光伏计量现状和发展方向的研究及展望

陈建功

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

我国是全世界光伏产品第一大生产国，我省也有较大的产业规模和优势。福建省计量科学研究院筹建光伏计量校准/检测项目，与台湾计量工程学会合作研究太阳模拟器校准方法、研制校准装置，并且研究光伏产业计量现状和发展方向，相信光伏计量的发展具有美好的前景。

1 光伏产业中计量校准/检测的现状

1.1 量值溯源和校准/检测的标准未及时采用国际标准的新版本

我国的光伏领域标准等同采用国际电工委员会标准（IEC标准）。IEC标准的光伏器件系列标准由十个具体标准组成，见表1中的“国际电工委员会 IEC标准”，其中两个迄今为止未被采用为国家标准；两个上世纪90年代发布、现在尚未再版的标准（即：IEC 904.5-1993和IEC 904.8-1998）被我国等同采用为国家标准；其余六个IEC于上世纪80年代或90年代发布、于2006年起已被陆续再版更新的标准，我国仍然采用再版更新之前的旧版本作为现行国家标准，未能跟上IEC标准技术进步的步伐。

表1 ICE现行光伏器件系列标准与我国采用情况表

1.2 光伏计量的量值溯源体系尚待建立完善

目前，国内计量技术机构中仅中国计量科学研究院已开展太阳模拟器、标准太阳能电池/组件的校准/检测，国家乃至地方制定的光伏计量检定规程或校准规范很少，我国光伏计量的量值溯源体系尚待建立完善。各级计量技术机构很少进行与光伏计量密切相关的自然阳光的测量，缺乏对光伏产品研制、工艺过程、质量检测和光伏电站使用的计量器具的校准/检测经验。

1.3 光伏产品出口的计量话语权缺失

我国95%以上的光伏产品出口到德国、意大利等欧盟国家，以及美国、日本等国家。但是光伏产品的重要量值（如太阳电池/组件的光电转换效率、最大功率等）以外商的数据为依据，我国企业计量检测数据不受认可，与我国是光伏产品制造第一大国的地位很不相称，光伏产业受到相当大的经济和形象损失。尤其近期的欧债危机、美国对我国光伏产品提出“双反调查”提案，更是使得我国光伏产品出口被横竖指责，光伏产业遇到前所未有的困难。

1.4 国内光伏产业链各方利益缺乏计量基础保障

在我国未及时采用国际光伏器件新标准、量值溯源体系尚待建立完善、缺乏校准/检测技术的情况下，光伏产品质量检测、产品定级结算和上网电能计量等使用的检测设备没有经过权威、公正的计量检定/校准，光伏产业链各方的利益缺乏计量基础保障，将影响光伏产业的发展。

2 光伏计量校准/检测技术特点和研究方向

2.1 应根据光伏产品在自然阳光下使用的特点研究光伏计量校准/检测技术

太阳能电池/组件是在自然阳光照射下产生电能，而制造过程是采用太阳模拟器照射、得到光电转换效率、最大功率等重要量值的测量结果。这些测量结果都应当接近于在符合国际标准定义的自然阳光下的测量结果[1]。《IEC 60904.4-2009》已经规定世界辐射测量基准(WRR)是在自然阳光下测量定值、作为国际公认的一级标准，并且用自然阳光比对测量法给二级标准定值，往下层次的一级、二级参考装置的校准，自然阳光法都作为推荐的方法。欧洲分布式能源实验室（DERlab）即将发布标准规定太阳能光伏组件在外部实验室条件下进行能量等级评定的程序，规定用在不同气候和不同地点特殊位置的测量结果评定太阳能组件的能量等级。这些国际标准对光伏量值传递和产品检验将产生重大影响。

计量技术机构研究光伏计量的量值传递，应当根据光伏产品在自然阳光下实际使用的特点和国际标准的发展趋势研究光伏计量校准/检测技术，应能准确计量自然阳光的量值，包括辐射能谱分布、光谱辐照度、直接辐射、全辐射、漫辐射、辐射角度，以及辐射环境的温度、湿度等等，为准确计量太阳能电池/组件和参考太阳能装置的各种量值奠定基础。

2.2 研究校准太阳模拟器主要量值的方法和装置

太阳模拟器是光伏产业科研、产品试制和生产中必不可少的复现光辐射量值的计量标准设备，对其校准/检测的主要量值有辐照度、光谱匹配度、辐照不均匀性和辐照不稳定性[2]。用于校准/检测的方法和计量标准装置应能保证所复现的量值接近于国际标准定义的自然阳光的量值，校准结果的扩展不确定度应当适用于判定太阳模拟器是否符合IEC标准规定的A级水平。

2.3 研究光谱响应、光谱匹配的校准/检测技术

无论是晶体硅电池还是薄膜电池、染料敏化电池，或是其它材料制作的太阳能电池，它们在光伏转换中利用的光谱段不同，光谱响应不同。然而，辐照光源的光谱匹配对光谱响应有非常直接的重要联系[3]。不但是太阳模拟器，即使是自然阳光，还由于我国幅员辽阔、各地自然条件和环境条件的不同，各地自然阳光的光谱分布有较大差别。因此，我们应当研究光谱匹配、光谱响应的测量方法和使用的标准装置，应当具备测量绝对光谱辐照度和相对光谱辐照度的测量设备，应当具备对单色仪、对不同材料制作的标准太阳能电池/组件进行校准/检测的能力。

2.4 研究光伏计量校准/检测过程的测量条件监控、修正技术和光伏电站运行设备的校准/检测技术等等

光伏计量校准/检测过程的环境温度、标准装置的温度、被校准光伏器件的温度、光谱辐照度等等都可能偏离标准条件的要求，对测量结果将产生不可忽视的影响[4-5]，应当具备相应的监控装置，并且研究对测量结果修正的技术。

光伏电站包括独立电站和并网电站，它们的运行安全和电能质量、电能计量使用的大量检测设备，有待于我们进一步认识，探讨计量校准/检测方法和标准装置。

3 展望光伏计量研究的前景

尽管目前光伏产业发展遇到种种困难，但我们应当相信光伏发电是绿色环保、可永续利用的新能源发展方向。全世界能源短缺、日本核电站危机等提升了各国对光伏应用的认识和需求。我国将在国内大力推广、应用光伏独立电站和并网电站，尤其是国家发改委近期制定全国统一的太阳能光伏发电标杆上网电价，使国内光伏产品制造方与电网运营方之间的光伏产业链有了共赢互利的基础和经济利益纽带，光伏产业链必将进一步发展、延伸,必然需要计量基础保障[6]。尽管我们尚不熟悉光伏计量校准/检测技术，而且面临的是技术上领先多年的国际强手，但只要各级计量技术机构同心协力，与光伏厂商、科研机构紧密配合，与已经在国际光伏产业中取得一定经验的台湾同行合作研究，我们就一定能攻艰克难，建立完善光伏计量的量值传递体系，提高光伏计量的校准/检测技术水平，对光伏产业发展、共赢互利提供计量技术保障，相信一定会收获到丰硕的成果。

4 致谢

本文撰写过程中得到福建省计量科学研究院太阳模拟器校准方法研究和校准装置研制科研项目组和台湾计量工程学会同仁的帮助，得到福建省质量技术监督局教授级高级工程师和博士光伏计量调研组的帮助，在此致以感谢。

[1] （澳）伟纳姆（S.R. Wenham）等编 狄大卫等译，应用光伏学[M].上海交通大学出版社，2008.

[2]IEC 60904.9-2007 Photovoltaic devices-Part 9:Solar simulator performance Requirements[S].

[3]孙皓，熊利民.光谱失配对标定太阳电池产生的影响分析[J].计量学报，2010（5）.

[4]IEC 60904.4-2009 Photovoltaic devices-Part 4:Reference solar devices-Procedures for establishing calibration Traceability[S].

[5]IEC 60904.2-2007 Photovoltaic devices-Part 2:Requirements for reference solar devices[S].

[6] 熊利民. 计量在太阳能光伏产业上的应用[J]. 上海计量测试, 2010（2）.