標準測試條件下最大功率的測量不確定度評估

安曉君，李 元，侯寶峰

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

標準測試條件下最大功率的測量不確定度評估

安曉君，李 元，侯寶峰

（寧夏新能源研究院（有限公司），銀川 750021）

標準測試條件下，組件性能測量試驗是光伏檢測實驗室非常典型的重要測試項目，所以有必要進行測量不確定度評估。本文按JJF 1059.1-2012《測量不確定度評估與表示》規定的方法，結合實驗室實際情況對某項目中最大功率進行測量不確定度評估。結果表明，標準組件、溫度測量、光譜響應偏差、模擬器I-V特性和組件重復性測量對不確定度的影響較大。為了減小最大功率測量的不確定度，在測量光伏組件最大功率時，人們應該選用相應的標準組件，提高溫度測量準確性。

標準測試條件；組件性能測試；光伏組件；不確定度；評定

隨著國內外光伏產業的快速發展，光伏檢測技術的重要性日益突出。光伏行業最關注、最重要的是功率，因為它是一切貿易結算、功率衰減以及發電量大小的基礎[1]。

根據ISO/IEC 17025-2005《檢測和校準實驗室能力的通用要求》規定，檢測實驗室應具備不確定度的程序[2]；此外，CNAS-CL07-2015《測量不確定的要求》也規定了檢測實驗室應有能力對每一項有數值要求的測量結果進行測量不確定度評估，以及在適當情況下檢測報告必須提供測量結果的不確定度[3]。

測量不確定度用于表征合理賦予被測量之值的分散性，是與測量結果相聯系的參數，對檢測結果有著重要的意義[4]。不確定越小，測量結果與被測量真值越接近，測量水平越高，其使用價值也越高；不確定度越大，測量結果的使用價值越低[5]。因此，為確保有效性，實驗室在參與能力驗證時提供測量不確定度值。

標準測試條件下組件性能測量試驗是光伏檢測實驗室非常典型和重要的測試項目，現根據我實驗室儀器設備等實際情況，筆者對某項目中功率的測量不確定度進行評估。

1 不確定度分析

在進行標準測試條件下的性能測試時，不確定度來源有11項：（1）重復性測量引入的不確定度，可以用A類方法評定；（2）模擬器光源光譜與標準光譜（AM1.5）的匹配性引入的不確定度分量；（3）模擬器光源的照度不均勻度引入的不確定度分量；（4）模擬器光源的瞬時不穩定度引入的不確定度分量；（5）模擬器I-V特性測試部分（電子負載分辨率及儀器的電學性能誤差）引入的不確定度分量；（6）標準組件引入的不確定度分量；（7）測試組件和標準組件之間的光譜響應偏差引入的不確定度分量；（8）溫度測量引入的不確定度分量；（9）組件安裝幾何位置和角度引入的不確定度分量；（10）組件溫度不均勻引入的不確定度分量；（11）測量接觸電阻引入的不確定度分量。

上述11個不確定度分項中，第1項采用A類方法進行評定；第2、3、4項是模擬器光源的引入誤差，因設備定期校準及期間核查，能夠確保滿足AAA等級，因此由模擬器光源的引入不確定度分量暫不考慮；第5項按照設備說明書技術參數用B類方法進行評定；第6、7項根據校準報告用B類方法進行評定；第8項按設備計量報告用B類方法進行評定；第9項在組件安裝時組件采用夾具固定，安裝支架與光源垂直，安裝位置始終確保定位不變，基本上消除了安裝幾何位置和角度引入的不確定度分量；第10項組件在測量前在25℃溫度下恒溫預處理8 h以上，組件溫度控溫均勻，有此項引入的不確定度分量基本消除；第11項定期進行測試線接頭檢查，確保接頭無氧化、磨損、潔凈，由測量接觸電阻引入的不確定度分量基本消除。

2 不確定度的評定

2.1 測試項目

依據IEC 61215－2005《地面用晶體硅光伏組件（PV）——設計鑒定和定型》[6]，采用Halm Cetis PV-XG2-M AAA瞬態模擬器，測量某品牌光伏組件的I-V特性。

2.2 測試方法

用標準組件對AAA瞬態模擬器進行校準，用標準組件校準模擬器調整測試平面上的輻照度，使參考組件的短路電流達到標定值；將測試組件安裝在AAA瞬態模擬器上，使得測試組件與監控電池片在同一平面；在標準測試條件（光源輻照度1 000 W/m2，組件溫度25℃，IEC 60904-3要求的標準太陽光譜輻照度分布）下，測量光伏組件的I-V特性。

2.3 數學模型

式中：Pmp為組件功率（W）；I為組件電流（A）；U為組件電壓（V）；G為光源輻照度（W/m2）；T為組件溫度（℃）。

2.4 標準不確定度的A類評定

最大功率重復性測量引入的不確定度urel主要來源于不同操作人員、不同操作時間、組件安裝幾何位置、組件溫度以及測溫熱電偶位置和測試線接頭松緊程度，其為A類不確定度。本測試由同一人員在相同條件下對同一組件重復進行5次最大功率測試，重復測量數據如表1所示。

表1 5次最大功率重復測試數據

單次測量的標準偏差（貝塞爾公式）：

標準不確定度：

平均值標準偏差：Pmp測量重復性引入的標準不確定度為：

相對不確定度：

2.5 標準不確定度的B類評定

2.5.1 太陽模擬器I-V特性測試部分引入的不確定度u1rel

根據設備說明書技術參數，人們可以得到I-V特性測試部分的精確度為±0.05%，服從矩形分布，因此相對不確定度為：

2.5.2 標準組件本身引入的相對不確定度u2rel

本次測量使用的標準組件的計量報告中測試結果的不確定度為2.2%（K=2）。因此，相對不確定度為：

2.5.3 測試組件和標準組件之間的光譜響應偏差引入的相對不確定度u3rel

測量時采用與測試組件具有相同光譜響應特性的標準組件（標準組件與測試組件均為多晶硅組件），根據試驗經驗與文獻數據，其檢測結果的偏差通常不超過±1%。假定偏差所引起的誤差服從均勻分布，其相對不確定度為：

2.5.4 組件溫度測量引入的相對不確定度u4rel

由于組件溫度是由34970A數據采集儀和T型熱電偶共同測量的，因此人們需要將以上兩種儀器引入的不確定度進行合成。

（1）由34970A數據采集儀的計量報告可知，擴展不確定度Ua=0.2℃，K=2，引入的標準不確定度為：

uarel=（t為測試時，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（2）由T型熱電偶的計量報告可知，擴展不確定度Ub=0.3℃，K=2，引入的標準不確定度為：

相對不確定度為：

ubrel=（t為測試時，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（3）將以上兩者合成相對標準不確定度為：

2.6 計算Pmp的合成標準不確定度uc（Pmp）

2.6.1 相對合成標準不確定度

2.6.2 合成標準不確定度

2.7 計算Pmp的擴展不確定度U

取包含因子K=2，置信概率為95%。

擴展不確定度為：

3 結論

本文在標準測試條件下對光伏組件最大功率的測量不確定度進行評定。結果表明，標準組件、溫度測量、光譜響應偏差、模擬器I-V特性和組件重復性測量對不確定度的影響較大。因此，在測量光伏組件最大功率時，人們應該盡量選用相應的標準組件，提高溫度測量準確性，從而減小最大功率測量的不確定度。

1 孟海鳳，張俊超，葉馮俊，等.新型太陽電池光電轉換效率測量技術研究進展[J].影像科學與光化學，2016，34（5）：389-401.

2 中國合格評定國家認可委員會.ISO/IEC 17025-2005 檢測和校準實驗室能力的通用要求[S].北京：中國標準出版社，2016.

3 中國合格評定國家認可委員會.CNAS-CL07-2015測量不確定的要求[S].北京：中國標準出版社，2015.

4 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.JJF 1059.1-2012測量不確定度評估與表示[S].北京：中國標準出版社，2012.

5 中華人民共和國國家質量技術監督局計量司.測量不確定度評定與表示指南[M].北京：中國計量出版社，2000.

6 中華人民共和國信息產業部.IEC 61215-2005 地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型[S].北京：中國標準出版社，2015.

Evaluation of Measurement Uncertainty of Maximum Power under Standard Test Conditions

An Xiaojun,Li Yuan,Hou Baofeng
(Ningxia New Energy Research Institute (Co.,Ltd.),Yinchuan 750021,China)

Under the standard test conditions,the component performance measurement test is a very typical and important test item in the photovoltaic testing laboratory.Therefore,it is necessary to evaluate the measurement uncertainty.In this paper,according to JJF 1059.1-2012 "Measurement Uncertainty Evaluation and Expression" provisions of the method,combined with the actual situation in the laboratory to measure the maximum power of a project uncertainty assessment.The results show that standard components,temperature measurements,spectral response deviations,simulator I-V characteristics and component repeatability measurements have a greater impact on the uncertainty.In order to reduce the uncertainty of the maximum power measurement,people should choose the corresponding standard components when measuring the maximum power of the PV modules to improve the accuracy of the temperature measurement.

standard test conditions; component performance test; PV module; uncertainty; evaluation

TM914.4

A

1008-9500(2017)11-0010-03

2017-09-06

本文系 2011年度寧夏回族自治區財政支持新能源產業發展專項項目（項目編號：寧財（建）指標（2011）395號）、2011年度寧夏外貿公共服務平臺建設項目（項目編號：寧財（企業）指標（2011）272號）的階段性研究成果之一。

安曉君（1977-），男，甘肅鎮原人，碩士研究生，高級工程師，從事光伏產品檢測及實驗室質量管理工作。