标准测试条件下最大功率的测量不确定度评估

安晓君，李 元，侯宝峰

（宁夏新能源研究院（有限公司），银川 750021）

标准测试条件下最大功率的测量不确定度评估

安晓君，李 元，侯宝峰

（宁夏新能源研究院（有限公司），银川 750021）

标准测试条件下，组件性能测量试验是光伏检测实验室非常典型的重要测试项目，所以有必要进行测量不确定度评估。本文按JJF 1059.1-2012《测量不确定度评估与表示》规定的方法，结合实验室实际情况对某项目中最大功率进行测量不确定度评估。结果表明，标准组件、温度测量、光谱响应偏差、模拟器I-V特性和组件重复性测量对不确定度的影响较大。为了减小最大功率测量的不确定度，在测量光伏组件最大功率时，人们应该选用相应的标准组件，提高温度测量准确性。

标准测试条件；组件性能测试；光伏组件；不确定度；评定

随着国内外光伏产业的快速发展，光伏检测技术的重要性日益突出。光伏行业最关注、最重要的是功率，因为它是一切贸易结算、功率衰减以及发电量大小的基础[1]。

根据ISO/IEC 17025-2005《检测和校准实验室能力的通用要求》规定，检测实验室应具备不确定度的程序[2]；此外，CNAS-CL07-2015《测量不确定的要求》也规定了检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估，以及在适当情况下检测报告必须提供测量结果的不确定度[3]。

测量不确定度用于表征合理赋予被测量之值的分散性，是与测量结果相联系的参数，对检测结果有着重要的意义[4]。不确定越小，测量结果与被测量真值越接近，测量水平越高，其使用价值也越高；不确定度越大，测量结果的使用价值越低[5]。因此，为确保有效性，实验室在参与能力验证时提供测量不确定度值。

标准测试条件下组件性能测量试验是光伏检测实验室非常典型和重要的测试项目，现根据我实验室仪器设备等实际情况，笔者对某项目中功率的测量不确定度进行评估。

1 不确定度分析

在进行标准测试条件下的性能测试时，不确定度来源有11项：（1）重复性测量引入的不确定度，可以用A类方法评定；（2）模拟器光源光谱与标准光谱（AM1.5）的匹配性引入的不确定度分量；（3）模拟器光源的照度不均匀度引入的不确定度分量；（4）模拟器光源的瞬时不稳定度引入的不确定度分量；（5）模拟器I-V特性测试部分（电子负载分辨率及仪器的电学性能误差）引入的不确定度分量；（6）标准组件引入的不确定度分量；（7）测试组件和标准组件之间的光谱响应偏差引入的不确定度分量；（8）温度测量引入的不确定度分量；（9）组件安装几何位置和角度引入的不确定度分量；（10）组件温度不均匀引入的不确定度分量；（11）测量接触电阻引入的不确定度分量。

上述11个不确定度分项中，第1项采用A类方法进行评定；第2、3、4项是模拟器光源的引入误差，因设备定期校准及期间核查，能够确保满足AAA等级，因此由模拟器光源的引入不确定度分量暂不考虑；第5项按照设备说明书技术参数用B类方法进行评定；第6、7项根据校准报告用B类方法进行评定；第8项按设备计量报告用B类方法进行评定；第9项在组件安装时组件采用夹具固定，安装支架与光源垂直，安装位置始终确保定位不变，基本上消除了安装几何位置和角度引入的不确定度分量；第10项组件在测量前在25℃温度下恒温预处理8 h以上，组件温度控温均匀，有此项引入的不确定度分量基本消除；第11项定期进行测试线接头检查，确保接头无氧化、磨损、洁净，由测量接触电阻引入的不确定度分量基本消除。

2 不确定度的评定

2.1 测试项目

依据IEC 61215－2005《地面用晶体硅光伏组件（PV）——设计鉴定和定型》[6]，采用Halm Cetis PV-XG2-M AAA瞬态模拟器，测量某品牌光伏组件的I-V特性。

2.2 测试方法

用标准组件对AAA瞬态模拟器进行校准，用标准组件校准模拟器调整测试平面上的辐照度，使参考组件的短路电流达到标定值；将测试组件安装在AAA瞬态模拟器上，使得测试组件与监控电池片在同一平面；在标准测试条件（光源辐照度1 000 W/m2，组件温度25℃，IEC 60904-3要求的标准太阳光谱辐照度分布）下，测量光伏组件的I-V特性。

2.3 数学模型

式中：Pmp为组件功率（W）；I为组件电流（A）；U为组件电压（V）；G为光源辐照度（W/m2）；T为组件温度（℃）。

2.4 标准不确定度的A类评定

最大功率重复性测量引入的不确定度urel主要来源于不同操作人员、不同操作时间、组件安装几何位置、组件温度以及测温热电偶位置和测试线接头松紧程度，其为A类不确定度。本测试由同一人员在相同条件下对同一组件重复进行5次最大功率测试，重复测量数据如表1所示。

表1 5次最大功率重复测试数据

单次测量的标准偏差（贝塞尔公式）：

标准不确定度：

平均值标准偏差：Pmp测量重复性引入的标准不确定度为：

相对不确定度：

2.5 标准不确定度的B类评定

2.5.1 太阳模拟器I-V特性测试部分引入的不确定度u1rel

根据设备说明书技术参数，人们可以得到I-V特性测试部分的精确度为±0.05%，服从矩形分布，因此相对不确定度为：

2.5.2 标准组件本身引入的相对不确定度u2rel

本次测量使用的标准组件的计量报告中测试结果的不确定度为2.2%（K=2）。因此，相对不确定度为：

2.5.3 测试组件和标准组件之间的光谱响应偏差引入的相对不确定度u3rel

测量时采用与测试组件具有相同光谱响应特性的标准组件（标准组件与测试组件均为多晶硅组件），根据试验经验与文献数据，其检测结果的偏差通常不超过±1%。假定偏差所引起的误差服从均匀分布，其相对不确定度为：

2.5.4 组件温度测量引入的相对不确定度u4rel

由于组件温度是由34970A数据采集仪和T型热电偶共同测量的，因此人们需要将以上两种仪器引入的不确定度进行合成。

（1）由34970A数据采集仪的计量报告可知，扩展不确定度Ua=0.2℃，K=2，引入的标准不确定度为：

uarel=（t为测试时，IEC 60904-3要求的组件温度为25℃）

（2）由T型热电偶的计量报告可知，扩展不确定度Ub=0.3℃，K=2，引入的标准不确定度为：

相对不确定度为：

ubrel=（t为测试时，IEC 60904-3要求的组件温度为25℃）

（3）将以上两者合成相对标准不确定度为：

2.6 计算Pmp的合成标准不确定度uc（Pmp）

2.6.1 相对合成标准不确定度

2.6.2 合成标准不确定度

2.7 计算Pmp的扩展不确定度U

取包含因子K=2，置信概率为95%。

扩展不确定度为：

3 结论

本文在标准测试条件下对光伏组件最大功率的测量不确定度进行评定。结果表明，标准组件、温度测量、光谱响应偏差、模拟器I-V特性和组件重复性测量对不确定度的影响较大。因此，在测量光伏组件最大功率时，人们应该尽量选用相应的标准组件，提高温度测量准确性，从而减小最大功率测量的不确定度。

1 孟海凤，张俊超，叶冯俊，等.新型太阳电池光电转换效率测量技术研究进展[J].影像科学与光化学，2016，34（5）：389-401.

2 中国合格评定国家认可委员会.ISO/IEC 17025-2005 检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京：中国标准出版社，2016.

3 中国合格评定国家认可委员会.CNAS-CL07-2015测量不确定的要求[S].北京：中国标准出版社，2015.

4 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012测量不确定度评估与表示[S].北京：中国标准出版社，2012.

5 中华人民共和国国家质量技术监督局计量司.测量不确定度评定与表示指南[M].北京：中国计量出版社，2000.

6 中华人民共和国信息产业部.IEC 61215-2005 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型[S].北京：中国标准出版社，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年度宁夏回族自治区财政支持新能源产业发展专项项目（项目编号：宁财（建）指标（2011）395号）、2011年度宁夏外贸公共服务平台建设项目（项目编号：宁财（企业）指标（2011）272号）的阶段性研究成果之一。

安晓君（1977-），男，甘肃镇原人，硕士研究生，高级工程师，从事光伏产品检测及实验室质量管理工作。