國內(nèi)光伏溯源體系尚需完善

電池校準(zhǔn)溯源為光伏行業(yè)提供標(biāo)尺

光伏電池組件銷售是以組件在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的額定輸出功率為單位，但怎樣準(zhǔn)確地表達(dá)這個額定功率，卻長期困擾著組件的生產(chǎn)商和采購者。  
　　更令人困惑的是，同一塊光伏電池或組件，不同測試機構(gòu)測量出的額定輸出功率也會存在差異，這樣的差異往往會引起諸多問題。比如，當(dāng)電池和組件買賣發(fā)生貿(mào)易糾紛時，由于測試結(jié)果的差異性，無法對結(jié)果做出有效的裁決。在應(yīng)用層面看，標(biāo)定相同功率的不同光伏組件，其真實功率并不一定與標(biāo)定值等同。試想，如果這樣的一群組件用于同一個光伏電站，無疑會讓電站的發(fā)電效率大打折扣。  
　　對于這種現(xiàn)狀，有業(yè)內(nèi)資深專家指出，根本原因在于我國還沒有建立起完善的光伏溯源體系。這對我國正在快速發(fā)展的光伏產(chǎn)業(yè)來說，是必須要盡快彌補并做好的一項基礎(chǔ)工作。  
　　據(jù)不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2013年，全國光伏組件總產(chǎn)能約為42GW，組件產(chǎn)量達(dá)到27.4GW，約占全球總量的63.7%;新增光伏裝機12.92GW，占據(jù)近1/3的全球新增市場份額。值得一提的是，晶硅光伏組件由海外銷售為主過渡到以內(nèi)需為主，這一供求變化彰顯了國內(nèi)光伏市場的快速發(fā)展。  
　　與此不協(xié)調(diào)的是，由于我國光伏溯源鏈的缺失，國內(nèi)組件生產(chǎn)企業(yè)不得不到國外的實驗室校準(zhǔn)參考電池、標(biāo)準(zhǔn)組件，浪費了大量的精力和財力。值得注意的是，不同的溯源鏈和校準(zhǔn)方法，所產(chǎn)生的測量不確定度是不盡相同的，這會間接影響到組件的功率標(biāo)定，甚至?xí)绊懙浇M件的分級，進而影響到組件的售價和電廠的系統(tǒng)規(guī)劃。  
　　因此，我國必須建立和完善自己的光伏標(biāo)準(zhǔn)電池溯源鏈。先要打造一把標(biāo)尺，然后再解決標(biāo)尺的精確測量問題。鑒衡認(rèn)證中心完成的光伏電池校準(zhǔn)實驗室建設(shè)，有望解決溯源鏈缺失和溯源“混亂”的現(xiàn)狀。  
　　根據(jù)IEC 60904-4標(biāo)準(zhǔn)的指向，直接日照法(美國 NREL實驗室)、太陽模擬器法(日本AIST實驗室)、微分光譜響應(yīng)法(德國PTB實驗室)是光伏標(biāo)準(zhǔn)電池校準(zhǔn)方式。從它們的特性比較看，直接日照法利用戶外日光光譜，但光強重復(fù)性差，難以實現(xiàn)一致性的結(jié)果;太陽模擬器法雖容易實施，但不確定度最大;微分光譜響應(yīng)法是利用已校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)探測器來標(biāo)定光源的光強，不確定度較小，但主要困難是不易直接測出絶對光譜響應(yīng)，且單色光均勻度不易達(dá)成，這是需要突破的技術(shù)難題。  
　　鑒衡認(rèn)證之所以用微光譜響應(yīng)法校準(zhǔn)光伏參考電池，是因為看重這一方法具有較小的不確定度，而且微分光譜響應(yīng)法在理論上可以得到較優(yōu)的精確度，也就是說在降低不確定度上還有潛力可挖，可通過深入的技術(shù)研發(fā)找到有效的改善方式。  
　　光伏電池校準(zhǔn)實驗室于2012年5月建立后與美國NREL、日本AIST等地知名科研機構(gòu)深度合作，搭建由二級標(biāo)準(zhǔn)傳遞至一級參考電池和二級參考電池的溯源鏈，直指當(dāng)前我國光伏溯源鏈比較薄弱的環(huán)節(jié)。  
　　目前有機構(gòu)可以完成不確定度為0.6%的二級標(biāo)準(zhǔn)傳遞，鑒衡認(rèn)證要實現(xiàn)低于1%的不確定度，就要對微分光譜響應(yīng)校準(zhǔn)系統(tǒng)進行改良，使其不僅能夠在大面積的光斑下進行測量，還能直接測量出絶對光譜響應(yīng)。同時，還有應(yīng)具有極佳的重復(fù)性和不確定度值。  
　　從全球文獻記載來看，傳統(tǒng)的微分光譜響應(yīng)法，是先使用標(biāo)準(zhǔn)探測器來校準(zhǔn)單色光光強度，接著在有外加偏置光的環(huán)境下進行電池的相對光譜響應(yīng)測量和計算。另外，還要選擇三個適當(dāng)?shù)牟ㄩL，以汞燈為光源測量該電池的絶對光譜響應(yīng)，然后再通過一系列的計算得到此電池全波長下的絶對光譜響應(yīng)值。
　　程序繁瑣是因為傳統(tǒng)的微分光譜響應(yīng)法所使用的單色光光強不夠強，致使對所測得的微小信號和噪聲無法進行有效的分析，也就是信噪比(S/N ratio)太低。要直接測量絶對光譜響應(yīng)就必須提高信噪比，做到這一點，需要降低噪聲或提高信號來增加信噪比。  
　　噪聲的大小取決于儀器設(shè)備的精密度及環(huán)境的影響程度，但僅為降低噪聲對設(shè)備和環(huán)境進行改善并不是一個好的解決方案。最終的解決方案是，采用戰(zhàn)略合作伙伴——臺灣光焱自行研發(fā)的均光系統(tǒng)專利。其技術(shù)特點在于，它并非使用更高功率的光源燈泡，而是采用高亮度短弧氙燈作為光源，配置高反射率的橢圓集光系統(tǒng)，做到了比傳統(tǒng)光源系統(tǒng)提升5至10倍的出光強度。然后，再搭配均光系統(tǒng)，使整個光路徑更有效地集中輸出到測試平面，從而提高單色光信號以達(dá)到增加信噪比的目的。  
　　數(shù)據(jù)顯示，鑒衡認(rèn)證光伏電池校準(zhǔn)實驗室測試設(shè)備均光系統(tǒng)輸出的光斑足夠覆蓋20mm x20mm的一級光伏參考電池和156mm x156mm的二級光伏參考電池片，且光斑不均勻度分別為小于2%和2.5%。這成為鑒衡認(rèn)證光伏電池校準(zhǔn)實驗室系統(tǒng)整體不確定度低于1%的關(guān)鍵技術(shù)之一。低于1%的不確定度達(dá)到了國際先進水平。鑒衡認(rèn)證光伏電池校準(zhǔn)實驗室是目前國內(nèi)惟一一家在光伏電池校準(zhǔn)領(lǐng)域通過cnas認(rèn)可的實驗室。  
　　鑒衡認(rèn)證光伏電池校準(zhǔn)和測試水平引起了國際關(guān)注。美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)采購鑒衡認(rèn)證的一級光伏參考電池和服務(wù)，用于支持鈣鈦礦(Perovskite)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率研究。這所大學(xué)的華裔教授楊陽(Yang Yang)所領(lǐng)軍的研究團隊于2014年在《科學(xué)》期刊發(fā)表最新的研究報告，稱其研發(fā)的鈣鈦礦(Perovskite)光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率獲突破性進展，效率最高可達(dá)19.3%，為該領(lǐng)域之最。（中國能源報）

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