ГОСТ Р МЭК 61829-2013 Батареи фотоэлектрические из кристаллического кремния. Измерение вольтамперных характеристик в натурных условиях

ГОСТ Р МЭК 61829-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БАТАРЕИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Измерение вольт-амперных характеристик в натурных условиях

Crystalline silicon photovoltaic batteries. On-site measurement of l-V characteristics

ОКС 27.160

Дата введения 2015-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Государственным научным учреждением "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ВИЭСХ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 039 "Энергосбережение, энергетическая эффективность, энергоменеджмент"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 09 декабря 2013 г. N 2204-ст с 01 января 2015 г.

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61829:1995* "Батареи фотоэлектрические из кристаллического кремния. Измерение вольтамперных характеристик в полевых условиях" (IEC 61829:1995 "Crystalline silicon photovoltaic (PV) array - On-site measurement of l-V characteristics")

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5)

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальный и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в справочном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила 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)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на фотоэлектрические батареи из кристаллического кремния и устанавливает порядок измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) кремниевых кристаллических фотоэлектрических батарей в натурных условиях и пересчета данных измерения для стандартных условий испытаний (СУИ) или для других выбранных значений температуры и энергетической освещенности.

Стандарт распространяется на линейные фотоэлектрические батареи и батареи, которые можно считать линейными на ограниченных диапазонах изменения энергетической освещенности и температуры.

Измерение ВАХ фотоэлектрических батарей в натурных условиях и приведение результатов измерений к условиям приемочных испытаний (см. Приложение А и МЭК QC 001002) позволяют:

- получить данные по номинальной мощности;

- проверить фактическую установленную мощность батареи на соответствие техническим требованиям;

- обнаружить возможное расхождение измеренных в натурных условиях параметров батареи и результатов лабораторных или заводских испытаний;

- обнаружить возможное ухудшение параметров модулей и батареи по сравнению с первоначальными измерениями в натурных условиях;

- оценить работоспособность батареи (и модулей) в натурных условиях и прогнозировать ее работу в системе.

Результаты натурных испытаний каждого конкретного модуля, пересчитанные для стандартных условий испытаний, можно сравнивать с результатами, полученными для этого модуля ранее, при лабораторных или заводских испытаниях, при условии, что спектральная чувствительность и угловое разрешение используемых эталонных приборов соответствуют требованиям серии стандартов МЭК 60904.

На результаты измерений параметров батареи в натурных условиях влияют потери в диодах, кабелях и потери рассогласования. Поэтому прямое сравнение этих результатов с суммарными результатами испытаний модулей, входящих в состав батареи, некорректно.

Испытание батарей, включающих в себя двусторонние модули, может отличаться процедурой измерения температуры. Измерения температуры в этом случае должны проводиться по специальной методике. Может потребоваться использование соответствующих специальных средств измерения и эталонного прибора.

Если фотоэлектрическая батарея состоит из нескольких секций, различающихся по углу наклона, ориентации, технологии изготовления, сборке или схеме соединения, размещению, описанная в настоящем стандарте процедура измерения применяется отдельно к каждой секции фотоэлектрической батареи.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на приведенные ниже стандарты*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание. Для недатированных ссылок применяют последнее издание указанного документа (со всеми поправками).

_______________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - .

МЭК 60891:2009 Приборы фотоэлектрические из кристаллического кремния. Коррекция вольтамперных характеристик по температуре и освещенности. (IEC 60891:2009, Photovoltaic devices - Procedures for temperature and irradiance corrections to measured l-V characteristics)

МЭК 60904-1:1987 Приборы фотоэлектрические. Часть 1. Измерение вольт-амперных характеристик. (IEC 60904-1:2006, Photovoltaic devices - Part 1: Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics)

МЭК 60904-2:1989 Приборы фотоэлектрические. Часть 2. Требования к эталонным солнечным элементам (IEC 60904-2:1989, Photovoltaic devices - Part 2: Requirements for reference solar cells)

МЭК 60904-3:1989 Приборы фотоэлектрические. Часть 3: Принципы измерения параметров наземных фотоэлектрических солнечных приборов при стандартной спектральной плотности энергетической освещенности (IEC 60904-3:1989, Photovoltaic devices - Part 3: Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) solar devices with reference spectral irradiance data)

МЭК 60904-6:1994 Приборы фотоэлектрические. Часть 6: Требования к эталонным солнечным модулям (IEC 60904-6:1994 Photovoltaic devices - Part 6: Requirements for reference solar modules)

_______________

Заменен на IEC 60904-2:2007

МЭК QC 001002:1986 Система сертификации электронных компонентов МЭК. (IEC QC 001002:1998 Rules of Procedure of the IEC Quality Assessment system for Electronic Components)

3 Методы измерений А и В

В стандарте устанавливаются два метода измерений ВАХ, применяемые при натурных испытаниях. В обоих методах используются процедуры коррекции измеренных ВАХ по температуре и энергетической освещенности согласно МЭК 60891:

- в методе А эффективную температуру перехода батареи определяют, используя непосредственные измерения и расчет температур;

- в методе В эффективную температуру перехода батареи определяют по значениям напряжения холостого хода батареи (секции батареи), измеренным при различных уровнях энергетической освещенности.

В итоге должны быть получены ВАХ батареи в условиях испытаний и ВАХ, приведенные к условиям приемочных испытаний (УПИ).

4 Испытательное оборудование

4.1 Приборы для методов А и В:

- эталонный фотоэлектрический прибор (приборы), выбранный и откалиброванный в порядке, установленном МЭК 60904-2 или МЭК 60904-6, соответствующий типу модулей (односторонние, двухсторонние), входящих в состав испытуемой батареи;

- прибор, обеспечивающий возможность проверки компланарности рабочих поверхностей эталонного прибора и измеряемых модулей с максимальной погрешностью ±2°;

- приборы для измерения напряжения и тока батареи и эталонного прибора, отвечающие требованиям МЭК 60904-1;

- эквивалентная нагрузка с регулировкой в требуемом диапазоне мощности: для диапазона низких мощностей (менее 2 кВт) рекомендуется применение реостата или нагрузки с электронным регулированием; для более высоких значений мощности предпочтительно использование активной нагрузки;

- прибор для непрерывной записи ВАХ: самописец, запоминающее устройство или иное аналогичное устройство;

- средства измерения температуры эталонного прибора;

- два радиометра для проверки однородности освещения в плоскости размещения рабочей поверхности образца, спектральные характеристики которых соответствуют спектральным характеристикам измеряемого образца.

4.2 Дополнительные приборы для измерений по методу А:

- приборы и средства измерения температуры неосвещаемой солнцем поверхности модулей с максимальной погрешностью измерений ±1°;

- коммутирующее устройство (переключатель), обеспечивающее измерение как напряжения холостого хода, так и тока короткого замыкания эталонного фотоэлектрического прибора.

4.3 Дополнительные приборы для измерений по методу В:

- прибор для измерения температуры воздуха с максимальной погрешностью измерений ±1 °С

5 Порядок измерений

a) Описанную ниже процедуру измерений осуществляют на модулях с чистой поверхностью. При наличии грязи на поверхности необходимо протереть поверхность (если это допустимо) и/или описать состояние поверхности в отчете.

b) Убеждаются в том, что условия измерений соответствуют требованиям МЭК 60904-1, за следующими исключениями:

- точность измерения напряжения и тока должна соответствовать разбросу данных в пределах 1%;

- измерения, результаты которых подлежат приведению к СУИ, должны быть проведены при энергетической освещенности не менее 700 Вт/м при отклонении лучей падающего излучения от нормали к поверхности модуля в пределах 45°.

c) С помощью радиометров проверяют равномерность поступления энергетической освещенности на всей площади батареи, участвующей в измерениях, и выбирают модуль, на поверхности которого энергетическая освещенность имеет типовое значение.

d) Батарея, на которой проводят измерения, должна быть отключена от таких нагрузок, как аккумуляторные батареи и/или преобразовательное оборудование.

e) Устанавливают эталонный прибор возможно ближе к испытуемому образцу и в плоскости, компланарной плоскости испытуемого образца.

f) Проводят измерения по методу А или В в порядке, описанном в 5.1 или 5.2, соответственно.

5.1 Метод А

Выбирают центральный модуль и периферийные модули для измерения температуры. Принцип выбора модулей для измерения температуры проиллюстрирован на рисунке 1.

Рисунок 1 - Примеры центральных и периферийных модулей

Подключают приборы для измерения напряжения и тока к батарее и к эталонному прибору и устанавливают коммутирующее устройство. Подключают приборы для измерения температуры модулей и эталонного прибора.

a) Измеряют температуру в центре неосвещаемой солнцем поверхности выбранного центрального модуля и температуру в центре неосвещаемой солнцем поверхности каждого выбранного периферийного модуля.

b) Рассчитывают среднее для всех выбранных модулей значение температуры , а также разность между вычисленным средним значением и температурой центрального модуля :

.

c) Измеряют температуру в центре неосвещаемой солнцем поверхности эталонного прибора.

Выполняют измерение напряжения холостого хода эталонного фотоэлектрического прибора, а также новое измерение температуры центрального модуля . Измерения , и должны быть выполнены в течение короткого интервала времени (т.е., в течение не более чем 1 мин).

d) Рассчитывают температуру перехода эталонного фотоэлектрического прибора по формуле

°С,

где - напряжения холостого хода при стандартных условиях испытаний;

- температурный коэффициент напряжения эталонного фотоэлектрического прибора, В/°С;

- коэффициент, учитывающий отклонение фактической энергетической освещенности от стандартного значения 1000 Вт/м:

1,000 для 1000 Вт/м;

0,996 для 900 Вт/м;

0,989 для 800 Вт/м;

0,983 для 700 Вт/м.

e) Рассчитывают эффективное значение температуры перехода батареи следующим образом:

.

f) Подключают к фотоэлектрической батарее регулируемую нагрузку и описывают в протоколе схему подключения.

g) Непосредственно перед снятием ВАХ измеряют значение напряжение холостого хода . Для вычисления измеряют ток короткого замыкания эталонного фотоэлектрического прибора, соответствующий .

h) Снимают ВАХ, изменяя нагрузку. При этом должно быть снято достаточное число точек, с тем чтобы можно было построить плавную кривую вольт-амперной характеристики. При использовании нагрузки с медленным (ручным) регулированием (например, реостата) для каждой точки ВАХ, одновременно с измерением значений тока и напряжения батареи, необходимо измерить температуру эталонного прибора , а также ток короткого замыкания эталонного прибора для определения энергетической освещенности , Вт/м, в этой конкретной точке. Во время всей процедуры измерений разброс значений энергетической освещенности не должен превышать 10%. В случае невыполнения данного условия следует повторить измерения, начиная с перечисления g) 5.1. При использовании устройства быстрого измерения, такого как прибор с емкостной нагрузкой (время полного цикла измерений меньше 0,1 с) достаточно одного измерения тока короткого замыкания эталонного прибора непосредственно перед началом измерений.

i) При использовании нагрузки с медленным (ручным) регулированием еще раз измеряют эталонного прибора. Если измеренное значение напряжения отличается более чем на 2% от значения, полученного в перечислении g) 5.1, следует повторить процедуру измерений, начиная с перечисления g) 5.1.

j) Рассчитывают температуру перехода эталонного фотоэлектрического прибора в процессе измерений аналогично перечислению d) 5.1 по формуле

°С.

Рассчитывают эффективное значение температуры перехода батареи в процессе измерений следующим образом:

k) Сравнивают температуру(ы) эталонного прибора во время измерений ( - при использовании устройства быстрого измерения и - в каждой точке измерений при использовании нагрузки с медленным регулированием) с температурой, при которой проводилась калибровка эталонного прибора, . Если они не равны, проводят корректировку значений токов короткого замыкания.

Для случая быстрого измерения в расчетах значение тока короткого замыкания надо заменить на ток короткого замыкания при температуре, при которой был откалиброван эталонный прибор, .

Для случая нагрузки с медленным регулированием, если в конкретной точке измерении не равна , следует также заменить значение тока короткого замыкания, измеренного в этой точке, на значение и использовать полученное значение для нахождения ( - температурный коэффициент тока короткого замыкания эталонного прибора для стандартного или иного требуемого значения энергетической освещенности в данном температурном диапазоне).

I) Приводят измеренные ВАХ к условиям приемочных испытаний по МЭК 60891. Значение внутреннего последовательного сопротивления задается изготовителем или измеряется в соответствии с МЭК 60891.

Примечания:

1 Условия засветки эталонного прибора и испытуемого образца должны быть одинаковы. В случае двусторонних модулей может потребоваться использование специального эталонного прибора.

2 Для определения температуры центрального и периферийного модулей и температуры эталонного прибора в случае двусторонних модулей может потребоваться специальная методика измерений.

5.2 Метод В

Подключают прибор(ы) для измерения напряжения и тока к батарее и прибор для измерения тока короткого замыкания к эталонному прибору.

а) В течение дня проводят многократное измерение напряжения холостого хода фотоэлектрической батареи (секции батареи) , в частности при низких значениях интенсивности излучения (в диапазоне 100-300 Вт/м), для которых измерение ВАХ не представляется возможным, одновременно измеряя температуру воздуха (°С), и энергетическую освещенность (по току короткого замыкания эталонного прибора, используя его калибровочную характеристику).

b) Определяют значение напряжения холостого хода батареи при СУИ для каждого конкретного измерения, среднее значение напряжения холостого хода батареи при СУИ в течение дня и среднестатистическое отклонение значений напряжения холостого хода батареи при СУИ для каждого конкретного измерения от среднего значения .

Расчет значений напряжения холостого хода батареи (секции батареи) при стандартных условиях испытаний для каждого конкретного измерения , проводят по формуле

,

где ;

- число последовательно соединенных солнечных элементов в батарее;

- произведение теплового напряжения (применяют значение 25 мВ, соответствующее абсолютной температуре 300 К) и коэффициента неидеальности (применяют значение 1,5, соответствующее абсолютной температуре 300 К), т.о. 38 мВ;

- температурный коэффициент напряжения солнечного элемента батареи (~-2,2 мВ/°С);

( для батарей, установленных отдельно, примерно равно -0,03 °С/(Вт/м) и соответствует условиям номинальной рабочей температуры элемента 45 °С). Для специальных условий монтажа (например, при установке на крыше) коэффициент определяют с помощью статистической обработки (методом наименьших квадратов) данных измерения .

Для повышения точности вычислений, если необходимо, можно использовать регрессионный анализ для нахождения других коэффициентов.

c) Непосредственно перед снятием ВАХ измеряют значение напряжение холостого хода . Для вычисления измеряют ток короткого замыкания эталонного фотоэлектрического прибора, соответствующий .

d) Снимают ВАХ, изменяя нагрузку. При этом должно быть снято достаточное число точек, с тем чтобы можно было построить плавную кривую вольт-амперной характеристики. При использовании нагрузки с медленным (ручным) регулированием (например, реостата), для каждой точки ВАХ, одновременно с измерением значений тока и напряжения батареи, необходимо измерить температуру эталонного прибора , а также ток короткого замыкания эталонного прибора для определения энергетической освещенности , Вт/м, в этой конкретной точке. Во время всей процедуры измерений разброс значений энергетической освещенности не должен превышать 10%. В случае невыполнения данного условия следует повторить измерения, начиная с перечисления b) 5.2 . При использовании устройства быстрого измерения, такого как прибор с емкостной нагрузкой (время полного цикла измерений меньше 0,1 с) достаточно одного измерения тока короткого замыкания эталонного прибора непосредственно перед началом измерений.

e) При использовании нагрузки с медленным (ручным) регулированием еще раз измеряют и сравнивают с его значением, полученным в перечислении b) 5.2. Если эти значения различаются более чем на 2%, повторяют процедуру измерений, начиная с перечисления b) 5.2.

f) Рассчитывают значение эффективной температуры перехода батареи во время измерений следующим образом:

.

g) Приводят измеренные ВАХ к условиям приемочных испытаний по МЭК 60891. Значение внутреннего последовательного сопротивления задается поставщиком изделия или измеряется в соответствии с МЭК 60891.

Примечания:

1 Условия засветки эталонного прибора и испытуемого образца должны быть одинаковы. В случае двусторонних модулей может потребоваться использование специального эталонного прибора.

2 Для определения температуры эталонного прибора в случае двусторонних модулей может потребоваться специальная методика измерений.

6 Точность результатов измерений

При проведении испытаний следует применять все возможные методы, повышающие точность результатов. В настоящее время при определении приведенных значений мощности сложно достичь общей погрешности измерений меньше чем ±5%.

Приложение А
(справочное)

Термины и определения

Условия приемочных испытаний (УПИ)

Нормированные значения температуры окружающей среды, энергетической освещенности и нормированным спектральным составом излучения на рабочей поверхности испытуемого прибора, при которых проводились приемочные испытания и определены значения номинальной мощности фотоэлектрической батареи.

Стандартные условия испытаний (СУИ)

Условия испытаний в помещении (под имитатором), характеризующиеся следующими значениями температуры модуля, энергетической освещенности и спектральным составом излучения на рабочей поверхности испытуемого прибора:

- температура модуля: 25 °С;

- энергетическая освещенность в плоскости модуля: 1000 Вт/м;

- спектральное распределение излучения: AM 1,5 (общая);

- см. также МЭК 60904-3.

Эталонный прибор

Специальным образом откалиброванный фотоэлектрический прибор: солнечный элемент (эталонный элемент) или многоэлементная сборка, или модуль, используемый при измерении энергетической освещенности.

Для измерений при естественном солнечном освещении, в условиях, когда падение прямых солнечных лучей не является нормальным к рабочей поверхности или близким к нормальному, рекомендуется использовать эталонный модуль того же типа и размера, что и испытуемые модули, или многоэлементную сборку, состоящую из эталонного элемента, окруженного другими элементами (действующими или муляжами) таким образом, что корпус, система герметизации, форма, размер и зазоры являются такими же, как у модулей, которые будут испытываться.

Приложение ДА
(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации и действующим в этом качестве межгосударственным стандартам

Таблица ДА.1

Библиография

_______________

Заменен на IEC 60904-2:2007.

__________________________________________________________________________

УДК 697.329:006.354 ОКС 27.160

Ключевые слова: фотоэлектрические батареи из кристаллического кремния, вольтамперные характеристики, натурные условия, стандартные условия испытаний, температура, энергетическая освещенность.

__________________________________________________________________________

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2014