要：目前，评价光伏组件的发电性能主要还是在试验室进行，因此试验室电性能测试是否准确至关重要。

本文探寻了室内电性能测试的影响因素，将影响因素归纳为模拟器的状态、组件的状态、测试回路三方面，并对影响光伏组件电性能测试准确度的因素及其影响进行了分析，探究其影响原理，提出相应的解决方法。

关键词：光伏组件；性能测试；模拟器
光伏行业经过几十年的蓬勃发展已经非常成熟，光伏组件的电性能作为其主要属性，一直被用来当做评价和交易的基础。

无论是组件生产商还是光伏投资者都希望获得一个准确的电性能数据。

因此，如何提高电性能测试的准确度对第三方检测机构来说至关重要。

对于室内电性能测试来说，可能影响其准确度的方面主要有：模拟器的状态；组件的状态；测试回路。

下面我们分别从以上三方面进行分析。

一、模拟器状态对测试结果的影响
对于应用于阳光下的光伏组件来说，对其电性能能产生影响的光源方面的因素主要为光源的光谱辐照度分布和电池的光谱响应。

电池的光谱响应是指在各个波长上的单位辐照度所产生的电流与波长的关系曲线，该曲线与电池自身的工艺材料特性密切相关[1]。

为了反映光伏组件在阳光下的体现（通用标准为AM1.5大气条件），理论上进行电性能测试时，应选取与阳光的光谱辐照度分布与均匀性完全一致的模拟器且选取与被测光伏组件光谱响应完全一致的标准电池来标定辐照度[2]。

然而实际应用中，所用模拟器并不能还原太阳光的状态，模拟器的光谱以及模拟器不均匀度均与室外阳光存在差异，这两方面差异会导致电性能测试出现偏差。

下面我们分别对以上两方面产生的偏差进行分析。

1、模拟器光谱方面的影响
对于具有固定的光谱响应的组件，其在不同光谱辐照度分布的光源下会产生不同的光生伏特效应，得出不同的电性能曲线；具有不同的光谱响应的组件在具有固定的光谱辐照度分布的光源下，也会产生不同的光生伏特效应并得出不同的电性能曲线。

实际测试时，在模拟器下测试时，要获得准确的电性能数据，就需要进行光谱失配修正。

光谱失配的影响主要体现在短路电流密度方面，因此，常用短路电流密度法莱计算光谱失配因子，具体计算公式如公式1，[3]
失配因子公式1
式中：Rr(λ)为标准光伏组件的光谱响应
Rt(λ)为试验组件的光谱响应
E0(λ)为AM 1.5下的标准光谱辐照度分布
E(λ)为太阳模拟器的光谱辐照度分布
通过上式计算得出光谱失配因子MM，并对电性能测试的I-V曲线数据中的电流值进行光谱修正得出修正值，重新拟制I-V曲线。

实际测试时，光谱失配因子计算公式中所用的某些参数获取难度较大，或者获取数据误差较大，因此为使测试结果更加接近真值，实际测试时应标准组件的生产工艺与被测组件应相同，以保证光谱响应尽可能一致；其次，模拟器的光谱辐照度尤其是被测组件以及标准组件的响应范围内的辐照度分布尽量接近标准光谱辐照度分布，闪光过程中光源的光谱变化尽可能的小，尽量减小光谱失配的影响。

上述两个因素无法提高时再进行光谱失配修正。

2、不均匀度的影响
太阳模拟器的辐照度具有一定的不均匀性，其直接影响是导致光伏组件内部电池片之间的光生电流产生差异，辐照度高的地方产生的电流高，辐照度低的地方产生的电流低，产生电流高的电池片发电会受到限制，产生电流低的电池片会成为其他高电流电池片的负载，产生过热现象。

在进行电性能测试时，这种现象会使得测试曲线失真，出现台阶或者填充因子偏低的现象，使得电性能数据偏离真实值。

不均匀性对I-V性能的影响并非线性，数据表明，不均匀性在2%以内时，其影响程度大幅降低[4]。

实际测试时降低辐照度不均匀性的影响所采取的措施有：选用不均匀性较低的模拟器进行测试，模拟器不均匀性最好低于2%；对于某确定不均匀性的模拟器来说，进行测试前，要充分了解模拟器的不均匀性分布，尽量保证被测组件在不均匀性较小的区域测试，在不可避免要利用到不均匀性较大的区域时，要对组件在其允许的各个方向上进行测试，对比测试数据变化，如果变化较大，说明有可能被测电池不均匀性洼地与模拟器辐照度洼地重合，导致测试误差变大。

应选择变化较小的方向进行测试。

目前，有些模拟器可是实现调整参数设置来消除这方面影响，但是，调整时要谨慎，避免误差放大的操作发生。

二、组件状态对测试结果的影响
1、组件表面清洁度
目前，高效率组件大多具有高透光、高陷光处理或者具有某些特殊作用的涂层，这些处理都能提高光伏电池对于光照的利用率。

组件表面的污染会直接影响这些特殊处理的效果，严重者会使其失去作用或者起到反作用（比如涂层），组件表面的污染有时并不能依靠肉眼识别，所以，进行测试前需要对组件进行清洁处理。

2、组件温度控制以及温度探测
作为一种半导体器件，光伏电池对温度非常敏感，温度每升高1℃，会导致光伏电池的开路电压降低约0.35%，短路电流会增加0.05%，填充因子会降低约4.5*10-4，最终使最大输出功率降低大约0.44%。

准确测量被测组件的温度成为电性能测试时的重要过程。

常见的晶体硅光伏组件电池片处于中间层，其两边均有EV A材料、背板材料/透光玻璃，电池片真实温度不易测得。

目前温度探测方法主要有接触测温法和远距离红外测温法。

1）接触法测温所用温度传感器通常选用K型热电偶或者PT100，此种温度传感器适合探测空间温度，在接触测温时准确度难以控制，偏差较大。

其测温偏差一般为±1℃。

另外接触法测温时一般将温度传感器与组件后边面接触，所测温度为后表面温度，并不是电池片真实温度；且接触测温为点测温，并不能准确反映整个组件的温度。

基于以上原因，测温时，被测组件必须经过长时间的恒温处理（通常为4h~24h），以保证组件与环境温度一致、组件各层温度以及各区域温度一致。

表1。