太阳能光伏作为新兴行业,产品种类和性能变化迅速。至2017年,全世界的光伏组件年产量突破70吉瓦。光伏产品的研发,制备、以及贸易环节对量值的准确性要求越来越高。可以说,太阳能光伏行业领域中从生产线的电池片制备到最后光伏电站的验收,都离不开计量工作的支撑。
太阳能光伏计量工作包括太阳电池光谱响应度(量子效率)测量装置、标准太阳电池、太阳电池片、标准组件、太阳模拟器性能测试、IV测试仪、总辐射表以及户外光伏发电计量技术等装置、装备、器具、方法等。它的基本量值传递途径为:从低温辐射计(以陷阱探测器为传递样品)→光电探测器相对光谱响应度工作基准装置→标准太阳电池校准装置→太阳电池(光伏组件)IV性能校准装置→户外光伏组件(光伏电站)性能参数校准装置。
标准太阳校准装置目的是获得太阳电池量子效率(光谱响应度);并且可以通过差分光谱响应度方法计算出标准太阳电池的标定值。它是在光电探测器相对光谱响应度工作基准装置(见光谱辐射功率响应度校准部分)的基础上发展起来的,并溯源至光学领域的最高标准——低温辐射计(见低温辐射计)。单晶硅、多晶硅太阳电池,染料敏化纳米薄膜太阳电池,Ge衬底多结太阳电池的基础研究都需要其作为基础。标准太阳电池的标定值用于确定太阳光或太阳模拟器的光辐射照度,常用于作为判断标准条件(25℃、AM1.5G)下太阳光强1000瓦/平方米的依据,具体方法参考《太阳电池校准规范:光谱响应度(JJF 1655)》。
太阳电池片性能是提高最终光伏发电效率的关键部分。各企业机构都致力于提升太阳电池片的效率,在21世纪10年代应用最广的晶硅电池技术中,包括PERC、N型,双面、HIT等半导体材料技术,以及半片、反光焊带、叠瓦等工艺技术都被广泛应用。如何精准计量并评判它们的增效作用也对计量提出了严峻考验;标准组件溯源的来源各不相同,测量原理不同,容易导致测量的偏差较大,这与行业对组件标称功率的准确度要求也相差甚远。详细方法可见《太阳电池校准规范:光电性能(JJF 1622)》。
电池片和组件的测试仪器主要是太阳模拟器和IV测试仪,太阳模拟器有稳态、瞬态、漫射光,直射光、不同时域曲线的区别;IV测试仪分为绝对测量和相对测量两种。针对其光谱失配、不均匀性、不稳定性,可参考校准规范《太阳模拟器校准规范(JJF 1615)》,评判其是否达到了相应等级。
光伏电站的实际应用都是在户外条件下进行的,因此对太阳光伏组件及阵列的户外计量技术研究很关键。需要关注如总辐射表,直接辐射表,光谱仪,千伏高压IV测试仪器,温度计、风速计等的测试,根据户外非标准条件测试数据推导出标准条件下发电功率等关键技术,也是行业人员需要关注的热点。