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中国太阳电池测试技术进入国际四强

行业聚焦点中国仪表网2009年06月25日 15:40人气:4230

一、太阳电池测试原理

太阳电池的测量与太阳辐照度测量密切相关。地面上的太阳辐照每时每刻都在变化,这一变化不仅体现在总辐照度上,而且其内在的光谱辐照度细节也在不断的变化,这给最初的太阳电池测量带来了极大的困难。由于太阳电池是光谱选择性元件,其光电灵敏度随太阳光谱分布变化而变化,在总辐照度相同而光谱辐照度不同的光源下,太阳电池的电性能输出会有很大的不同。为了实现太阳电池测量量值的统一,国际电工委员会首先对标准太阳光谱辐照度进行了规定。所有地面用太阳电池的计量标准条件是采用AM1.5标准太阳光谱分布,本光谱分布数据来源于特定气象条件、大气吸收条件下的太阳光谱分布实测值。太阳电池测量除了要溯源到国家光辐照度基准外,还必须以本数据表作为测量的标准条件。

太阳电池的主要技术参数是太阳电池的光谱响应,短路电流和开路电压以及太阳电池的光电转换效率。作为太阳电池计量项目,通常进行如下两方面内容的测试工作—标准太阳电池在标准太阳光谱条件下的短路电流标定和在太阳模拟器下测量太阳电池的伏-安特性测量,进而计算出标准太阳光谱条件下太阳电池的光电转换效率。由于无法得到与标准AM1.5太阳光谱分布相一致的人工模拟光源,因此无法直接测量出太阳电池在标准太阳辐照条件下的短路电流。各太阳电池测量实验室通常采用非常复杂的方法实现太阳电池在标准AM1.5太阳光谱下的短路电流测量并溯源到国际光辐照度量值基准,这一过程就是所谓的太阳电池标定。太阳电池的I-V特性测量方法是,首先采用与被测太阳电池光谱响应相似的标准太阳电池来设定太阳模拟器的标准测试条件下的辐照度,然后在太阳模拟器下测量被测太阳电池的I-V特性曲线,由于被测太阳电池与标准太阳电池的光谱响应相似,因此这种替代测量方法可以克服掉由于太阳模拟器的光谱分布于标准AM1.5太阳光谱分布不匹配造成的光谱失配误差。

二、中国太阳电池测试技术发展

上世纪七十年代,天津电源研究所在太阳电池研究开发应用的同时,投入了相当大的人力和物力,建立了太阳电池测量实验室,开始了太阳电池的标定与测试技术的研究工作。主要的测试设备包括国产和进口的A级太阳模拟器,用于电性能测量并开发了基于锁相放大技术的太阳电池光谱响应测量系统。最初目标是建立准确的一级标准太阳电池作为全行业太阳电池的计量基准。在此期间,各种太阳电池标定技术得到了充分开发,主要包括高山标定,地面光谱标定、实验室内光谱标定,飞机标定,航天飞机标定等多项标定技术都得到了开发和尝试,最终形成了天津电源研究所的标准太阳电池体系,天津电源研究所的标准太阳电池在中国大陆得到了广泛的推广和应用。

八十年代初期,中国的太阳电池测试技术已经逐渐成熟。作为一个新兴的行业,必须开展产品、计量方面的标准化工作,于是组织了全行业的太阳电池测试专家成立了全国光伏能源系统标准化委员会,专门负责太阳电池测量、测试和产品质量方面的标准起草和制定工作。最初的目标是为了实现太阳电池产品的全行业量值统一,先后制定了“太阳电池标定方法”,“单晶硅太阳电池总规范”,“空间用太阳电池温度系数测量方法”,“单晶硅太阳电池总规范”,“地面用太阳电池组件的环境实验方法”,“地面用标准太阳电池”,“空间用标准太阳电池”,“光谱标准太阳电池”和“太阳模拟器总规范”等几十项国家标准,这些标准起到了统一量值,促进产品质量提高的作用。

三、中国太阳电池测试技术达到国际先进水平

九十年代初期,国家投入专项技术改造资金,改造天津电源研究所的太阳电池测试实验室,建立了一套一级标准太阳电池计量装置。主要包括实验室内一级标准太阳电池标定系统和二级标准太阳电池量值传递系统,大大的提高了该实验室的太阳电池测试水平和能力。在此基础上成立了信息产业部电子205计量站,专门从事太阳电池的检测计量工作,为中国太阳电池行业提供准确的检测计量测试服务。

太阳电池的量值统一在全世界也是一个待解的难题。为此国际先进太阳电池测试实验室试图通过国际比对来实现全世界的太阳电池量值统一。最著名和最成功的一次国际比对是PEP`93国际标准太阳电池比对,这是美国能源部的项目。由美国可再生能源试验室牵头,全世界有十个国家的十三个著名太阳电池测试实验室参加。每个实验室提供两个没有标定数据的标准太阳电池标样,全部23个标准太阳电池通过各个实验室的背靠背标定后形成国际太阳电池基准WPVS(world photovoltaic scale)。天津电源研究所(信息产业部205计量站)参加了本次标准太阳电池国际比对活动。通过筛选,最终只有四个与平均值接近的实验室的数据被用作WPVS的量值,这四个实验室分别是NREL(美国)、JQA(日本)、PTB(德国)和天津电源研究所。这四家实验室同时也具有了今后世界光伏计量基准WPVS的再标定资格。

现在,这套太阳电池标准(WPVS)已经成为全世界太阳电池行业广泛应用的标准。由于天津电源研究所的积极推广,中国太阳电池行业现在普遍采用WPVS作为测试标准。值的一提的是,通过本次比对活动, 205计量站的太阳电池测试能力已得到国际同行的认可。205计量站已经具备标定太阳电池(制作标准)和传递太阳电池标准的能力。 205计量站也是全球环境基金/中国可再生能源发展促进项目的太阳电池检测实验室,现正升级实验室的能力进行太阳电池组件按国际标准IEC61215进行检测。

四、与时俱进 等同采用IEC标准

作为新兴的行业,太阳电池产品的种类和性能变化非常快,与之相适应的太阳电池测试技术却没有能够立即跟上。例如,多结太阳电池测试技术。近几年大陆研制出各种多结太阳电池新品,对于多结太阳电池,如果还采用传统的太阳电池测试设备,必将产生无法估量的测试误差。现在急需研制多结太阳电池测试技术和开发用于多结太阳电池测量的光谱可调超级太阳模拟器。

另外,随着产业规模的扩大,整个行业已经与国际接轨,因此必须尽快抓紧落实国际标准的等同采用工作。是太阳电池标准化工作为大陆的太阳电池产业做出更大的贡献。

作者简介:

王玉学:1983年毕业于哈尔滨工业大学应用光学及光学工程专业,毕业后主要从事太阳能电池计量及地面光伏工程工作,先后完成“太阳电池一级计量装置”的建立,主编“光谱标准太阳电池”国家标准,各种标准太阳电池的标定工作,代表天津电源研究所参加PEP’93国际标准电池的比对,双结太阳电池的电池标准测量装置的研制,多次赴新疆、西藏、甘肃等地参加光伏电站的施工建设工作。现任天津电源研究所第十研究室付主任。
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