標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下最大功率的測(cè)量不確定度評(píng)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下最大功率的測(cè)量不確定度評(píng)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，組件性能測(cè)量試驗(yàn)是光伏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室非常典型的重要測(cè)試項(xiàng)目，所以有必要進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)估。本文按JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)估與表示》規(guī)定的方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況對(duì)某項(xiàng)目中最大功率進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)估。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)組件、溫度測(cè)量、光譜響應(yīng)偏差、模擬器I-V特性和組件重復(fù)性測(cè)量對(duì)不確定度的影響較大。為了減小最大功率測(cè)量的不確定度，在測(cè)量光伏組件最大功率時(shí)，人們應(yīng)該選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，提高溫度測(cè)量準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件；組件性能測(cè)試；光伏組件；不確定度；評(píng)定

隨著國(guó)內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，光伏檢測(cè)技術(shù)的重要性日益突出。光伏行業(yè)最關(guān)注、最重要的是功率，因?yàn)樗且磺匈Q(mào)易結(jié)算、功率衰減以及發(fā)電量大小的基礎(chǔ)[1]。

根據(jù)ISO/IEC 17025-2005《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》規(guī)定，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備不確定度的程序[2]；此外，CNAS-CL07-2015《測(cè)量不確定的要求》也規(guī)定了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力對(duì)每一項(xiàng)有數(shù)值要求的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)估，以及在適當(dāng)情況下檢測(cè)報(bào)告必須提供測(cè)量結(jié)果的不確定度[3]。

測(cè)量不確定度用于表征合理賦予被測(cè)量之值的分散性，是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果有著重要的意義[4]。不確定越小，測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值越接近，測(cè)量水平越高，其使用價(jià)值也越高；不確定度越大，測(cè)量結(jié)果的使用價(jià)值越低[5]。因此，為確保有效性，實(shí)驗(yàn)室在參與能力驗(yàn)證時(shí)提供測(cè)量不確定度值。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下組件性能測(cè)量試驗(yàn)是光伏檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室非常典型和重要的測(cè)試項(xiàng)目，現(xiàn)根據(jù)我實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等實(shí)際情況，筆者對(duì)某項(xiàng)目中功率的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)估。

1 不確定度分析

在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的性能測(cè)試時(shí)，不確定度來(lái)源有11項(xiàng)：（1）重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度，可以用A類方法評(píng)定；（2）模擬器光源光譜與標(biāo)準(zhǔn)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(shí)不穩(wěn)定度引入的不確定度分量；（5）模擬器I-V特性測(cè)試部分（電子負(fù)載分辨率及儀器的電學(xué)性能誤差）引入的不確定度分量；（6）標(biāo)準(zhǔn)組件引入的不確定度分量；（7）測(cè)試組件和標(biāo)準(zhǔn)組件之間的光譜響應(yīng)偏差引入的不確定度分量；（8）溫度測(cè)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(cè)量接觸電阻引入的不確定度分量。

上述11個(gè)不確定度分項(xiàng)中，第1項(xiàng)采用A類方法進(jìn)行評(píng)定；第2、3、4項(xiàng)是模擬器光源的引入誤差，因設(shè)備定期校準(zhǔn)及期間核查，能夠確保滿足AAA等級(jí)，因此由模擬器光源的引入不確定度分量暫不考慮；第5項(xiàng)按照設(shè)備說(shuō)明書(shū)技術(shù)參數(shù)用B類方法進(jìn)行評(píng)定；第6、7項(xiàng)根據(jù)校準(zhǔn)報(bào)告用B類方法進(jìn)行評(píng)定；第8項(xiàng)按設(shè)備計(jì)量報(bào)告用B類方法進(jìn)行評(píng)定；第9項(xiàng)在組件安裝時(shí)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(xiàng)組件在測(cè)量前在25℃溫度下恒溫預(yù)處理8 h以上，組件溫度控溫均勻，有此項(xiàng)引入的不確定度分量基本消除；第11項(xiàng)定期進(jìn)行測(cè)試線接頭檢查，確保接頭無(wú)氧化、磨損、潔凈，由測(cè)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(píng)定

2.1 測(cè)試項(xiàng)目

依據(jù)IEC 61215－2005《地面用晶體硅光伏組件（PV）——設(shè)計(jì)鑒定和定型》[6]，采用Halm Cetis PV-XG2-M AAA瞬態(tài)模擬器，測(cè)量某品牌光伏組件的I-V特性。

2.2 測(cè)試方法

用標(biāo)準(zhǔn)組件對(duì)AAA瞬態(tài)模擬器進(jìn)行校準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)組件校準(zhǔn)模擬器調(diào)整測(cè)試平面上的輻照度，使參考組件的短路電流達(dá)到標(biāo)定值；將測(cè)試組件安裝在AAA瞬態(tài)模擬器上，使得測(cè)試組件與監(jiān)控電池片在同一平面；在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（光源輻照度1 000 W/m2，組件溫度25℃，IEC 60904-3要求的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜輻照度分布）下，測(cè)量光伏組件的I-V特性。

2.3 數(shù)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定

最大功率重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel主要來(lái)源于不同操作人員、不同操作時(shí)間、組件安裝幾何位置、組件溫度以及測(cè)溫?zé)犭娕嘉恢煤蜏y(cè)試線接頭松緊程度，其為A類不確定度。本測(cè)試由同一人員在相同條件下對(duì)同一組件重復(fù)進(jìn)行5次最大功率測(cè)試，重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5次最大功率重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)

單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差（貝塞爾公式）：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差：Pmp測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)不確定度：

2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定

2.5.1 太陽(yáng)模擬器I-V特性測(cè)試部分引入的不確定度u1rel

根據(jù)設(shè)備說(shuō)明書(shū)技術(shù)參數(shù)，人們可以得到I-V特性測(cè)試部分的精確度為±0.05%，服從矩形分布，因此相對(duì)不確定度為：

2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)組件本身引入的相對(duì)不確定度u2rel

本次測(cè)量使用的標(biāo)準(zhǔn)組件的計(jì)量報(bào)告中測(cè)試結(jié)果的不確定度為2.2%（K=2）。因此，相對(duì)不確定度為：

2.5.3 測(cè)試組件和標(biāo)準(zhǔn)組件之間的光譜響應(yīng)偏差引入的相對(duì)不確定度u3rel

測(cè)量時(shí)采用與測(cè)試組件具有相同光譜響應(yīng)特性的標(biāo)準(zhǔn)組件（標(biāo)準(zhǔn)組件與測(cè)試組件均為多晶硅組件），根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，其檢測(cè)結(jié)果的偏差通常不超過(guò)±1%。假定偏差所引起的誤差服從均勻分布，其相對(duì)不確定度為：

2.5.4 組件溫度測(cè)量引入的相對(duì)不確定度u4rel

由于組件溫度是由34970A數(shù)據(jù)采集儀和T型熱電偶共同測(cè)量的，因此人們需要將以上兩種儀器引入的不確定度進(jìn)行合成。

（1）由34970A數(shù)據(jù)采集儀的計(jì)量報(bào)告可知，擴(kuò)展不確定度Ua=0.2℃，K=2，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

uarel=（t為測(cè)試時(shí)，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（2）由T型熱電偶的計(jì)量報(bào)告可知，擴(kuò)展不確定度Ub=0.3℃，K=2，引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)不確定度為：

ubrel=（t為測(cè)試時(shí)，IEC 60904-3要求的組件溫度為25℃）

（3）將以上兩者合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.6 計(jì)算Pmp的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（Pmp）

2.6.1 相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.6.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.7 計(jì)算Pmp的擴(kuò)展不確定度U

取包含因子K=2，置信概率為95%。

擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)論

本文在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下對(duì)光伏組件最大功率的測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)組件、溫度測(cè)量、光譜響應(yīng)偏差、模擬器I-V特性和組件重復(fù)性測(cè)量對(duì)不確定度的影響較大。因此，在測(cè)量光伏組件最大功率時(shí)，人們應(yīng)該盡量選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，提高溫度測(cè)量準(zhǔn)確性，從而減小最大功率測(cè)量的不確定度。

1 孟海鳳，張俊超，葉馮俊，等.新型太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量技術(shù)研究進(jìn)展[J].影像科學(xué)與光化學(xué)，2016，34（5）：389-401.

2 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).ISO/IEC 17025-2005 檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

3 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-CL07-2015測(cè)量不確定的要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

4 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)估與表示[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

5 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示指南[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.

6 中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.IEC 61215-2005 地面用晶體硅光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(qū)財(cái)政支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：寧財(cái)（建）指標(biāo)（2011）395號(hào)）、2011年度寧夏外貿(mào)公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：寧財(cái)（企業(yè)）指標(biāo)（2011）272號(hào)）的階段性研究成果之一。

安曉君（1977-），男，甘肅鎮(zhèn)原人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從事光伏產(chǎn)品檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理工作。