【技术贴】全尺寸组件与组件小样IAM测试差异分析

摘要：光伏(PV)组件系统安装后，业主及用户最为关心的就是发电量，发电量也就意味着收益，意味着投资回报。通常，在两个阶段会涉及到年发电量的评估：一个是在电站建设前的可研阶段，一个是电站交付或交易环节。

电站建设前的可研阶段最常用的是利用利用PVSyst进行发电量评估，其中一项是PAN File。组件发电量主要和入射光强和组件温度有关，因此需要知道组件不同辐照度，温度和不同入射角度下性能的表现，描述组件这种性能的数据包，即PAN File，可以按照IEC 61853-1, IEC 61853-2进行测试获得。其中不同入射角效应（IAM或者AOI）是用来修正组件在不同入射角时的实际入射光强，测试方法分室内及室外方法。

华阳检测中心工程师对不同环境条件下的性能测试结果进行对比、分析、总结，在弱光发电性能和IAM性能测试方面非常具有经验。本课题主要研究室内测试方法，全尺寸组件与组件小样IAM测试差异。

背景：光伏组件的功率关系着整个光伏电站的发电收益，在以往的实验室测试中，测量光伏组件功率的方法一般默认为在标准测试条件下进行测量。即环境温度25℃±2℃，辐照度1000W/m²±100W/m²，大气质量AM1.5G。但在实际的电站发电过程中，户外的天气往往多变，辐照度和环境温度不可能达到标准测试条件，且阳光入射角度无法垂直于光伏组件表面，会存在一定的入射角。这样的环境和入射角度影响下，光伏组件的发电功率会与实验室标准测试条件下测量值存在较大出入，使得难以对电站整体的发电收益进行科学的评估。为解决这一问题，华阳检测中心引入了光伏组件不同温度、不同辐照度、不同入射角度下性能测量的测量方法。

1、入射角度效应

入射角度测试主要是参照IEC61853第二部分《光谱响应、入射角和组件运行温度测量》中入射角度（IAM）的测试方法。在入射角度增大的情况下，由于光程的增加会造成反射增强进而降低发电量。因此，为了更为精确的预测光伏组件在户外实际使用过程的发电能力，测试光伏组件的角度透过率（IAM）显得尤为必要。

IAM计算公式为：τ（θ）=Isc(θ)/(cos(θ)·Isc(0))，曲线为图1。

图1 光伏组件IAM随入射角度的变化曲线

输入PVsyst中，关于IAM目前主要有三种模型：物理模型（菲涅尔定律）、ASHRAE模型（美国采暖制冷与空调工程师协会）、桑迪亚模型，在PVsyst6.66及以前的版本，默认使用ASHRAE的模型。即b0=0.05。6.67版本以后，采用使用了菲涅尔定律计算公式，如图2为PVsyst IAM设置页面。

图2为PVsyst IAM设置页面

2、小样品制作

目前普遍实验室采用室内的测试方法，在太阳能模拟器未改造之前，采用正常组件旋转空间受限，会建议使用同种测试技术类型的小样品替代测试，要求样品尺寸由最少3*3排列的9片电池片构成，为保证为保证小样品与光伏组件的学相同，小样品应和组件电池片相同、封装工艺相同 （相同的前板 、背板 、背板 、焊带、EVA等）、小样品电池片间距与组件内电池片间距相同，只需引出中心电池片的正负极。图3 小样品制作如下图：

图3 小样品制作

太阳能模拟器改造后，增大旋转空间，使得正常组件能够实现180°旋转。

3、IAM室内测试方法

在组件生产过程中测试组件在STC条件下的电性能时，组件与入射光线之间的夹角为90°，但是组件在实际使用时，组件与太阳光之间的夹角根本无法做到90°。为了衡量光伏组件在不同入射角条件下的电性能参数，标准IEC61853-2:2016规定了对组件进行-80°～80°角度范围进行测试，其中−60°到+ 60°之间最大间隔为10°，范围外的最大间隔为5°。针对全尺寸组件及小样品，华阳检测中心设计了不同的旋转支架，以满足IEC61853-2:2016所需的测试条件。图4为小样品旋转支架，如图箭头小样左右水平旋转。图5为全尺寸旋转支架，如图箭头组件左右水平旋转。

图4为小样品旋转支架

图5为全尺寸旋转支架

4、实验方法和数据的处理

选择一种技术类型的全尺寸组件及采用与此全尺寸组件技术类型完全一样的小样品，采用A级太阳能脉冲模拟器，将太阳能模拟器校准到标准后，分别按照上述测试方法，对全尺寸组件及小样品进行IAM测试，要求测试过程中温度控制在±1℃。开始改变入射角度，入射角i从0°到90°变化，每个角度测量三组测试数据，记录Isc电流，取三次Isc电流平均值，利用公式τ（θ）=Isc(θ)/(cos(θ)·Isc(0))，得出对应角度的IAM值。

图6小样品IAM随入射角度变化的曲线

图7全尺寸组件IAM随入射角度变化的曲线

测试完成后，对测试数据进行处理并绘制IAM随入射角度变化的曲线，图6为小样品IAM随入射角度变化的曲线，图7为全尺寸组件IAM随入射角度变化的曲线。

可以清楚的看到，小样品IAM的曲线比全尺寸组件IAM的曲线更呈现出矩形，曲线越呈现矩形，其转化效率越高，模拟效果越好。

将以上所有数据的IAM值输入到PVsyst对应的模块中，表1为小样品及全尺寸组件对应的IAM值及b0值。

表1 小样品及全尺寸对应的IAM值及b0值

同样可以明确的看到，小样品的b0值为0.0301，全尺寸的b0值为0.0482。全尺寸的b0大于小样品的b0。b0值越大，光的利用率越差。

5.结果分析及总结

以上可知，采用室内测试方法，按照左右旋转的方式测试全尺寸组件及小样品的IAM，全尺寸组件的IAM性能较差，主要原因在于测试空间的均匀性。华阳检测为解决这个问题，全面优化了全尺寸组件的旋转方式，以减小组件整体的旋转半径。同时也推荐客户采用华阳检测推荐的制样方式进行测试样品的制作。欢迎广大客户的咨询与指导！