Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12678-7:2020 (IEC 60904-7:2019) về Thiết bị quang điện - Phần 7: Tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ đối với các phép đo của thiết bị quang điện

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12678-7:2020

IEC 60904-7:2019

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 7: TÍNH TOÁN HIỆU CHỈNH SỰ KHÔNG PHÙ HỢP PHỔ ĐỐI VỚI CÁC PHÉP ĐO CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN

Photovoltaic devices - Part 7: Computation of the spectral mismatch correction for measurements of photovoltaic devices

Lời nói đầu

TCVN 12678-7:2020 hoàn toàn tương đương với IEC 60904-7:2019;

TCVN 12678-7:2020 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 12678 (IEC 60904), Thiết bị quang điện, gồm các phần sau:

- TCVN 12678-1:2020 (IEC 60904-1:2006), Phần 1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện

- TCVN 12678-1-1:2020 (IEC 60904-1-1:2017), Phần 1-1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

- TCVN 12678-2:2020 (IEC 60904-2:2015), Phần 2: Yêu cầu đối với thiết bị chuẩn quang điện

- TCVN 12678-3:2020 (IEC 60904-3:2019), Phần 3: Nguyên lý đo dùng cho thiết bị quang điện mặt đất với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn

- TCVN 12678-4:2020 (IEC 60904-4:2019), Phần 4: Thiết bị chuẩn quang điện - Quy trình thiết lập liên kết chuẩn hiệu chuẩn

- TCVN 12678-5:2020 (IEC 60904-5:2011), Phần 5: Xác định nhiệt độ tương đương của tế bào của thiết bị quang điện bằng phương pháp điện áp hở mạch

- TCVN 12678-7:2020 (IEC 60904-7:2019), Phần 7: Tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ đối với các phép đo của thiết bị quang điện

- TCVN 12678-8:2020 (IEC 60904-8:2014), Phần 8: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện

- TCVN 12678-8-1:2020 (IEC 60904-8-1:2017), Phần 8-1: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

- TCVN 12678-9:2020 (IEC 60904-9:2007), Phần 9: Yêu cầu về tính năng của bộ mô phỏng mặt trời

- TCVN 12678-10:2020 (IEC 60904-10:2009), Phần 10: Phương pháp đo độ tuyến tính

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 7: TÍNH TOÁN HIỆU CHỈNH SỰ KHÔNG PHÙ HỢP PHỔ ĐỐI VỚI CÁC PHÉP ĐO CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN

Photovoltaic devices - Part 7: Computation of the spectral mismatch correction for measurements of photovoltaic devices

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này mô tả quy trình hiệu chỉnh sai số được đưa vào trong thử nghiệm thiết bị quang điện (PV), gây ra do sự không phù hợp giữa phổ thử nghiệm và phổ chuẩn (ví dụ phổ AM1.5) và do sự không phù hợp giữa các đáp ứng phổ (SR) của thiết bị chuẩn và của thiết bị cần thử nghiệm và ngoài ra, giảm độ không đảm bảo đo có tính hệ thống. Quy trình này có hiệu lực đối với các thiết bị một lớp tiếp giáp nhưng nguyên tắc có thể được mở rộng để bao trùm các thiết bị nhiều lớp tiếp giáp.

Mục đích của tiêu chuẩn này là đưa ra các hướng dẫn cho việc hiệu chỉnh sai số không phù hợp phổ, nếu có sự không phù hợp phổ giữa cả phổ thử nghiệm và phổ chuẩn và giữa thiết bị chuẩn SR và thiết bị cần thử nghiệm SR. Hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ được tính toán chỉ có hiệu lực cho phối hợp cụ thể của thiết bị thử nghiệm và thiết bị chuẩn được đo bằng phổ thử nghiệm cụ thể.

Do thiết bị PV có đáp ứng phụ thuộc bước sóng, đáp ứng phổ nên tính năng của nó bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự phân bố phổ của bức xạ tới, trong ánh sáng mặt trời tự nhiên thay đổi theo một số yếu tố như vị trí, thời tiết, thời gian trong năm, thời gian trong ngày, hướng của bề mặt nhận, v.v..., và với một bộ mô phỏng mặt trời thay đổi theo kiểu và điều kiện của nó. Nếu cường độ bức xạ được đo bằng máy đo bức xạ kiểu pin nhiệt điện (không chọn lọc phổ) hoặc bằng thiết bị chuẩn PV (TCVN 12678-2 (IEC 60904-2)), phải biết phân bố phổ bức xạ của ánh sáng tới để thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết để thu được tính năng của thiết bị PV dưới phân bố phổ bức xạ chuẩn được định nghĩa trong TCVN 12678-3 (IEC 60904-3).

Nếu thiết bị chuẩn PV hoặc bộ phát hiện kiểu pin nhiệt điện được sử dụng để đo cường độ bức xạ thì thực hiện theo quy trình nêu trong tiêu chuẩn này, có thể tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ cần thiết để có được dòng điện ngắn mạch của thiết bị cần thử nghiệm theo phân bố phổ bức xạ chuẩn được của TCVN 12678-3 (IEC 60904-3) hoặc phổ chuẩn bất kỳ khác. Nếu thiết bị chuẩn PV có cùng đáp ứng phổ tương đối với thiết bị cần thử nghiệm thì thiết bị chuẩn sẽ tự động tính đến độ lệch của phân bố phổ bức xạ đo được từ phân bố phổ bức xạ chuẩn mà không cần hiệu chỉnh thêm các sai số sự không phù hợp phổ. Trong trường hợp này, vị trí và điều kiện thời tiết không quan trọng khi phương pháp thiết bị chuẩn được sử dụng cho các phép đo tính năng dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên. Ngoài ra, đối với các SR tương đối giống hệt nhau, việc phân loại phổ của bộ mô phỏng không quan trọng đối với các phép đo bằng bộ mô phỏng mặt trời.

Nếu tính năng của thiết bị PV được đo bằng cách sử dụng phân bố phổ bức xạ đã biết, dòng điện ngắn mạch của nỏ tại phân bố phổ bức xạ bất kỳ khác có thể được tính bằng đáp ứng phổ của thiết bị PV cần thử nghiệm.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 12678-1 (IEC 60904-1), Thiết bị quang điện - Phần 1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện

TCVN 12678-1-1 (IEC 60904-1-1), Thiết bị quang điện - Phần 1-1: Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp quang điện của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

TCVN 12678-2 (IEC 60904-2), Thiết bị quang điện - Phần 2: Yêu cầu đối với thiết bị chuẩn quang điện

TCVN 12678-3 (IEC 60904-3), Thiết bị quang điện - Phần 3: Nguyên lý đo dùng cho thiết bị quang điện mặt đất với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn

TCVN 12678-8 (IEC 60904-8), Thiết bị quang điện - Phần 8: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện

TCVN 12678-8-1 (IEC 60904-8-1), Thiết bị quang điện - Phần 8-1: Phép đo đáp ứng phổ của thiết bị quang điện nhiều lớp tiếp giáp

TCVN 12678-9 (IEC 60904-9), Thiết bị quang điện - Phần 9: Yêu cầu về tính năng của bộ mô phỏng mặt trời

IEC 60891, Procedures for temperature and irradiance corrections to measured l-V characteristics (Quy trình hiệu chỉnh các đặc tính l-V đo được theo nhiệt độ và bức xạ)

IEC TS 61836, Solar photovoltaic energy systems - Terms, definitions and symbols (Hệ thống năng lượng quang điện mặt trời - Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu)

ISO 9288:1989, Thermal insulation - Heat transfer by radiation - Physical quantities and definitions (Cách nhiệt- Truyền nhiệt bằng bức xạ - Đại lượng vật lý và định nghĩa)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong IEC TS 61836 và ISO 9288.

CHÚ THÍCH: Chỉ số e đối với các đại lượng năng lượng được bỏ đi, vì trong tiêu chuẩn này, các đại lượng này không cần phải phân biệt với các đại lượng đo quang. Do đó, đối với đại lượng bức xạ, sử dụng ký hiệu đại lượng E thay cho ký hiệu đại lượng E_e.

Chỉ số λ chỉ ra rằng cường độ bức xạ được phân biệt về bước sóng λ mà không phải là tần số v để thu được phổ bức xạ E_λ(λ) hầu như được bỏ qua cho dễ hiểu. Do đó, phổ bức xạ ở đây được ký hiệu là E(λ).

4  Mô tả phương pháp

Đối với nhiều thiết bị PV, hình dạng của đặc tính l-V phụ thuộc vào dòng điện ngắn mạch và nhiệt độ thiết bị mà không phụ thuộc vào phổ được sử dụng để tạo ra dòng điện ngắn mạch. Đối với các thiết bị này, có thể hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ hoặc không đáp ứng phổ bằng quy trình dưới đây. Đối với các thiết bị khác, việc đo đặc tính l-V phải được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn sáng có phổ thích hợp.

Không cần hiệu chỉnh nếu phổ thử nghiệm giống phổ chuẩn (xem TCVN 12678-3 (IEC 60904-3)) hoặc nếu đáp ứng phổ liên quan của thiết bị cần thử nghiệm giống đáp ứng phổ liên quan của thiết bị chuẩn. Trong trường hợp này, số đọc khi thu được từ thiết bị chuẩn xác định cường độ bức xạ nào ở phổ chuẩn sẽ tạo ra dòng điện ngắn mạch giống như trong thiết bị cần thử nghiệm như phổ thử nghiệm.

Nếu có sự không phù hợp giữa các phổ (sự không phù hợp phổ) và đáp ứng phổ (sự không phù hợp đáp ứng phổ) thì cần tính toán hiệu chỉnh sự không phù hợp. Vì phổ thử nghiệm và đáp ứng phổ luôn có độ không đảm bảo đo được ấn định, nên để tính độ không đảm bảo đo tổng, độ không đảm bảo đo của sự không phù hợp phổ phải luôn được tính đến.

Khi có sự không phù hợp trong các phổ và/hoặc đáp ứng phổ, số đọc của thiết bị chuẩn (xem TCVN 12678-2 (IEC 60904-2)) không cho cường độ bức xạ của phổ thử nghiệm tạo ra dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị cần thử nghiệm như phổ chuẩn, do đó, cần phải xác định cường độ bức xạ hiệu dụng của phổ thử nghiệm, E_eff tạo ra dòng điện ngắn mạch giống như trong thiết bị cần thử nghiệm như được tạo ra bởi phổ chuẩn.

trong đó E_meas là cường độ bức xạ khi được đo bởi thiết bị chuẩn với đáp ứng phổ cụ thể của nó S_ref(λ) trước khi hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ và SMM là hệ số không phù hợp phổ được xác định trong Điều 7.

Để phép đo được tham chiếu đến phổ bức xạ chuẩn, có thể sử dụng hai phương pháp hiệu chỉnh:

a) Nếu có thể, điều chỉnh cường độ bức xạ phổ thử nghiệm sao cho cường độ bức xạ hiệu dụng như được xác định trong công thức (1) bằng với cường độ bức xạ chuẩn E_ref (ví dụ: 1 000 w/m² ở STC như được xác định trong IEC TS 61836). Điều đó có nghĩa là cường độ bức xạ của bộ mô phỏng khi được đo bởi thiết bị chuẩn sử dụng giá trị hiệu chuẩn của nó trước khi hiệu chuẩn sự không phù hợp phổ được cho phổ chuẩn được đặt thành:

Do đó, hệ số không phù hợp nghịch đảo 1/SMM cho mức độ mà dựa vào đó cường độ bức xạ của bộ mô phỏng được điều chỉnh. Bây giờ, phổ của bộ mô phỏng mặt trời ở cường độ bức xạ này với phổ thử nghiệm đo được thực của nó tạo ra dòng điện ngắn mạch giống như đối với thiết bị cần thử nghiệm như có thể thu được dưới phổ chuẩn. Nếu việc điều chỉnh được thực hiện mà không sử dụng sự liên hệ ngược của thiết bị chuẩn (ví dụ, sử dụng bộ phận điều khiển) thì giá trị được điều chỉnh cần được kiểm tra sử dụng thiết bị chuẩn. Sau đó, thực hiện đo đặc tính I-V như trong TCVN 12678-1 (IEC 60904-1).

b) Nếu không thể, đo đặc tính l-V bằng cách sử dụng phổ bức xạ đã đo được. Xác định cường độ bức xạ hiệu dụng ở phổ chuẩn bằng công thức (1). Sau đó chuyển dịch đặc tính l-V thành cường độ bức xạ chuẩn theo IEC 60891 với cường độ bức xạ hiệu dụng được xác định từ công thức (1).

Phương pháp a) được ưu tiên trong ánh sáng mặt trời mô phỏng vì phép đo thực tế được thực hiện ở cường độ bức xạ chuẩn đúng, giảm thiểu các sai số phi tuyến của thiết bị cần thử nghiệm và sai số phát sinh từ việc chuyển dịch đường cong l-V. Phương pháp b) thường được chọn cho các phép đo trong ánh sáng mặt trời tự nhiên vì phổ bức xạ của ánh sáng mặt trời không dễ dàng điều chỉnh.

5  Xác định đáp ứng phổ

5.1  Nếu không có sẵn, đáp ứng phổ tương đối của thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn phải được đo theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8) đối với thiết bị cần thử nghiệm một lớp tiếp giáp và TCVN 12678-8-1 (IEC 60904-8-1) đối với thiết bị cần thử nghiệm nhiều lớp tiếp giáp.

5.2  Cần cẩn thận không sử dụng đáp ứng phổ vi sai nhưng đáp ứng phổ có thể được tính toán sử dụng đáp ứng phổ vi sai ở mức chênh lệch thiên áp (xem TCVN 12678-8 (IEC 60904-8)).

6  Xác định phổ thử nghiệm

Phân bố bức xạ phổ tương đối của nguồn bức xạ phải được đo theo TCVN 12678-9 (IEC 60904-9). Việc này phải được thực hiện đối với ánh sáng mặt trời mô phỏng hoặc tự nhiên.

7  Xác định hệ số không phù hợp phổ

7.1  Quy định chung

Xác định hệ số không phù hợp phổ từ:

trong đó:

E_ref(λ) là cường độ bức xạ trên một băng thông ở bước sóng cụ thể X, của phân bố phổ bức xạ chuẩn (phổ chuẩn), ví dụ được nêu trong TCVN 12678-3 (IEC 60904-3);

E_meas (λ) là cường độ bức xạ trên một băng thông ở bước sóng cụ thể X, của phân bố phổ bức xạ của ánh sáng tới ở thời gian đo (phổ thử nghiệm);

S_ref(λ) là đáp ứng phổ của thiết bị PV chuẩn ở điều kiện chuẩn;

S_DUT(λ) là đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm.

Tất cả các tích phân phải được thực hiện trong toàn bộ dải phổ trong đó các đại lượng tương ứng không phải zero. Phân bố phổ phải được biết trong toàn bộ dải phổ kết hợp về độ nhạy của thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn PV.

Các phân bố phổ bức xạ và các đáp ứng phổ có thể được đưa ra theo tỷ lệ tuyệt đối hoặc tương đối.

Nếu phổ thử nghiệm tương đối có thể giống như phổ chuẩn tương đối thì SMM bằng 1 và có thể bỏ qua việc hiệu chuẩn sự không phù hợp phổ ngay cả khi các đáp ứng phổ của các thiết bị khác nhau.

Tuy nhiên, xem xét phổ thử nghiệm như đại lượng vật lý có độ không đảm bảo đo được ấn định cho nó khác zero, SMM sẽ vẫn có sự góp phần vào độ không đảm bảo đo khác zero. Do đó, hệ số SMM không thể được bỏ qua khi xem xét sự góp phần vào độ không đảm bảo đo của nỏ, kể cả khi giá trị của hệ số này bằng 1.

Nếu đáp ứng phổ tương đối của thiết bị cần thử nghiệm có thể giống như đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn thì SMM bằng 1, ngay cả khi các phân bố phổ bức xạ tương đối khác nhau (thiết bị chuẩn phù hợp một cách hoàn toàn). Xem xét rằng các đáp ứng phổ có độ không đảm bảo đo khác zero, SMM sẽ vẫn có sự góp phần vào độ không đảm bảo đo khác zero. Do đó, hệ số SMM không thể được bỏ qua khi xem xét sự góp phần vào độ không đảm bảo đo của nó, kể cả khi giá trị của hệ số này bằng 1.

Do hình dạng không đều của phổ chuẩn và phổ đo được, các đáp ứng phổ cần được nội suy về các điểm bước sóng của các phép đo bức xạ phổ mà không phải ngược lại.

Công thức 3 có hiệu lực đối với các thiết bị một lớp tiếp giáp, nhưng có thể được sử dụng cho các thiết bị nhiều lớp tiếp giáp. Đối với các thiết bị nhiều lớp tiếp giáp, việc tính toán phải được thực hiện cho từng lớp tiếp giáp trong thiết bị, sử dụng đáp ứng phổ của nó bao gồm lọc phổ gây ra do các lớp tiếp giáp ở trên lớp tiếp giáp đang xem xét. Báo cáo thử nghiệm phải xác định các hệ số không phù hợp và dòng điện liên quan phát ra của của các lớp tiếp giáp riêng rẽ. Đối với thiết bị nhiều lớp tiếp giáp, xem TCVN 12678-1-1 (IEC 60904-1-1) (l-V) và TCVN 12678-8-1 (IEC 60904-8-1) (SR).

Đáp ứng phổ được sử dụng phải có hiệu lực ở mức của cường độ bức xạ mục tiêu tại đó hệ số SMM áp dụng vì đối với các thiết bị phi tuyến, chúng có thể thay đổi theo mức của cường độ bức xạ.

Dẫn xuất SMM

Trong trường hợp phổ bức xạ tuyệt đối và đáp ứng phổ tuyệt đối được sử dụng để phân tích, công thức 3 có thể được hiểu là:

Trong đó:

vì

Sử dụng các đại lượng này, có thể viết lại theo định nghĩa của đáp ứng:

Trong đó

7.2  Công thức đơn giản hóa đối với bộ phát hiện kiểu pin nhiệt điện (nhật xạ kế)

TCVN 12678-1 (IEC 60904-1) cũng cho phép sử dụng bộ phát hiện kiểu pin nhiệt điện (nhật xạ kế) làm thiết bị chuẩn cho phép đo cường độ bức xạ thử nghiệm (dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng trạng thái ổn định hoặc tự nhiên).

Vì đáp ứng phổ của chúng gần độc lập về phổ, có thể giả thiết là S_ref(λ) = 1. Trong trường hợp này, các công thức được thay đổi như sau:

trong đó

Trong công thức (6), hai tích phân ở phân số thứ nhất phải được lấy trên toàn bộ dải bước sóng của độ nhạy của bộ phát hiện kiểu pin nhiệt điện. Việc này nói chung sẽ tạo ra một vấn đề do dải nhạy của các bộ phát hiện này lớn hơn dải có thể đo được bằng máy đo phổ bức xạ.

Công thức (7) đưa ra giải pháp bằng cách sử dụng cường độ bức xạ đo được. Tuy nhiên, trong trường hợp này, phổ bức xạ của phổ thử nghiệm E_meas(λ) phải có thang đo tuyệt đối.

8  Báo cáo thử nghiệm

Các thông tin dưới đây phải được nêu trong báo cáo thử nghiệm theo TCVN 12678-1 (IEC 60904-1).

a) Nếu sự không phù hợp phổ được sử dụng để hiệu chỉnh cường độ bức xạ của phép đo dựa trên TCVN 12678-1 (IEC 60904-1) hoặc một tiêu chuẩn khác có liên quan, hệ số không phù hợp phổ được tính toán, nhận dạng thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn cũng như đáp ứng phổ của chúng theo báo cáo thử nghiệm (TCVN 12678-8 (IEC 60904-8) hoặc TCVN 12678-8-1 (IEC 60904-8-1)), phổ thử nghiệm và phổ chuẩn hoặc tham chiếu đến nó cần được đưa vào báo cáo thử nghiệm, cùng với phương pháp được sử dụng để tính các tích phân.

Nếu thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm có các kích thước (diện tích hoạt động) khác nhau thì các kích thước này phải được quy định trong báo cáo thử nghiệm.

b) Nếu sử dụng thiết bị chuẩn phù hợp và không áp dụng hiệu chỉnh không phù hợp, việc xác định thiết bị cần thử nghiệm và thiết bị chuẩn, cũng như đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm theo báo cáo thử nghiệm (TCVN 12678-8 (IEC 60904-8) hoặc TCVN 12678-8-1 (IEC 60904-8-1)) được bao gồm trong báo cáo thử nghiệm.

Nếu thiết bị chuẩn và thiết bị cần thử nghiệm có các kích thước (diện tích hoạt động) khác nhau thì các kích thước này phải được quy định trong báo cáo thử nghiệm.

Nếu không thể đo được đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm thì báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các tiêu chí được sử dụng để xác định sự tương đương của các đáp ứng phổ.

c) Lưu ý rằng hệ số không phù hợp phổ được xác định bằng cách áp dụng quy trình này chỉ có hiệu lực để hiệu chỉnh phép đo của thiết bị cần thử nghiệm cụ thể được xem xét với thiết bị chuẩn cụ thể và phổ thử nghiệm được sử dụng để tính SMM. Khi đo thiết bị cần thử nghiệm này dưới phổ bức xạ khác (ánh sáng mặt trời mô phỏng hoặc tự nhiên) và/hoặc với thiết bị chuẩn khác, hệ số không phù hợp phổ phải được tính toán lại.

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Mô tả phương pháp

5  Xác định đáp ứng phổ

6  Xác định phổ thử nghiệm

7  Xác định hệ số không phù hợp phổ

8  Báo cáo thử nghiệm