ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ПРИБОРЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Методики коррекции по температуре и энергетической освещенности результатов измерения вольт-амперной характеристики

IEC 60891:2009

Photovoltaic devices - Procedures for temperature and irradiance corrections to measured l-V characteristics

(IDT)

Издание официальное

ГОСТ Р МЭК 60891-2013

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГУП «ВНИИОФИ») на основе аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 «Эталоны и поверочные схемы»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. № 1757-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 60891:2009 «Приборы фотогальванические. Методики коррекции по температуре и освещенности результатов измерения вольт-амлерной характеристики» (IEC 60891:2009 «Photovoltaic devices • Procedures for temperature and irradiance corrections to measured l-V characteristics»)

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 - 2004 (подраздел 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правипа применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты». а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost ru)

© Стандартинформ. 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений ПРИБОРЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ Методики коррекции

по температуре и энергетической освещенности результатов измерения вольт-амперной характеристики

State system for ensuring the uniformity of measurements Photovoltaic devices Procedures for temperature and irradiance corrections to measured current voltage characteristics

Дата введения — 2015—07—01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методики коррекции по температуре и энергетической освещенности результатов измерения вольт - амперных характеристик (ВАХ) фотоэлектрических приборов. Стандарт также устанавливает методики определения параметров, используемых при данной коррекции. Требования к измерению ВАХ фотоэлектрических приборов изложены в МЭК 60904-1.

Примечания:

1    К фотоэлектрическим приборам относят единичный солнечный элемент с защитным покрытием или без. сборка солнечных элементов и модуль Для разных типов приборов применяются различные наборы параметров коррекции ВАХ Несмотря на то. что температурные коэффициенты для модуля (или сборки элементов) могут быть вычислены из результатов измерений единичного элемента, следует отметить, что для модуля и сборки элементов должны быть отдельно измерены внутреннее последовательное сопротивление и коэффициент кор-рекции кривой

2    Термин «испытуемый образец» используют применительно к любому из этих приборов

3    При использовании параметров коррекции ВАХ следует учитывать, что эти параметры являются верными для того фотоэлектрического прибора, для которого они были измерены Для изделий одной партии или изделий одного типа их значения могут быть разными

2    Нормативные ссылки

Международные стандарты, на которые приведены ссылки, являются обязательными для применения настоящего стандарта В отношении датированных ссылок действительно только указанное издание. В отношении недатированных ссылок действительно последнее издание публикации (включая любые изменения), на которую дается ссылка.

МЭК 60904-1 2006 Приборы фотоэлектрические. Часть 1. Измерение вольт-амперных характеристик

МЭК 60904-2 2007 Приборы фотоэлектрические Часть 2. Требования к эталонным солнечным приборам

МЭК 60904-7: 2008 Приборы фотоэлектрические. Часть 7. Расчет поправки на спектральное несоответствие при измерениях фотоэлектрических приборов

МЭК 60904-9: 2007 Приборы фотоэлектрические. Часть 9. Требования к характеристикам имитаторов солнечного излучения

МЭК 60904-10: 2009 Приборы фотоэлектрические. Часть 10. Методы измерения линейности

3    Методики коррекции

3.1 Общие положения

Для коррекции результатов измерений ВАХ к другим условиям по температуре и энергетической освещенности, например к стандартным условиям испытаний (СУИ), могут быть использованы следующие три методики. Первая совпадает с методикой, которая изложена в первой редакции настоящего стандарта (МЭК 891:87), отличие состоит в более удобной форме записи ее уравнений. Вторая методика является альтернативной методу алгебраической коррекции, который дает хорошие результаты при больших (>20 %) поправках на энергетическую освещенность. Реализация каждой из двух методик требует знания параметров фотоэлектрического прибора, которые необходимо определить до проведения коррекции. Третья методика представляет собой процедуру интерполяции и не требует знания параметров коррекции. Методику можно применять, если измерены, по меньшей мере.

Издание официальное

три кривые ВАХ испытуемого прибора. Эти три ВАХ охватывают диапазон температур и энергетических освещенностей, в котором применима данная методика.

Все методы применимы к приборам с линейной характеристикой тока короткого замыкания согласно определению, изложенному в МЭК 60904-10.

Примечания

1    Для проводимых при коррекции ВАХ преобразований требуется оценка точности нахождения преобразованной ВАХ при выполнении коррекции (см раздел 7)

2    Все фотоэлектрические приборы должны обладать линейными характеристиками в ограниченном диапазоне значений энергетической освещенности и температуры прибора Детальное описание приведено в МЭК 61853-1.

Общим требованием для реализации всех методик является измерение ВАХ в соответствие с МЭК 60904-1.

Энергетическую освещенность G. как правило, вычисляют по измеренному току короткого замыкания /«j эталонного фотоэлектрического прибора, в соответствии с МЭК 60904-2 и его калибровочному значению /*, суиэ ^пР^и стандартных условиях испытаний (СУИ). Для учета температуры 7, эталонного прибора требуется введение поправки, содержащей специфический относительный температурный коэффициент эталонного прибора а,(1/°С), который задается при 25°С и 1000 Вт/м

Спектральная характеристика эталонного фотоэлектрического прибора должна соответствовать испытуемому образцу. В противном случае должен быть выполнен расчет поправки на спектральное несоответствие согласно МЭК 60904-7. Во всем представляющем интерес диапазоне энергетической освещенности эталонный прибор должен иметь линейную характеристику тока короткого замыкания, определяемую в соответствии с МЭК 60904-10.

3.2 Методика коррекции 1

Коррекцию измеренной ВАХ для приведения к СУИ или другим выбранным значениям температуры и энергетической освещенности выполняют с применением следующих уравнений преобразования:

где Vi - координаты точек на измеренной характеристике;

h- Уг - координаты соответствующих точек на скорректированной характеристике:

Gi - энергетическая освещенность, измеренная эталонным прибором;

G? - энергетическая освещенность при СУИ или другая требуемая энергетическая освещенность:

7i - измеренная температура испытуемого образца;

Т₂ - температура при СУИ или другая требуемая температура:

/„ - ток короткого замыкания испытуемого образца, измеренный при Gi и 7,; а и /3 - температурные коэффициенты тока и напряжения испытуемого образца в представляющем интерес температурном диапазоне для энергетической освещенности при СУИ или другой заданной энергетической освещенности;

R_n - внутреннее последовательное сопротивление испытуемого образца; к - коэффициент коррекции кривой.

Примечания:

1    Поскольку при переходе от меньшего значения энергетической освещенности к большему точка на оси токов, изображающая напряжение холостого хода (Ли , сместится с оси токов, следует определить смещенное значение (Л*г путем линейной экстраполяции с использованием, по меньшей мере, трех экспериментальных точек, расположенных вблизи и ниже точки (Ли. Другим способом является измерение исходной ВАХ достаточно далеко за пределами значения (Л,i-

2    Размерности всех параметров коррекции должны быть согласованы

3    Если испытуемый образец представляет собой модуль, параметры коррекции ВАХ элемента могут быть найдены из схемы соединения элементов Параметры коррекции ВАХ элемента могут быть использованы для расчета параметров коррекции ВАХ других модулей, использующих такие же элементы

ГОСТ Р МЭК 60891-2013

4 Для фотоэлектрических приборов из кристаллического кремния параметр о обычно принимает положительное значение, а параметр (3 - отрицательное

Методики определения параметров коррекции ВАХ испытуемого образца описаны в разделах 4-6.

Уравнение (1) применимо только в том случае, когда энергетическая освещенность остается постоянной в течение всего процесса измерения ВАХ. Для импульсных солнечных имитаторов с ослабевающим уровнем энергетической освещенности или любым другим видом колебаний величины энергетической освещенности в процессе измерения ВАХ уравнение (1) в данном виде неприменимо. В этом случае корректируют каждое полученную ВАХ к эквивалентной ВАХ для неизменного значения энергетической освещенности путем введения масштабного фактора перед /_м. С практической точки зрения масштабный фактор удобно привязывать к значению энергетической освещенности, которая наблюдается в момент измерения /₀. В результате введения масштабного фактора уравнение преобразования (1) в случае непостоянной энергетической освещенности принимает следующий вид

(3)

где G,j - значение энергетической освещенности в момент измерения /₀; G*. - значение энергетической освещенности в момент измерения ВАХ в конкретной точке (Л. Vi).

3.3 Методика коррекции 2

Настоящая методика основана на упрощенной однодиодной модели фотоэлектрического прибора. В этом случае полуэмпирические уравнения преобразования содержат пять параметров коррекции ВАХ. которые могут быть найдены в результате измерения ВАХ в условиях различных значений температуры и энергетической освещенности. Наряду с температурным коэффициентом тока короткого замыкания а и температурным коэффициентом напряжения холостого хода /3 , как правило, используют дополнительный температурный коэффициент /. который позволяет учесть изменение внутреннего последовательного сопротивления (и коэффициента заполнения ВАХ) при изменении температуры.

Настоящая методика коррекции определяется следующими уравнениями для тока и напряжения:

где /,. 1Л - координаты точек измеренной ВАХ;

/₂. V? - координаты соответствующих точек скорректированной ВАХ;

G1 - энергетическая освещенность, измеренная эталонным прибором;

G: - требуемая энергетическая освещенность для скорректированной ВАХ;

Ту - измеренная температура испытуемого образца;

Т₂ - требуемая температура испытуемого образца;

U„у - напряжение холостого хода испытуемого образца при СУИ;

о₀тн и &ТН - относительный температурный коэффициент тока и относительный температурный коэффициент напряжения испытуемого образца, измеряемого при энергетической освещенности, равной 1000 Вт/м*. Значения этих коэффициентов связаны со значениями тока короткого замыкания и напряжения холостого хода при СУИ;

а - фактор коррекции по энергетической освещенности для напряжения холостого хода, который связан с тепловым напряжением О рл-перехода диода и количеством последовательно соединенных в модуле элементов лп;

R'п - внутреннее последовательное сопротивление испытуемого образца;

к -температурный коэффициент внутреннего последовательного сопротивления /?'_п.

Примечания:

1    Типичным значением фактора коррекции по освещенности является а=0,06

2    Следует учитывать, что численное значение для R'_n в методике 2 может отличаться от численного значения для Rn в методике 1.

3

3.4. Методика коррекции 3 3.4.1. Общие замечания

Настоящая методика основана на линейной интерполяции или экстраполяции двух измеренных ВАХ. В методике используются, по меньшей мере, две ВАХ. и при этом не требуются параметры коррекции или параметры приближения. Измеренную ВАХ корректируют к СУИ или условиям с другими значениями температуры и энергетической освещенности с использованием следующих уравнений:

К,-К,+«■(»'-К,);

Пары (/i.Vi) и (/₂, Vj) выбирают из условия: /₂ - /,= /_о2 - /_о1,

где /,. V, - координаты точек на характеристике, измеренной при энергетической освещенности Gi и температуре Тй

/₂, У₂ - координаты точек на характеристике, измеренной при энергетической освещенности G? и температуре Т₂;

/₃, l/з - координаты соответствующих точек на скорректированной характеристике при энергетической освещенности G₃ и температуре Т₃;

/«I, /„г - измеренные токи короткого замыкания испытуемого образца;

а - постоянная интерполяции, связанная со значениями энергетической освещенности и температуры следующим образом:

Gj = (/, + Cl • (d ₂ — G,); T, = T_l+a(T₂-T,).

Настоящая методика применима к фотоэлектрическим приборам почти всех технологий изготовления. Уравнения (6)-(9) могут быть использованы для коррекции по энергетической освещенности. коррекции по температуре, а также для коррекции одновременно по энергетической освещенности и температуре.

3.4.2 Коррекция по энергетической освещенности и температуре с использованием двух измеренных ВАХ

Методика коррекции ВАХ к энергетической освещенности и температуре (<5э.7з) с использованием двух ВАХ, измеренных при освещенностях и температурах (Gi.Ti) и (G?.7"₂), заключается в следующем [рисунки 1(a) и 1(b)).

a)    Измеряют две ВАХ при значениях энергетической освещенности и температуры равных Gi, 7, и G₂, Т: соответственно [непрерывные кривые на рисунке 1(a)). Находят значения /_о1 и /_м2.

b)    Находят постоянную интерполяции а из уравнений (8) и (9). Например, пусть эти две ВАХ были измерены при:

G,=1000 Вт/м² и 7,=50°С

G_:=500 Вт/м² и 7_:=40°С.

Пусть представляющая интерес энергетическая освещенность G3=800 Вт/м². Тогда из уравнения (8) получаем значение а. равное 0.4. Используя уравнения (9). находим: 7₃=46^>С.

c)    Выбирают точку (У_ь Л) на первой ВАХ. На второй ВАХ находят точку (\/₂, /₂) таким образом, чтобы выполнялось соотношение: /₂ - /,= /_о2 - /«i (рисунок 1 (Ь).

d)    Находят /₃ и Из из уравнений (6) и (7).

e)    Выбирают несколько точек (Й-. /,) на первой ВАХ и для кахщой из них вычисляют (И₃. /₃) в соответствии с перечислениями с) и d).

0 Набор найденных точек (У₃, /₃) [пунктирная кривая на рисунке 1(b)) задает третью ВАХ при энергетической освещенности G₃ и температуре 7₃.

рисунки 1(a) и 1(b) иллюстрируют пример коррекции по энергетической освещенности. Рисунок 1(c) - пример коррекции по температуре. Рисунок 1(d) иллюстрирует коррекцию одновременно по энергетической освещенности и температуре. В случае, когда 0 < а < 1. методика представляет собой интерполяцию. В противном случае - экстраполяцию.

Следует отметить, что при фиксированных значениях Gi. G₂, 7, и Т₂. значения G₃ и 7₃ не могут быть выбраны независимо, поскольку связаны соотношениями (8) и (9) (рисунок 2). Например, когда Gi=1000 Вт/м , 7i=20°C. G_:=0 Вт/м² и 7_:=60°С («темновая» ВАХ при 60°С) и надо получить новую кривую при G₃=750 Вт/м^:. то из уравнения (8) определяют значение фактора з=0.25. Следовательно, значение 7₃ должно быть равным 30°С согласно уравнению (9).

ГОСТ РМЭК 60891—2013

Примечания:

1    Интерполяция обычно дает лучшие результаты, нежели экстраполяция

2    В случае, когда /₀i * /02 и требуется получить скорректированную ВАХ в окрестности точки, изображающей напряжение холостого хода U_a, измеренные характеристики должны распространяться за эту точку

3    В случае, когда отсутствуют экспериментальные точки, для которых точно выполняется соотношение /₂ = Л ♦ (/u2 - /ui). значения и h могут быть найдены путем интерполяции по имеющимся экспериментальным точкам второй ВАХ

5

ГОСТРМЭК 60891—2013

Энергетическая освещенность

3.4.3 Коррекция к различным значениям энергетической освещенности и температуры с использованием трех ВАХ

Коррекция ВАХ к различным диапазонам энергетических освещенностей и температур возможна путем комбинирования действий по методике, приведенной в 3 4 2. Например, в случае, когда в распоряжении имеются три характеристики, измеренные при энергетических освещенностях и температурах. равных (G_a. Т₃). (Go. Т_ь) и (G_c. Т) [рисунок 3(a)), ВАХ при произвольных значениях энергетической освещенности и температуры (G_n. Т_п) может быть определена следующим образом.

a)    Характеристика при значениях (G_m, T_m) вычисляется при помощи характеристик при значениях (Ga, Та) И (Gc, То).

b)    Характеристика при значениях (G_n. Т_п) вычисляется при помощи характеристик при значениях (G_m, T_m) и (G_e. Тс).

Например, когда (G_a. Т_а). (G_c. Т_ь). (G_c. Т_с) и (G„. ТО имеют значения (950 Вт/м², 15°С). (850 Вт/м². 25°С), (1 100 Вт/м². 30°С) и (1000 Вт/м². 25°С). тогда (G_n. T_m) принимает значения (900 Вт/м\ 20°С).

6

ГОСТ РМЭК 60891—2013

•)

Рисунок 3 - Схематическая диаграмма процесса коррекции ВАХ к различным диапазонам энергетических освещенностей и температур, основанная на использовании трех измеренных ВАХ. Закрашенная область на рисунке (а) изображает диапазон, достижимый только путем интерполяции. Рисунок (Ь) иллюстрирует пример ВАХ, соответствующей рисунку 3(a).

3.4.4 Коррекция к различным значениям энергетической освещенности и температуры с использованием четырех ВАХ

Если известны четыре ВАХ, измеренные при энергетических освещенностях и температурах, равных (G₃, 7₃), (Go. 7>). (G_c, TJ и (G_d. 70 (рисунок 4). ВАХ при произвольных значениях энергетической освещенности и температуры (G_n. 7_Г) может быть получена следующим образом. Методика коррекции ВАХ применима в широком диапазоне значений энергетической освещенности и температуры. Несмотря на то. что пара ВАХ при значениях (G.T) и (G_r. 7_m) не является единственной в процессе нахоищения характеристики при (G„, 7_П), получают, как правило, хорошие результаты коррекции, если выполняется соотношение: (G, - G)/(G₃ - Go) = (G_c - G_n)/(G_C - G_a).

a)    Характеристику при значениях (G. 71) вычисляют с помощью характеристик при значениях (G₃, 7а) и (Gt>. 7>).

b)    Характеристику при значениях (G™, 7*0 вычисляют с помощью характеристик при значениях (G_c. 7с) и (G_d, 7_d).

c)    Характеристику при значениях (G„. 70 вычисляют с помощью характеристик при значениях (G,. 7) и (G,_r. 7_m).

Например, когда (G₃, ТА (G₆, 70. (G_c, 7_С) (G_d, 7_d) и (G,. 7_n) имеют значения (500 Вт/м*. 55°С), (400 Вт/м\ ЗГС), (1 100 Вт/м*. 60*С). (950 Вт/м^;. 32°С) и (800 Вт/м², 45°С). соответственно, тогда (G. 7) и (Gn. 7л) принимают значения (450 Вт/м², 43X) и (975 Вт/м², 46^вС), соответственно.

ВАХ в диапазоне значений энергетической освещенности и температуры, изображенном на рисунке 4 заштрихованной областью, могут быть получены путем интерполяции. Характеристики в другом диапазоне, не принадлежащем заштрихованной области, могут быть найдены путем экстраполяции, Однако следует учитывать, что протяженная экстраполяция может привести к плохим результатам коррекции и низкой точности коррекции.

7

ГОСТРМЭК 60891—2013

4 Определение температурных коэффициентов

4.1. Общие положения

Для фотоэлектрических приборов обычно используют следующие температурные коэффициенты: о - коэффициент тока короткого замыкания, р - коэффициент напряжения холостого хода, б.- коэффициент пиковой мощности, которые могут быть определены в результате измерений при естественном или искусственном солнечном освещении, и их значения являются действительными для того значения энергетической освещенности, при котором они были измерены Для фотоэлектрических приборов с линейными характеристиками коэффициенты считаются верными в пределах ±30% от этого значения энергетической освещенности.

Температурные коэффициенты тонкопленочного модуля могут зависеть от энергетической освещенности. спектральной плотности энергетической освещенности и тепловой истории модуля. В этом случае для температурных коэффициентов следует указать условия и значения энергетической освещенности по тепловой истории.

Оценка температурных коэффициентов модуля при различных уровнях энергетической освещенности изложена в МЭК 60904-10.

4.2 Аппаратура

Измерительная аппаратура должна отвечать следующим требованиям:

a)    Аппаратура и приборы должны отвечать требованиям стандарта МЭК 60904-1.

b)    Если в качестве источника излучения используют солнечный имитатор, то он должен соответствовать требованиям класса ВВВ или более высокого класса согласно МЭК 60904-9.

c)    Аппаратура должна содержать необходимое оборудование для изменения температуры испытуемого образца в представляющем интерес диапазоне.

Примечание- На практике успешно используют следующее оборудование

-    вентиляторы, позволяющие охлаждать и нагревать образец потоком воздуха.

-    установочные блоки с изменяемой температурой, имеющие хороший тепловой контакт с единичной ячейкой или всем модулем,

-    камеры с прозрачным окном, в которых внутренняя температура может регулироваться,

-    съемные затеняющие экраны при использовании естественного солнечного освещения

8