Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12678-4:2020 IEC 60904-4:2019 Thiết bị quang điện - Phần 4: Thiết bị chuẩn quang điện - Quy trình thiết lập liên kết chuẩn hiệu chuẩn

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12678-4:2020

IEC 60904-4:2019

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 4: THIẾT BỊ CHUẨN QUANG ĐIỆN - QUY TRÌNH THIẾT LẬP LIÊN KẾT CHUẨN HIỆU CHUẨN

Photovoltaic devices - Part 4: Photovoltaic reference devices - Procedures for establishing calibration traceability

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Yêu cầu đối với quy trình hiệu chuẩn có thể truy nguyên của thiết bị chuẩn PV

5  Phân tích độ không đảm bảo đo

6  Báo cáo hiệu chuẩn

7  Ghi nhãn

Phụ lục A (Tham khảo) - Ví dụ về quy trình hiệu chuẩn có hiệu lực

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 12678-4:2020 hoàn toàn tương đương với IEC 60904-4:2019;

TCVN 12678-4:2020 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 4: THIẾT BỊ CHUẨN QUANG ĐIỆN - QUY TRÌNH THIẾT LẬP LIÊN KẾT CHUẨN HIỆU CHUẨN

Photovoltaic devices - Part 4: Photovoltaic reference devices - Procedures for establishing calibration traceability

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu đối với quy trình hiệu chuẩn nhằm thiết lập liên kết chuẩn của các thiết bị chuẩn quang điện (thiết bị chuẩn PV) tới các đơn vị SI như yêu cầu ở TCVN 12678-2 (IEC 60904-2).

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các thiết bị chuẩn PV được sử dụng để đo cường độ bức xạ của ánh sáng mặt trời tự nhiên hoặc mô phỏng nhằm mục đích định lượng tính năng của các thiết bị PV. Việc sử dụng thiết bị chuẩn PV được yêu cầu trong nhiều tiêu chuẩn liên quan đến PV (ví dụ: TCVN 12678-1 (IEC 60904-1) và TCVN 12678-3 (IEC 60904-3)).

Tiêu chuẩn này được biên soạn cho các thiết bị chuẩn PV một lớp tiếp giáp, cụ thể là tinh thể silic nhưng phần chính của tiêu chuẩn này nói chung là đủ để bao gồm các công nghệ một lớp tiếp giáp khác.

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 9595-3:2013 (ISO/IEC Guide 98-3:2008), Độ không đảm bảo đo - Phần 3: Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo (GUM:1995)

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

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

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)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong IEC TS 61836 và các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

CHÚ THÍCH: Các thiết bị đo chuẩn khác nhau dùng cho chuỗi liên kết chuẩn đo cường độ bức xạ mặt trời được định nghĩa trong Điều này. Các ví dụ đối với từng phân loại được liệt kê trong Bảng 1, và cũng đề cập đến tiêu chuẩn liên quan (trong trường hợp có sẵn). Hình 1 thể hiện theo sơ đồ các chuỗi liên kết chuẩn phổ biến nhất liên kết với các dụng cụ đo này và tiêu chuẩn liên quan (trong trường hợp có sẵn). Phương pháp thực hiện của tiêu chuẩn này được mô tả trong Phụ lục A

3.1

Chuẩn đầu (primary standard)

Chuẩn được chỉ định hoặc được biết đến rộng rãi vì có chất lượng đo lường cao nhất và giá trị của nó được chấp nhận mà không cần tham chiếu đến các chuẩn khác của cùng đại lượng.

CHÚ THÍCH 1: Khái niệm chuẩn đầu có hiệu lực như nhau đối với các đại lượng cơ sở và đại lượng được suy ra.

CHÚ THÍCH 2: Chuẩn đầu không bao giờ được sử dụng để đo trực tiếp mà dùng để so sánh với các chuẩn đầu khác hoặc các chuẩn thứ.

CHÚ THÍCH 3: Chuẩn đầu thường được duy trì bởi các viện đo lường quốc gia (NMI) hoặc các tổ chức tương tự được ủy thác bảo trì các chuẩn dùng cho các đại lượng vật lý. Thường được gọi là “chuẩn đầu”, việc thực hiện vật lý được chọn sao cho độ ổn định, độ chính xác và độ lặp lại dài hạn của phép đo đại lượng mà nó thể hiện được đảm bảo ở mức cao nhất có thể bởi công nghệ hiện hành.

CHÚ THÍCH 4: Chuẩn đo bức xạ toàn cầu (WRR) được nhận biết bởi Nhóm chuẩn thế giới (WSG) về máy đo bức xạ khoang được chấp nhận là chuẩn đầu để đo cường độ bức xạ mặt trời.

3.2

Chuẩn thứ (secondary standard)

Thiết bị, bằng việc so sánh định kỳ với chuẩn đầu, dùng để duy trì sự phù hợp với các đơn vị SI ở những địa điểm khác với địa điểm của chuẩn đầu.

CHÚ THÍCH 1: Chuẩn thứ không nhất thiết phải sử dụng các nguyên lý kỹ thuật giống như chuẩn đầu nhưng cố gắng để đạt được độ ổn định, độ chính xác và độ lặp lại dài hạn tương tự.

CHÚ THÍCH 2: Các chuẩn thứ điển hình để đo cường độ bức xạ mặt trời là máy đo bức xạ khoang tham gia định kỳ (thông thường cứ sau 5 năm) trong So sánh trực xạ kế quốc tế (IPC) với WSG, từ đó cho liên kết chuẩn tới WRR. Liên kết chuẩn trực tiếp tới thang đo bức xạ theo SI có thể có sẵn đối với các thiết bị đo này.

3.3

Thiết bị chuẩn sơ cấp (primary reference)

Thiết bị đo được phòng thí nghiệm sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị chuẩn thứ cấp được so sánh định kỳ với chuẩn thứ.

CHÚ THÍCH 1: Thông thường thiết bị chuẩn sơ cấp có thể thu được với chi phí thấp hơn nhiều so với chuẩn thứ.

CHÚ THÍCH 2: Một tế bào PV thường được sử dụng làm thiết bị chuẩn đối với phép đo cường độ bức xạ ánh sáng tự nhiên hoặc mô phỏng. Các thiết bị chuẩn sơ cấp thường được sử dụng bởi các phòng thí nghiệm hiệu chuẩn và phòng thử nghiệm.

3.4

Thiết bị chuẩn thứ cấp (secondary reference)

Thiết bị đo được sử dụng cho các phép đo thường xuyên hàng ngày hoặc để hiệu chuẩn thiết bị chuẩn làm việc và được hiệu chuẩn định kỳ theo thiết bị chuẩn sơ cấp.

CHÚ THÍCH: Thiết bị chuẩn thứ cấp thông dụng nhất để đo cường độ bức xạ ánh sáng tự nhiên hoặc mô phỏng là tế bào PV và môđun PV. Các thiết bị chuẩn thứ cấp thường được sử dụng bởi các phòng thí nghiệm hiệu chuẩn và phòng thử nghiệm.

3.5

Thiết bị chuẩn làm việc (working reference)

Thiết bị đo được sử dụng cho các phép đo thường xuyên hàng ngày, được hiệu chuẩn định kỳ theo thiết bị chuẩn thứ cấp.

CHÚ THÍCH 1: Thiết bị chuẩn làm việc thông dụng nhất để đo cường độ bức xạ ánh sáng tự nhiên hoặc mô phỏng là tế bào PV và môđun PV.

CHÚ THÍCH 2: Các thiết bị chuẩn thứ cấp thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp.

3.6

Liên kết chuẩn (traceability)

<của thiết bị chuẩn PV> Yêu cầu đối với bất kỳ thiết bị chuẩn PV nào để liên kết giá trị hiệu chuẩn của thiết bị tới đơn vị SI trong chuỗi lan truyền hiệu chuẩn không bị gián đoạn và được lập thành tài liệu bao gồm cả độ không đảm bảo đo được công bố.

CHÚ THÍCH 1: WRR đã được so sánh với thang đo bức xạ SI vài lần. Trong khi trong các lần so sánh trước, hai thang đo cho thấy là không thể phân biệt trong phạm vi độ không đảm bảo đo của phép so sánh, việc so sánh mới nhất của các thang đo thiết lập rằng có sự dịch chuyển theo sơ đồ giữa các thang đo, với số đọc WRR tự động truy nguyên đến WRR. Độ không đảm bảo đo của phép so sánh thang đo phải được bao gồm trong quỹ độ không đảm bảo đo. Có hai khả năng đối với các phép đo truy nguyên đến đơn vị SI thông qua WRR. Thứ nhất, không hiệu chuẩn sự sai lệch thang đo và độ không đảm bảo đo lớn hơn 0,3 % (phân bố hình chữ nhật) phải được sử dụng. Thứ hai, việc hiệu chuẩn cụ thể sự sai lệch thang đo tính đến 0,34 %. Trong trường hợp này, sự góp phần của độ không đảm bảo đo là 0,18 % (k = 2). Giá trị 0,34 % đối với sự sai lệch thang đo là sẵn có mới nhất tại thời điểm xuất bản tiêu chuẩn này. Cần kiểm tra tài liệu khoa học đối với các cập nhật có thể có về sư sai lệch và độ không đảm bảo đo của nó. Đặc biệt, có thể trong tương lai, WRR được thích nghi để tính đến sự sai lệch này và đưa nó vào cùng đơn vị SI. Trong trường hợp đó thì không cần hiệu chỉnh thêm.

[NGUỒN: A Fehlmann, G Kopp, W Schmutz, R Winkler, W Finsterle, N Fox, metrologia 49 (2019) S34]

Bảng 1 - Ví dụ về thiết bị đo chuẩn được sử dụng trong chuỗi liên kết chuẩn của cường độ bức xạ mặt trời

Hình 1 - Sơ đồ của thiết bị đo chuẩn thông dụng nhất và phương pháp lan truyền được sử dụng trong chuỗi liên kết chuẩn đối với bộ phát hiện cường độ bức xạ mặt trời

4  Yêu cầu đối với quy trình hiệu chuẩn có thể truy nguyên của thiết bị chuẩn PV

Một quy trình hiệu chuẩn có thể truy nguyên là cần thiết để lan truyền việc hiệu chuẩn từ một chuẩn hoặc một thiết bị chuẩn đo cường độ bức xạ mặt trời chuẩn và dựa trên nguyên lý vật lý không phải hiệu ứng PV (như máy đo bức xạ khoang, trực xạ kế và nhật xạ kế) sang thiết bị chuẩn PV. Các yêu cầu cho quy trình này như sau:

a) Mọi thiết bị đo được yêu cầu và được sử dụng trong quy trình lan truyền phải là một thiết bị đo có chuỗi liên kết chuẩn không đứt đoạn.

b) Phân tích độ không đảm bảo đo được lập thành tài liệu.

c) Độ lặp lại được lập thành tài liệu, ví dụ như kết quả đo so sánh liên phòng hoặc tài liệu kiểm soát chất lượng phòng thí nghiệm.

d) Có độ chính xác tuyệt đối riêng bằng một số giới hạn lan truyền trung gian.

Thông thường việc lan truyền sẽ từ một chuẩn thứ sang thiết bị chuẩn PV tạo thành một thiết bị chuẩn PV sơ cấp.

Việc lan truyền từ một thiết bị chuẩn PV sang thiết bị khác được đề cập trong TCVN 12678-2 (IEC 60904-2).

5  Phân tích độ không đảm bảo đo

Ước lượng độ không đảm bảo đo theo TCVN 9595-3:2013 (ISO/IEC Guide 98-3:2008) phải được cung cấp cho từng quy trình hiệu chuẩn có thể truy nguyên. Ước lượng này phải cung cấp thông tin về độ không đảm bảo đo của quy trình hiệu chuẩn và dữ liệu định lượng về các yếu tố không đảm bảo sau đây cho mỗi thiết bị được sử dụng để thực hiện quy trình hiệu chuẩn. Đặc biệt:

a) Thành phần của độ không đảm bảo phát sinh từ các ảnh hưởng ngẫu nhiên (Loại A).

b) Thành phần của độ không đảm bảo phát sinh từ các ảnh hưởng hệ thống (Loại B).

Phòng thí nghiệm cụ thể phải phân tích độ không đảm bảo đo đầy đủ để thực hiện phương pháp hiệu chuẩn. Phụ lục A đưa ra các ví dụ về các thành phần không đảm bảo chính trong một số phương pháp thực hiện cụ thể. Do sự đa dạng của các phương pháp có sẵn, không thể đưa ra hướng dẫn chi tiết về cách cần thực hiện phân tích độ không đảm bảo đo cụ thể. Tuy nhiên, các thành phần dưới đây phải được xem xét:

- độ không đảm bảo đo của tất cả các thiết bị đo liên quan;

- bù hoặc độ trôi của tất cả các thiết bị đo;

- độ không đảm bảo đo của tất cả các thiết bị chuẩn được sử dụng;

- độ không đảm bảo đo của nhiệt độ thiết bị được đo;

- độ không đảm bảo đo của phép đo cường độ bức xạ (cường độ bức xạ tổng và phổ bức xạ);

- độ không đảm bảo đo đưa vào do độ lệch giữa phổ bức xạ thực và phổ bức xạ chuẩn;

- sự góp phần do đô lặp loại và độ tái lập;

- độ không đảm bảo đo do độ không ổn định của các điều kiện và thiết bị đo.

6  Báo cáo hiệu chuẩn

Báo cáo hiệu chuẩn phải bao gồm ít nhất các thông tin sau:

a) tiêu đề (ví dụ: "Giấy chứng nhận hiệu chuẩn);

b) tên và địa chỉ của phòng thí nghiệm, và địa điểm nơi thực hiện hiệu chuẩn, nếu khác với địa chỉ của phòng thí nghiệm;

c) nhận dạng duy nhất của báo cáo (như số sê-ri) và của từng trang, tổng số trang và ngày phát hành;

d) tên và địa chỉ của khách hàng đặt hàng;

e) mô tả và xác định rõ ràng của (các) vật phẩm được hiệu chuẩn;

f) ngày nhận (các) vật phẩm hiệu chuẩn và (các) ngày thực hiện hiệu chuẩn, nếu thích hợp;

g) các kết quả hiệu chuẩn và độ không đảm bảo đo của chúng, bao gồm nhiệt độ của thiết bị khi thực hiện hiệu chuẩn;

h) tham chiếu đến các quy trình lấy mẫu được sử dụng bởi phòng thí nghiệm trong đó các quy trình này có liên quan đến tính hợp lệ hoặc áp dụng kết quả;

i) tên, chức vụ và chữ ký hoặc nhận dạng tương đương của người phê duyệt báo cáo;

j) khi có liên quan, một tuyên bố về ảnh hưởng của kết quả chỉ liên quan đến các vật phẩm được hiệu chuẩn;

k) trong trường hợp có liên quan, đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn PV;

l) trong trường hợp có liên quan, hệ số nhiệt độ của thiết bị chuẩn PV.

7  Ghi nhãn

Thiết bị chuẩn PV được hiệu chuẩn phải được ghi nhãn với số sê ri hoặc số tham chiếu và các thông tin kèm theo dưới đây hoặc được cung cấp trong giấy chứng nhận đi kèm:

a) Ngày hiệu chuẩn (thực tế hoặc hiện hành);

b) Giá trị hiệu chuẩn và độ không đảm bảo đo của nó;

c) nhận dạng phòng thí nghiệm thực hiện hiệu chuẩn.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ về quy trình hiệu chuẩn có hiệu lực

A.1  Quy định chung

A.1.1  Tổng quan

Phụ lục này mô tả các ví dụ về quy trình hiệu chuẩn cho thiết bị chuẩn PV là thiết bị chuẩn sơ cấp, cùng với độ không đảm bảo đo đã công bố của chúng. Các quy trình này dùng để thiết lập liên kết chuẩn của các thiết bị chuẩn PV tới các đơn vị SI theo yêu cầu của TCVN 12678-2 (IEC 60904-2). Các thiết bị chuẩn sơ cấp được hiệu chuẩn theo các quy trình này nhằm thiết lập liên kết chuẩn của các thiết bị chuẩn PV khác mà sau đó sẽ trở thành thiết bị chuẩn thứ cấp.

Như đã đề cập trong Điều 1, các phương pháp trong phụ lục này được giới hạn trong công nghệ PV một lớp tiếp giáp. Ngoài ra, hiện nay chúng chỉ có hiệu lực cho công nghệ tinh thể silic, mặc dù chúng có thể được áp dụng cho các công nghệ khác.

Các phương pháp đã được thực hiện ở nhiều phòng thí nghiệm khác nhau trên khắp thế giới và có hiệu lực trong so sánh liên phòng quốc tế, đáng chú ý nhất là Thang đo quang điện thế giới (WPVS). Tuy nhiên, mô tả trong tiêu chuẩn này là tổng quát hơn. Để biết chi tiết về việc thực hiện khác nhau này, các tài liệu tham khảo trong các công bố tương đương nhau được đưa ra ở cuối mỗi quy trình.

Các ước lượng độ không đảm bảo đo dựa trên U₉₅ (hệ số phủ k = 2) cho tất cả các thành phần đơn lẻ. Độ không đảm bảo đo mở rộng kết hợp được tính là căn bậc hai của tổng bình phương của tất cả các thành phần. Độ không đảm bảo đo được cung cấp là các phiên bản đơn giản hóa (giới hạn trong các thành phần chính) như được cung cấp bởi các phòng thí nghiệm đã thực hiện quy trình. Các tính toán độ không đảm bảo đo này đóng vai trò là hướng dẫn và sẽ phải được điều chỉnh phù hợp với việc thực hiện cụ thể của từng quy trình trong một phòng thí nghiệm nhất định. Độ không đảm bảo đo đạt được bởi bất kỳ việc thực hiện các phương pháp này có thể khác nhau đáng kể. Độ không đảm bảo đo được trích dẫn bởi phòng thí nghiệm đã cho phải dựa trên một phân tích cụ thể rõ ràng và không thể được thực hiện bằng cách tham chiếu đến các lượng độ không đảm bảo đo trong tiêu chuẩn này

A.1.2  Các ví dụ về phương pháp có hiệu lực

A.2  Phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu (GSM)

A.3  Hiệu chuẩn khả năng đáp ứng phổ vi sai (DSR)

A.4  Phương pháp mô phỏng mặt trời (SSM)

A.5  Phương pháp ánh sáng mặt trời trực tiếp (DSM)

A.1.3  Ký hiệu thông thường

A.1.4  Công thức chung

Phương pháp được mô tả trong A.2, A.4 và A.5 có chung một số công thức tính toán được nêu chi tiết trong điều này. Chi tiết của việc thực hiện khác nhau thì được mô tả trong từng điều nhỏ.

I_SC thông thường không được đo ở chính xác 1 000 Wm^-2, nhưng ở mức cường độ bức xạ gần đó. Giả thiết rằng I_SC của thiết bị chuẩn PV thay đổi tuyến tính với cường độ bức xạ theo TCVN 12678-10 (IEC 60904-10) thì thực hiện hiệu chỉnh như sau:

Nếu phép đo cường độ bức xạ được truy nguyên tới WRR thì số đọc cường độ bức xạ có thể được hiệu chỉnh đối với thang đo khác với đơn vị SI.

STC bắt buộc nhiệt độ thiết bị là 25 °C, nhưng các phép đo sẽ không luôn luôn được thực hiện ở nhiệt độ này. Các sai lệch về nhiệt độ cần được tính vào quỹ độ không đảm bảo đo. Cũng có thể hiệu chỉnh I_SC từ nhiệt độ đo T_j đến 25 °C bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ M_T được xác định bởi:

Hiệu chỉnh cho sự khác nhau của đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn và thiết bị được sử dụng để đo cường độ bức xạ có thể được tính như hệ số không phù hợp phổ SMM:

CHÚ THÍCH: Công thức A.3 giống như trong TCVN 12678-7 (IEC 60904-7) đối với trường hợp bộ phát hiện kiểu pin nhiệt điện trong đó đáp ứng phổ của thiết bị cần thử nghiệm là đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn.

Phạm vi tích phân là toàn bộ bước sóng. Đối với E_ref (λ), cường độ bức xạ bằng 0 ở bước sóng dưới 280 nm. Việc này cũng duy trì bình thường đối với E_meas(λ) đặc biệt trong ánh sáng mặt trời tự nhiên. Vì lý do thực tiễn, tích phân một cách rõ ràng không thể được tính đến ở bước sóng trên 4 000 nm vì E_ref (λ) không xác định được rõ ràng mà chỉ có thể tích phân cường độ bức xạ trong khoảng từ 4 000 nm đến vô cùng. E_meas(λ) chỉ được đo một cách điển hình trong phạm vi bước sóng nhỏ hơn, ví dụ đến 2 500 nm. Để tính toán tích phân, có thể sử dụng phép xấp xỉ thích hợp, (cắt bớt tích phân) hoặc mở rộng các dữ liệu phổ bức xạ đo được bằng cách ngoại suy hoặc mô hình hóa nhưng cần được tính đến trong tính toán độ không đảm bảo đo. Ví dụ, cắt bớt tích phân ở 4 000 nm đối với DSM sẽ dẫn đến sai số 0,025 %, trong khi cắt bớt ở 2 500 nm, sai số là 0,116 %. Các giá trị này đã được xác định từ phổ bức xạ trực tiếp và toàn cầu như xác định ở TCVN 12678-3 (IEC 60904-3).

Máy đo bức xạ khoang được sử dụng cho phép đo bức xạ được giả thiết phát hiện cường độ bức xạ ở tất cả các bước sóng hoàn chỉnh. Các sai lệch có thể có từ đặc tính hoàn thiện này cần được hiệu chỉnh hoặc được tính đến trong độ không đảm bảo đo.

Giá trị hiệu chuẩn (CV) của thiết bị chuẩn PV được tính như sau:

A.1.5  Tài liệu tham khảo

- IEC 60891, Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics

- TCVN 12678-7:2020 (IEC 60904-7:2008), 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

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

- C. R. Osterwald et al. “The results of the PEP’93 intercomparison of reference cell calibrations and newer technology performance measurements: Final Report”, NREL/TP- 520-23477 (1998) 209 pages.

- C. R. Osterwald et al. “The world photovoltaic scale: an international reference cell calibration prpgram”, Progress in Photovoltaics 7 (1999) 287-297.

- K. Emery “The results of the First World Photovoltaic Scale Recalibration”, NREL/TP-520- 27942 (2000) 14 pages

- Winter el al.: “The results of the Second World Photovoltaic Scale Recalibration”, Proc. of the 31^st IEEE PVSC 3-7 January 2005, Orlando, Florida, USA, pp. 1011-1014

A.2  Phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu (GSM)

A.2.1  Quy định chung

Việc thiết lập liên kết chuẩn dựa trên việc hiệu chuẩn bằng Phương pháp mặt trời và bóng râm liên tục như được mô tả trong ISO 9846. Thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn được so sánh dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên với hai máy đo bức xạ chuẩn, cụ thể là trực xạ kế đo cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp và nhật xạ kế đo cường độ bức xạ mặt trời khuếch tán bằng cách đặt một tấm che liên tục dưới điều kiện tia tới thẳng góc. Tổng cường độ bức xạ mặt trời được xác định bằng tổng cường độ bức xạ trực tiếp và cường độ bức xạ khuếch tán trên mặt phẳng. Vì trực xạ kế là một chuẩn thứ được sử dụng dưới dạng một máy đo bức xạ khoang tuyệt đối được so sánh đều đặn với Nhóm chuẩn Thế giới (WSG) thiết lập thiết bị đo bức xạ chuẩn thế giới (WRR). Hệ số hiệu chuẩn đối với thiết bị chuẩn PV được xác định từ dòng điện ngắn mạch đo được, được hiệu chỉnh theo công thức (A.4) dựa vào phổ bức xạ đo được của ánh sáng mặt trời toàn cầu và đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn.

Trong những điều kiện nhất định, phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu đơn giản hóa được áp dụng. Dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV được hiệu chỉnh theo công thức (A.1) và (A.2) và sau đó được vẽ đồ thị theo khối lượng không khí (AM) hình học đã hiệu chỉnh áp suất. Giá trị hiệu chuẩn được xác định từ bình phương tối thiểu tuyến tính ở AM = 1,5. Không yêu cầu hiệu chỉnh theo công thức (A.3) và do đó các phép đo phổ bức xạ của ánh sáng mặt trời tự nhiên và đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn PV là không cần thiết. Trong phiên bản đơn giản hóa của phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu, việc hiệu chỉnh phổ rõ ràng theo công thức (A.3) được thay thế bằng các điều kiện để đảm bảo rằng phổ bức xạ của ánh sáng mặt trời tự nhiên đủ gần với phổ bức xạ chuẩn đã xác định (TCVN 12678-3 (IEC 60904-3)) rằng thành phần không đảm bảo nhỏ hơn được trích dẫn trong Bảng A.1. Mặc dù điều này cần được đảm bảo bởi các điều kiện được liệt kê trong phần mô tả phương pháp bên dưới, nhưng nó cần được kiểm tra xác nhận một cách rõ ràng (tốt nhất là sử dụng phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu). Sau khi phê duyệt, phiên bản đơn giản hóa có thể được áp dụng miễn là các điều kiện biên giống như trong quá trình phê duyệt..

Việc kiểm tra xác nhận và phê duyệt sẽ tạo ra các giá trị số cho cả hai phương pháp. Nếu sự hài hòa giữa các giá trị số này nằm trong quỹ độ không đảm bảo đo của các phương pháp thì phương pháp đơn giản hóa sẽ được coi là hợp lệ.

Quy trình đơn giản hóa mang lại kết quả chính xác cho các thiết bị có đáp ứng phổ trên một phạm vi rộng của phổ mặt trời, ví dụ: thiết bị tinh thể silic nhưng có thể tạo ra các sai số đáng kể đối với các thiết bị đáp ứng phổ hẹp.

A.2.2  Thiết bị

a) Một bệ đỡ, có thể được định hướng vuông góc với mặt trời với độ chính xác ± 0,5 ° trong suốt quá trình hiệu chuẩn.

b) Một máy đo bức xạ khoang, có thể truy nguyên tới WRR.

c) Một nhật xạ kế, có thể truy nguyên tới WRR.

d) Một thiết bị tạo bóng râm để cung cấp bóng râm cho mục c). Góc trường, góc quan sát và góc khẩu độ được cung cấp bởi bóng râm sẽ bù cho các góc mô tả tương ứng của máy đo bức xạ khoang ở mục b).

e) Khối lắp có kiểm soát nhiệt độ dùng cho thiết bị chuẩn cần thử nghiệm có khả năng duy trì nhiệt độ thiết bị ở (25 ± 2) °C trong tất cả các lần hiệu chuẩn nếu không hiệu chỉnh nhiệt độ. Nhiệt độ cần được ổn định trong phạm vi 0,5 °C trong thời gian thu thập dữ liệu.

f) Phương tiện có thể truy nguyên để đo dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV với độ chính xác là ± 0,1% hoặc tốt hơn.

g) Phương tiện có thể truy nguyên để đo tín hiệu của nhật xạ kế với độ chính xác là ± 0,5 % hoặc tốt hơn.

h) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Máy đo phổ bức xạ có khả năng đo phổ bức xạ của tổng ánh sáng mặt trời tự nhiên trên mặt phẳng.

i) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Thiết bị xác định đáp ứng phổ liên quan của thiết bị chuẩn PV theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8).

j) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Phương tiện để đo độ cao của mặt trời đến độ chính xác là ± 2°. Ngoài ra, độ cao của mặt trời trong quá trình lấy mẫu dữ liệu có thể được lấy từ niên giám hoặc tính toán, miễn là yêu cầu độ chính xác được đáp ứng ngay khi lấy mẫu dữ liệu. Sau đó thường yêu cầu các phương tiện có thể truy nguyên để đo thời gian tính toán khối lượng không khí.

k) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Một áp kế để đo áp suất không khí cục bộ P với độ chính xác là ± 250 Pa hoặc tốt hơn.

A.2.3  Phép đo

Việc hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn này chỉ được thực hiện vào những ngày nắng trong, không có mây che phủ trong phạm vi 30° của mặt trời.

a) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hỏa: Xác định đáp ứng phổ liên quan của thiết bị chuẩn PV theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8).

b) Chọn địa điểm và/hoặc mùa trong năm để đảm bảo rằng độ cao của mặt trời đạt đến một góc trong suốt quá trình trong ngày tương ứng với AM 1,5 (41,8° ở P₀).

c) Lắp máy đo bức xạ khoang trên thiết bị hướng mặt trời (A.2.1.a). Máy đo bức xạ có sẵn trong thương mại có bộ phận điện tử riêng được kết nối với thiết bị theo khuyến nghị của nhà chế tạo. Cho phép đủ thời gian để ổn định các bộ phận điện tử.

d) Lắp thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn đồng phẳng trên bệ lắp, gắn nó vào khối lắp và duy trì nhiệt độ của thiết bị ở (25 ± 2) °C trong tất cả các lần hiệu chuẩn nếu không hiệu chỉnh nhiệt độ. Nhiệt độ cần được ổn định trong phạm vi 0,5 °C trong thời gian thu thập dữ liệu.

e) Lắp nhật xạ kế nhằm đo bức xạ mặt trời khuếch tán đồng phẳng trên bệ lắp. Đảm bảo rằng trong phạm vi quan sát của nhật xạ kế, không có bề mặt phản chiếu nào ảnh hưởng đến kết quả đo. Lắp thiết bị tạo bóng râm và đảm bảo rằng khu vực nhạy của nhật xạ kế được chỉ vào trung tâm của bóng râm.

f) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Lắp máy đo phổ bức xạ đồng phẳng trên bệ lắp.

g) Thực hiện đọc đồng thời theo các bước sau:

1) Đảm bảo căn chỉnh của tất cả các thiết bị liên quan đến mặt trời và căn chỉnh phù hợp của thiết bị tạo bóng râm.

2) Đảm bảo rằng nhiệt độ của thiết bị chuẩn PV nằm trong giới hạn cho trong d).

3) Ghi lại G_dir, cường độ bức xạ bình thường trực tiếp như được chỉ ra bằng máy đo bức xạ khoang.

4) Ghi lại G_dif, cường độ bức xạ trong mặt phẳng khuếch tán được chỉ ra bằng nhật xạ kế

5) Ghi lại I_SC, dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn

6) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Ghi lại E_meas(λ), phổ bức xạ của ánh sáng mặt trời tự nhiên toàn cầu.

7) Chỉ yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Đo θ, góc độ cao mặt trời, hoặc cách khác, ghi lại giờ, phút và giây của lấy mẫu dữ liệu và tính độ cao của mặt trời.

8) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hỏa: Ghi lại P, áp suất không khí cục bộ.

9) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Lặp lại các bước từ 1 đến 6 nhiều lần.

10) Không yêu cầu ở phiên bản đơn giản hóa: Lặp lại các bước 1 đến 5, 7 và 8 ít nhất cứ sau 5 min trong vài giờ trước và sau buổi trưa, trải dài phạm vi khối lượng không khí từ dưới AM 1,5 đến trên AM 3,0 trong cả hai khoảng thời gian.

h) Lặp lại toàn bộ quy trình đo trong ít nhất hai ngày khác.

A.2.4  Phân tích dữ liệu

Đối với tất cả các điểm dữ liệu được thực hiện, áp dụng theo trình tự các bước sau:

a) Từ chối các điểm dữ liệu trong đó G_dir, G_dif hoặc I_SC lệch hơn ± 3 % so với điểm dữ liệu trước đó.

b) Tính tổng cường độ bức xạ G_T = G_dir + G_dif.

c) Chia tỷ lệ dòng điện ngắn mạch I_SC của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn về G_STC theo công thức A.1.

d) Hiệu chỉnh nhiệt độ theo công thức A.2.

Việc này thường không được yêu cầu vì nhiệt độ được duy trì như mô tả trong A.2.2.d) và độ lệch nhiệt độ cho phép được tính trong quỹ độ không đảm bảo đo.

e) Hiệu chỉnh sự sai lệch trong đáp ứng phổ theo công thức A.3, trong đó E_meas(λ) là phổ bức xạ đo được của ánh sáng mặt trời tự nhiên toàn cầu.

f) Tính giá trị hiệu chuẩn theo công thức A.4.

g) Trung bình tất cả các giá trị hiệu chuẩn trong một ngày để có được CV₁.

h) Lặp lại các bước a) đến g) cho các ngày đo khác để có được CV₂, CV₃,.. CV_n tương ứng.

i) Xác định trung bình số học của tất cả n giá trị CV_i được phân tích theo các bước trên để mang lại giá trị hiệu chuẩn cuối cùng cho thiết bị chuẩn PV:

j) Trong phiên bản đơn giản hóa, các bước e) tới g) được thay thế như sau:

1) Từ chối các điểm dữ liệu mà tỷ lệ G_dif/GT nhỏ hơn 0,1 hoặc lớn hơn 0,3. Đồng thời từ chối các điểm dữ liệu trong đó G_T nằm ngoài phạm vi G_STC ± 20 %.

Điều này để đảm bảo rằng dữ liệu được sử dụng để phân tích được lấy trong các điều kiện khí quyển gần với phổ chuẩn tiêu chuẩn.

2) Sử dụng góc độ cao của mặt trời và áp suất khí quyển, tính khối lượng không khí (AM) tại thời điểm đo theo:

3) Từ chối tất cả các mẫu dữ liệu trong đó AM > 3.

4) Vẽ đồ thị giá trị của I_SC thu được sau bước d) so với giá trị khối lượng không khí AM_i của từng mẫu đo tương ứng.

5) Bằng cách sử dụng phương pháp phù hợp bình phương tuyến tính nhỏ nhất, tính độ dốc (m) và độ lệch (b) của đường thẳng phù hợp nhất của tập dữ liệu. Để cân bằng sự phù hợp, tất cả các giá trị dòng điện ngắn mạch phải được tính trung bình cho các bin AM là 0,01 trước khi thực hiện sự phù hợp. Cả buổi sáng và buổi chiều phải đóng góp ít nhất 33 % tổng số mẫu đo được sử dụng phương pháp phù hợp bình phương tối thiểu.

Để tạo thành đường thẳng, 10 điểm dữ liệu sẽ được coi là tối thiểu. Càng nhiều điểm dữ liệu trong phương pháp phù hợp bình phương tối thiểu gần với AM = 1,5 thì độ không đảm bảo đo của quy trình càng nhỏ.

Chỉ được phép sử dụng dữ liệu nửa ngày (buổi sáng hoặc buổi chiều). Tuy nhiên, trong lần trung bình cuối cùng, ít nhất phải có dữ liệu từ ba ngày khác nhau với ít nhất hai buổi sáng và hai buổi chiều.

6) Tính giá trị hiệu chuẩn của thiết bị chuẩn PV theo công thức:

7) Thực hiện các bước h) và i).

A.2.5  Ước lượng độ không đảm bảo đo

Trong Bảng A.1, giá trị điển hình của thành phần độ không đảm bảo đo đối với phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu (cột trái) và phiên bản đơn giản hóa của chúng được liệt kê, dẫn đến độ không đảm bảo đo mở rộng kết hợp U₉₅ (với hệ số phủ k=2) là 0,7 % và 0,8 % tương ứng

Bảng A.1- Thành phần độ không đảm bảo đo điển hình (k=2) của phương pháp ánh sáng mặt trời toàn cầu

A.2.6  Tài liệu tham khảo

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

- K.A. Emery, C.R. Osterwald, L.L. Kazmerski, and R.E. Hart, (1988c), Calibration of Primary Terrestrial Reference Cells When Compared With Primary AM0 Reference Cells, Proceedings of the 8th PV Solar Energy Conference, Florence, pp. 64-68.

- K. A. Emery, C.R. Osterwald, S. Rummel, D.R. Myers, T.L Stoffel, and D. Waddington, “A Comparison of Photovoltaic Calibration Methods,” Proc. 9th European Photovoltaic Solar Energy Conf., Freiburg, W. Germany, September 25-29, 1989, pp. 648-651.

- K.A. Emery, D. Waddington, S. Rummel, D.R. Myers, T.L. Stoffel, and C.R. Osterwald, “SERI Results from the PEP 1987 Summit Round Robin and a Comparison of Photovoltaic Calibration Methods,” SERI tech. rep. TR-213-3472, March 1989.

- Gomez, T, Garcia L, Martinez G, "Ground level sunlight calibration of space solar cells. Tenerife 99 campaign," Proc. 28th IEEE PVSC, 1332-1335, (2000).

- J. Metzdorf, T. Wittchen, K. Heidler, K. Dehne, R. Shimokawa, F. Nagamine, H. Ossenbrink, L. Fornarini, C. Goodbody, M. Davies, K. Emery, and R. Deblasio, “The Results of the PEP '87 Round-Robin Calibration of Reference Cells and Modules,- Final Report” PTB technical repod PTB-Opt-31, Braunschweig, Germany, November 1990, ISBN 3-89429-067-6.

- H. Mullejans, A. loannides, R. Kenny, W. Zaaiman, H. A. Ossenbrink, E. D. Dunlop "Spectral mismatch in calibration of photovoltaic reference devices by global sunlight method" Measurement Science and Technology 16 (2005) 1250-1254.

- H. Mullejans, W. Zaaiman, E. D. Dunlop, H. A. Ossenbrink “Calibration of photovoltaic reference cells by global sunlight method”, Metrologia 42 (2005) 360-367.

- H. Mullejans, W. Zaaiman, F. Merli, E. D. Dunlop, H. A. Ossenbrlnk “Comparison of traceable calibration methods for primary photovoltaic reference cells” Progress in Photovoltaics 13 (2005) 661-671.

- F.C. Treble and K.H. Krebs, “Comparison of European Reference Solar Cell Calibrations”, Proc. 15th IEEE PV Spec. Conf., 1981, pp. 205-210.

- R. Whitaker, G. Zerlaut, and A. Purnell, "Experimental demonstration of the efficacy of global versus direct beam use in photovoltaic performance prediction of flat plate photovoltaic modules”, Proc 16th IEEE PVSC, pp. 469-474, 1982.

- A Fehlmann, G Kopp, W Schmutz, R Winkler, W Finsterle, N Fox, metrologia 49, 2012, S34

A.3  Hiệu chuẩn đáp ứng phổ vi sai (DSR)

A.3.1  Quy định chung

Liên kết chuẩn dựa trên việc hiệu chuẩn đáp ứng phổ bằng bộ phát hiện chuẩn có thể liên kết chuẩn trực tiếp đến các đơn vị SI. Giá trị hiệu chuẩn được tính từ đáp ứng phổ tuyệt đối đo được của thiết bị chuẩn PV và phân bố phổ bức xạ mặt trời chuẩn. Hiệu chuẩn đáp ứng phổ được chuyển từ mức cường độ bức xạ của bộ phát hiện chuẩn sang cường độ bức xạ mặt trời qua nhiều bậc độ lớn mà không có hạn chế nào đối với thiết bị chuẩn PV liên quan đến tuyến tính hoặc sự phù hợp phổ.

A.3.2  Thiết bị

Yêu cầu các thiết bị sau đây (xem Hình A.1 và A.2):

a) một bộ tạo ánh sáng đơn sắc tạo ra phổ bức xạ băm nằm trong dải bước sóng bao gồm đáp ứng phổ bức xạ của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn, với chế độ đặt bước sóng truy nguyên được;

b) (các) bóng đèn có thấu kính hoặc hệ thống quang học lối vào gương (được khuyến nghị là bóng đèn thạch anh-halogen để bao phủ các bước sóng trên 400 nm; và bóng đèn hồ quang Xenon cho bước sóng dưới 400 nm). Một cách khác, một nguồn cw-laze điều chỉnh được hoặc ánh sáng tắng có dải phổ sẵn có điều chỉnh được phủ đáp ứng phổ bức xạ của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn.

c) một nguồn sáng định thiên, đáp ứng các yêu cầu về phổ bức xạ, độ đồng nhất và độ ổn định tạm thời của cấp CBA như được định nghĩa trong TCVN 12678-9 (IEC 60904-9);

d) một chùm sáng đơn sắc dạng xung băm, có thể truy nguyên hiệu chuẩn bước sóng của nó, để hiệu chuẩn tuyệt đối ở một hoặc nhiều bước sóng rời rạc. Độ không đồng đều phải nhỏ hơn ± 3 % trong vùng hoạt động của thiết bị cần hiệu chuẩn.

Nhận xét: Chùm ánh sáng đơn sắc từ A.3.2 a) có thể được sử dụng cho mục đích này nếu nó đáp ứng yêu cầu đã cho.

e) Cảm biến quang có màn hình đủ lớn để theo dõi công suất bức xạ của chùm sáng đơn sắc của a) và d);

f) Tùy chọn: một máy đo phổ bức xạ tiêu chuẩn để quan sát bước sóng củ chùm tia đơn sắc.

g) (các) bộ phát hiện phổ bức xạ tiêu chuẩn có kiểm soát nhiệt độ có thể truy nguyên trực tiếp tới các đơn vị SI. Các bộ phát hiện này phải là điốt quang với độ tuyến tính, độ đồng nhất và độ ổn định tốt nhất hiện có;

h) khẩu độ có thể điều chỉnh (được chụp vào thiết bị chuẩn PV);

i) phương tiện để duy trì nhiệt độ của thiết bị chuẩn PV ở (25 ± 0,5) °C;

j) phương tiện để đo dòng điện ngắn mạch xoay chiều của thiết bị chuẩn PV, (các) bộ phát hiện chuẩn và bộ phát hiện có màn hình theo dõi, ví dụ như bộ khuếch đại khóa tần. Sự thay đổi của hệ số khuếch đại của các bộ khuếch đại đó phải nhỏ hơn 0,1 % trong phạm vi tín hiệu được sử dụng. Tốt nhất là cùng một bộ khuếch đại được sử dụng cho thiết bị chuẩn PV và bộ phát hiện chuẩn;

k) phương tiện để đo thành phần một chiều của thiết bị chuẩn PV I_b như được định nghĩa trong bước A.3.2.f.

A.3.3  Quy trình thử nghiệm

a) Đặt và duy trì nhiệt độ của thiết bị chuẩn PV đến (25 ± 0,5) ° C. Nếu xuất hiện sai lệch nhiệt độ lớn hơn thì cần hiệu chỉnh sử dụng hệ số nhiệt độ phổ của đáp ứng bức xạ phổ.

b) Điều chỉnh khẩu độ cho đến khi hình ảnh của nó rọi lên toàn bộ thiết bị chuẩn PV.

c) Lắp bộ phát hiện chuẩn ở cùng vị trí và mặt phẳng mà thiết bị chuẩn PV được hiệu chuẩn.

d) Hiệu chuẩn nguồn bức xạ ánh sáng đơn sắc ở A.3.2.a. (không có bức xạ định thiên) đối với cường độ bức xạ phổ tương đối của nó. Sử dụng chùm sáng đơn sắc dạng xung băm để xác định tỷ lệ của dòng điện ngắn mạch xoay chiều của điốt quang cỏ màn hình (ΔI_mon,st(λ)) và bộ phát hiện chuẩn (ΔI_st(λ)) được đo đồng thời ở các khoảng bước sóng không quá 10 nm trên toàn dải đáp ứng.

e) Đặt cường độ bức xạ định thiên trắng E_b đến mức vận hành mong muốn (trong khoảng từ 10 Wm^-2 đến 1 500 Wm^-2) và đo dòng điện ngắn mạch một chiều tương ứng I_b = I_sc (E_b) của thiết bị chuẩn PV. Đảm bảo rằng bộ phát hiện tiêu chuẩn được bảo vệ khỏi cường độ bức xạ ánh sáng trắng định thiên.

f) Đo đáp ứng phổ bức xạ vi sai tương đối của thiết bị chuẩn PV bằng cách sử dụng bức xạ đơn sắc dạng xung băm của nguồn bức xạ A.3.2.a) và xác định tỷ lệ dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV ((ΔI_ref(λ,I_b)) và điốt quang có màn hình (ΔI_mon,ref(λ)). Tính toán đáp ứng phổ vi sai tương đối của thiết bị chuẩn PV dưới cường độ bức xạ định thiên E_b:

trong đó s_st(λ) là đáp ứng phổ bức xạ của bộ phát hiện chuẩn ở bước sóng λ.

- Nhận xét: Nếu máy đo phổ bức xạ chuẩn để theo dõi hoặc hiệu chỉnh bước sóng được sử dụng (A.3.2.f) thì việc hiệu chỉnh bước sóng phải được thực hiện trước khi xác định

g) Lặp lại các bước f) và g) ở 5 mức định thiên vi sai, bao gồm ít nhất khoảng giữa 10 Wm^-2 và 1 100 Wm^-2, do đó bao gồm một phép thử tuyến tính của đáp ứng phổ bức xạ tương đối.

h) Hiệu chuẩn nguồn bức xạ đơn sắc ở A.3.2.d) (có thể trong một mặt phẳng đo khác có độ đồng nhất tốt hơn) ở một đến ba bước sóng λ_i (không có bức xạ định thiên) với phổ bức xạ tuyệt đối của nó. Sử dụng chùm tia đơn sắc dạng băm để xác định tỷ số của các dòng điện ngắn mạch xoay chiều của điốt quang có màn hình (ΔI_mon,st(λ)) và bộ phát hiện(ΔI_st(λ)) được đo đồng thời.

i) Đặt cường độ bức xạ ánh sáng trắng định thiên đến mức thấp E₀ gần hoặc ở giá trị nhỏ nhất như quy định ở bước e) và đo dòng điện ngắn mạch một chiều tương ứng I₀ = I_SC(E₀) của thiết bị chuẩn PV. Đảm bảo rằng bộ phát hiện tiêu chuẩn được bảo vệ khỏi cường độ bức xạ ánh sáng trắng định thiên.

j) Đo đáp ứng phổ bức xạ vi sai tuyệt đối của thiết bị chuẩn PV ở một đến ba bước sóng λ_i bằng cách sử dụng chùm tia đơn sắc dạng băm của nguồn bức xạ ở A.3.2.d) và xác định tỷ số của các dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV (ΔI_ref (λ_i, I₀)) và điốt quang có màn hình (ΔI_mon,ref(λ_i)). Tính toán đáp ứng phổ vi sai tuyệt đối của thiết bị chuẩn PV dưới cường độ bức xạ định thiên E_b:

trong đó  là đáp ứng phổ bức xạ của bộ phát hiện tiêu chuẩn ở bước sóng λ_i.

- Nhận xét: Nếu máy đo phổ bức xạ chuẩn để theo dõi hoặc hiệu chỉnh bước sóng được sử dụng (A.3.2.f) thì việc hiệu chỉnh bước sóng phải được thực hiện trước khi xác định .

- Nhận xét: Nếu chùm tia đơn sắc ở A.3.2.a) được sử dụng để hiệu chuẩn tuyệt đối của đáp ứng phổ bức xạ vi sai hoàn chỉnh của thiết bị chuẩn PV, việc hiệu chuẩn nguồn bức xạ đơn sắc ở A.3.3.d) được thực hiện liên quan đến phổ bức xạ tuyệt đối của nó. Do đó, đáp ứng phổ bức xạ vi sai tuyệt đối  của thiết bị chuẩn PV thay thế cho đáp ứng phổ bức xạ vi sai tương đối  thu được ở bước A.3.3.f) và bước A.3.3.h), A.3.3.i) và A.3.3.j) có thể được bỏ qua.

A.3.4  Phân tích dữ liệu

a) Tính toán tỉ số k_i(λ_i) = (đáp ứng phổ bức xạ tương đối như xác định trong A.3.2.f)/(đáp ứng phổ bức xạ tuyệt đối như xác định trong A.3.3.j) cho từng bước sóng của ba bước sóng λ₁, λ₂, λ₃ dưới cường độ bức xạ E₀. Tất cả ba giá trị k_i(λ_i) phải nằm trong dải ± 0,5 % trung bình của ba giá trị, nếu không thì phải lặp lại phép đo cho đến khi đáp ứng. Tất cả các độ không đảm bảo đo phải được ấn định đúng cho các giá trị k_i và DSR tương đối. Sau đó, các độ không đảm bảo đo của giá trị k_i phải được lan truyền thông qua lấy trung bình, có tính đến sự tương quan. Độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn kết hợp phải lớn hơn độ lệch tiêu chuẩn của trung bình của ba giá trị k_i(λ_i) vì độ lệch tiêu chuẩn phản ánh độ không đảm bảo đo không tương quan và độ tái lập của phép đo đáp ứng phổ vi sai tuyệt đối.

b) Tính toán các đáp ứng phổ vi sai tuyệt đối bằng cách chia tỷ lệ đáp ứng tương đối với giá trị trung bình của k_i được xác định trong bước a):

c) Tính toán đáp ứng vi sai S_AM1.5G(I_b) dưới cường độ bức xạ E_ref(λ) cho ít nhất 5 mức khác nhau của ánh sáng định thiên được xác định bởi l_b

với

Và

trong đó, giới hạn tích phân trên I_STC thu được bằng phép xấp xỉ lặp đi lặp lại. Xem TCVN 12678-10 (IEC 60904-10) để xác định xem thiết bị chuẩn PV có thể xem là tuyến tính hay không.

A.3.5  Ước lượng độ không đảm bảo đo

Trong Bảng A.2, giá trị điển hình của thành phần độ không đảm bảo đo dẫn đến độ không đảm bảo đo mở rộng kết hợp U₉₅ < 0,5 %(với hệ số phủ k=2) được tóm tắt.

CHÚ THÍCH: Độ không đảm bảo đo được trích dẫn là không dễ dàng đạt được và chỉ có thể có sẵn tại một số viện đo lường quốc gia.

Bảng A.2 - Thành phần độ không đảm bảo đo (k=2) của hiệu chuẩn đáp ứng phổ vi sai trên thiết bị chuẩn PV

CHÚ DẪN:

Hình A.1 - Sơ đồ khối của hiệu chuẩn đáp ứng phổ vi sai xếp chồng bức xạ đơn sắc dạng xung băm DE(I) và bức xạ định thiên một chiều E_b

Hình A.2 - Bố trí hệ thống quang học đối với hiệu chuẩn đáp ứng phổ vi sai

A.3.6  Tài liệu tham khảo

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

- TCVN 12678-10 (IEC 60904-10), Thiết bị quang điện - Phần 10: Phương pháp đo độ tuyến tính

- J. Metzdorf “Calibration of solar cells. 1: The differential spectral responsivity method”, Appl. Optics 26 (9) (1987) 1701-1708.

- J. Metzdorf, S. Winter, T. Wittchen “Radiometry in photovoltaics: calibration of reference solar cells and evaluation of reference values” metrologia 37 (2000) 573-578.

- S. Winter, T. Wittchen, J. Metzdorf “Primary Reference Cell Calibration at the PTB Based on an Improved DSR Facility” in “Proc. 16th European Photovoltaic Solar Energy Conf.”, ed. by H. Sehern, B. Mc/Velis, E. Palz, H. A. Ossenbrink, E. Dunlop, P. Helm (Glasgow 2000) James & James (Science Publ., London), ISBN 1 902916 19 0

- S. Winter, T. Fey, I. Kröger, D. Friedrich, K. Ladner, B. Ortel, S. Pendsa, F. Witt, "Design, realization and uncertainty analysis of a laser-based primary calibration facility for solar cells at PTB", Measurement 51, 2014, 457-463.

A.4  Phương pháp bộ mô phỏng mặt trời (SSM)

A.4.1  Quy định chung

Liên kết chuẩn dựa trên cường độ bức xạ phổ tuyệt đối của ánh sáng mặt trời mô phỏng và đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn. Phổ bức xạ tuyệt đối phải được đo bằng máy đo phổ bức xạ được hiệu chuẩn bằng bóng đèn chuẩn có thể truy nguyên trực tiếp tới các đơn vị SI, và đáp ứng phổ phải được hiệu chuẩn bằng bộ phát hiện chuẩn có thể truy nguyên trực tiếp tới đơn vị SI. Khi cần truy nguyên thông qua WRR, cường độ bức xạ tuyệt đối của bộ mô phỏng mặt trời phải được đo bằng cách sử dụng máy đo bức xạ khoang có thể truy nguyên theo WRR. Giá trị hiệu chuẩn được tính từ đáp ứng phổ đo được của thiết bị chuẩn, phân bố phổ bức xạ của bộ mô phỏng mặt trời và phân bố phổ bức xạ mặt trời chuẩn (TCVN 12678-3 (IEC 60904-3)).

A.4.2  Thiết bị

Yêu cầu các thiết bị dưới đây (xem Hình A.3).

a) Bộ mô phỏng mặt trời cấp AAA như được định nghĩa trong TCVN 12678-9 (IEC 60904-9). Phân tích độ không đảm bảo đo dưới đây giả thiết rằng độ không đồng nhất về không gian của cường độ bức xạ dưới 0,2 % và độ không ổn định tạm thời dưới 0,1 %. Khi máy đo bức xạ khoang (A.4.2.e) được sử dụng, bộ mô phỏng mặt trời phải ở trạng thái ổn định với chùm ánh sáng chuẩn trực.

b) Máy đo phổ bức xạ như được mô tả trong CIE 53-1982.

c) Phương tiện đo đáp ứng phổ của thiết bị chuẩn PV như được định nghĩa trong TCVN 12678-8 (IEC 60904-8).

d) Một bóng đèn tiêu chuẩn đã được hiệu chuẩn trực tiếp bởi các bóng đèn chuẩn đầu, phải được công nhận lẫn nhau và được CCPR/CIE phê chuẩn.

e) Máy đo bức xạ khoang có thể truy nguyên theo WRR có góc quan sát rộng hơn góc chiếu lan của ánh sáng của mô phỏng mặt trời (tùy chọn).

f) Phương tiện đo dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV phải phù hợp với các yêu cầu đo lường chung của TCVN 12678-1 (IEC 60904-1).

g) Phương tiện duy trì nhiệt độ của thiết bị chuẩn PV ở (25 ± 2) °C nếu không hiệu chỉnh nhiệt độ. Nhiệt độ cần ổn định trong phạm vi 0,5 °C trong thời gian thu thập dữ liệu.

A.4.3  Quy trình hiệu chuẩn

a) Đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn PV phải được đo theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8).

b) Cường độ bức xạ của bộ mô phỏng mặt trời trong mặt phẳng thử nghiệm phải được đặt xấp xỉ G_STC, sử dụng bộ phát hiện ảnh nhiệt như pin nhiệt điện.

c) Phân bố phổ bức xạ tuyệt đối trong mặt phẳng thử nghiệm phải được đo bằng máy đo phổ bức xạ được hiệu chuẩn như được mô tả trong CIE 63-1984. Để tính toán như mô tả ở A.4.4 a), dải bước sóng phải được trải dài tối thiểu bằng khoảng thời gian như s(λ). Khi máy đo bức xạ khoang được sử dụng như trong A.4.4. b), dải bước sóng của phép đo cường độ bức xạ phổ phải đủ lớn để đạt được độ không đảm bảo đo mong muốn.

d) Thiết bị chuẩn PV phải được đặt trong mặt phẳng thử nghiệm của bộ mô phỏng. Nhiệt độ thiết bị phải được duy trì ở (25 ± 2) °C trong tất cả các lần hiệu chuẩn nếu không hiệu chỉnh nhiệt độ. Nhiệt độ cần được ổn định trong phạm vi 0,5 °C trong thời gian thu thập dữ liệu. Dòng điện ngắn mạch của thiết bị phải được đo hơn 10 lần và tính giá trị trung bình.

A.4.4  Phân tích dữ liệu

a) Giá trị hiệu chuẩn (CV) được tính như sau:

Trong đó E_meas(λ) là phân bố phổ bức xạ tuyệt đối của bộ mô phỏng mặt trời.

b) Khi cần liên kết chuẩn trực tiếp đến WRR, cường độ bức xạ tuyệt đối của bộ mô phỏng mặt trời phải được đo bằng cách sử dụng máy đo bức xạ khoang có thể truy nguyên đến WRR, như được mô tả trong A.4.1.e). Giá trị hiệu chuẩn (CV) được tính theo công thức A.4 trong đó G_T là cường độ bức xạ tổng của bộ mô phỏng mặt trời được đo bằng máy đo bức xạ khoang.

c) Lặp lại các bước trong A.4.2. và A.4.3. hai lần, CV trung bình là giá trị hiệu chuẩn cuối cùng.

A.4.5  Ước lượng độ không đảm bảo đo

Bảng A.3 và Bảng A.4 tóm tắt các giá trị điển hình của thành phần độ không đảm bảo đo dẫn đến độ không đảm bảo đo mở rộng kết hợp U₉₅ là 2 % và 0,6 % (với hệ số phủ k=2).

Bảng A.3 - Ví dụ về các thành phần độ không đảm bảo đo (k=2) của hiệu chuẩn phương pháp bộ mô phỏng mặt trời

Bảng A.4 - Thành phần độ không đảm bảo đo điển hình (k=2) của hiệu chuẩn phương pháp bộ mô phỏng mặt trời khi sử dụng máy đo bức xạ khoang có thể truy nguyên đến WRR

Hình A.3 - Sơ đồ thiết bị của phương pháp mô phương mặt trời

A.4.6  Tài liệu tham khảo

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

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

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

- R. Shimokawa, F. Nagamine, Y. Miyake, K. Fujisawa, Y. Hamakawa “Japanese indoor calibration method for the reference solar cell and comparison with outdoor calibration” Japanese J. Appl. Phys. 26(1) (1987) 86-91.

- R. Shimokawa, H. Ikeda, Y. Miyake, S. Igari "Development of wide fleld-of-view cavity radiometer for solar simulator use and intercomparison between irradiance measurements based on the world radiometer reference and electrotechnical laboratory scales" Japanese J. Appl. Phys. 41 (2002) 5088-5093.

- H. Müllejans, W. Zaaiman, F. Merli, E. D. Dunlop, H. A. Ossenbrink “Comparison of traceable calibration methods for primary photovoltaic reference cells” Progress in Photovoltaics 13 (2005) 661-671.

- CIE 53-1982 “Methods of Characterizing the Performance of radiometers and Photometers”, ISBN 92 9034 053 3.

- CIE 63-1984 “The Spectroradiometric Measurement of Light Sources”

A.5  Phương pháp ánh sáng mặt trời trực tiếp (DSM)

A.5.1  Quy định chung

Thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn được so sánh dưới chùm ánh sáng mặt trời tự nhiên trực tiếp với máy đo bức xạ chuẩn. Việc thiết lập liên kết chuẩn dựa trên việc hiệu chuẩn bằng cách sử dụng một trực xạ kế đo cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp và có thể truy nguyên đến WRR. Dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV được đo ở mức 1 000 W/m² và được hiệu chỉnh về nhiệt độ và sự không phù hợp phổ giữa phổ của chùm ánh sáng mặt trời tự nhiên trực tiếp khi được đo bằng máy đo phổ bức xạ và phổ tiêu chuẩn xác định (TCVN 12678-3 (IEC 60904-3)). Đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn PV cũng được xác định theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8).

A.5.2  Thiết bị

a) Một bệ đỡ, có thể được định hướng vuông góc với mặt trời với độ chính xác ± 0,5 ° trong suốt quá trình hiệu chuẩn.

b) Một máy đo bức xạ khoang, có thể truy nguyên đến WRR.

c) Một ống chuẩn trực cho thiết bị chuẩn PV có cùng góc quan sát với máy đo bức xạ khoang.

d) Khối lắp có kiểm soát nhiệt độ dùng cho thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn có khả năng duy trì nhiệt độ lớp tiếp giáp ở (25 ± 2) °C trong tất cả các lần hiệu chuẩn nếu không hiệu chỉnh nhiệt độ. Phân tích độ không đảm bảo đo giả thiết rằng việc hiệu chuẩn nhiệt độ được áp dụng và nhiệt độ ổn định trong phạm vi 0,2 °C trong thời gian thu thập dữ liệu trong tất cả các lần hiệu chuẩn.

e) Phương tiện có thể truy nguyên để đo dòng điện ngắn mạch của thiết bị chuẩn PV với độ chính xác ± 0,1 % hoặc tốt hơn.

f) Máy đo phổ bức xạ dùng để đo phổ bức xạ mặt trời trực tiếp bình thường có cùng góc quan sát với máy đo bức xạ khoang.

g) Một thiết bị để đo đáp ứng phổ tương đối của thiết bị chuẩn PV theo TCVN 12678-8 (IEC 60904-8) và là hàm của nhiệt độ.

A.5.3  Phép đo

Hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn này chỉ được thực hiện cho ngày trong, nắng và không có mây nhìn thấy được bao phủ trong phạm vi 30° của mặt trời.

a) Lắp thiết bị chuẩn PV cần hiệu chỉnh với ống chuẩn trực, máy đo bức xạ khoang và máy đo phổ trên bệ đỡ bám theo.

b) Đo phổ bức xạ tương đối của mặt trời, E_meas(λ), sử dụng máy đo phổ bức xạ. Trong quá trình đo phổ bức xạ, thực hiện đồng thời các bước sau:

1) Đo đầu ra của máy đo bức xạ khoang, G_dir và kiểm tra xác nhận rằng cường độ bức xạ nằm trong khoảng từ 750 Wm^-2 đến 1 100 Wm^-2.

2) Đo dòng điện ngắn mạch I_SC của thiết bị chuẩn PV cần hiệu chuẩn.

3) Đo nhiệt độ thiết bị chuẩn PV, T_j.

4) Lặp lại các bước này ít nhất bốn lần. Việc lặp lại này phải được phân bố vừa đủ thời gian trong quá trình đo phổ bức xạ đơn lẻ.

c) Thực hiện tối thiểu năm lần lặp lại bước b) trong ít nhất ba ngày riêng biệt.

A.5.4  Phân tích dữ liệu

a) Thực hiện hiệu chỉnh công thức A.1, trong đó G_T là số đọc của máy đo bức xạ khoang đại diện cho cường độ bức xạ trực tiếp G_dir.

b) Lấy trung bình các giá trị hiệu chuẩn từ a) cho từng phép đo phổ bức xạ.

c) Hiệu chỉnh dữ liệu về 25 °C và chuyển dịch dữ liệu sang phổ chuẩn.

Hiệu chỉnh từng kết quả của bước b) đối với nhiệt độ và các hiệu ứng phổ theo công thức (A.16) cho CV_i theo công thức (A.17).

d) Lấy trung bình tất cả các CV_i cho từng ngày và tính CV trung bình số học bằng công thức (A.5).

e) Từ chối bất kỳ điểm nào đáp ứng các tiêu chí sau:

1) CV_i hơn 1,5 % từ CV;

2) Phạm vi I_SC lớn hơn 1,5 %;

3) Độ lệch chuẩn CV_i (T_j) > 1 %.

f) Kiểm tra xác nhận rằng có ít nhất 3 ngày dữ liệu với tối thiểu 5 bộ mỗi ngày của dữ liệu hợp lệ tồn tại. Nếu không thực hiện các phép đo bổ sung cho đến khi tiêu chí này được đáp ứng. Sử dụng 5 ngày dữ liệu với 10 bộ mỗi ngày của dữ liệu hợp lệ điển hình được sử dụng thu được độ lệch tiêu chuẩn CV giảm hơn nữa.

A.5.5  Ước lượng độ không đảm bảo đo

Bảng A.5 liệt kê giá trị điển hình của thành phần độ không đảm bảo đo đối với phương pháp ánh sáng mặt trời trực tiếp và dẫn đến độ không đảm bảo đo mở rộng kết hợp U₉₅ là 0,6 % (với hệ số phủ k=2).

Bảng A.5 - Thành phần độ không đảm bảo đo điển hình (k=2) của phương pháp ánh sáng mặt trời trực tiếp sử dụng hệ số hiệu chỉnh phổ phụ thuộc vào nhiệt độ (công thức (A.16)) mà không áp dụng hệ số hiệu chuẩn đối với WRR theo thang SI

A.5.6  Tài liệu tham khảo

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

- C.R. Osterwald, K.A. Emery, D.R. Myers, R.E. Hart “Primary reference cell calibrations at SERI: History and methods” Proc. 21st IEEE PVSC Orlando, PL, May 21-25 1990, 1062- 1067.

- K.A. Emery, C.R. Osterwald, L.L. Kazmerski, R.E. Hart “Calibration of primary terrestrial reference cells when compared with primary AM0 reference cells" Proc. 8th European PVSEC, Florence, Italy, May 9-12 1988 p. 64-68.

- C. Osterwald, K. Emery "Spectroradiometric Sun Photometry" Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 17 (200) 1171-1188.

- ASTM E 1125-10: Standard test method for calibration of primary non-concentrator terrestrial photovoltaic reference cells using a tabular spectrum

- ASTM E 1125-16: Standard test method for calibration of primary non-concentrator terrestrial photovoltaic reference cells using a tabular spectrum

- A Fehlmann, G Kopp, W Schmutz, R Winkler, W Finsterle, N Fox, metrologia 49, 2012, S34

- C.R. Osterwald, M. Campanelli, T. Moriarty, K.A. Emery, R. Williams "Temperature Dependent Spectral Mismatch Corrections," IEEE Journal of Photovoltaics 5, 2015, 1692-1697

- C.R. Osterwald, L. Ottoson, R. Williams, C. Mack, T. Moriarty, K.A. Emery, and D.H. Levi, "Primary Reference Cell Calibrations with Reduced Measurement Uncertainty," Proc. 44th IEEE Photovoltaic Spec. Conf., Washington, DC, June, 2017

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 9846, Solar energy - Calibration of a pyranometer using a pyrheliometer

[2] ISO 9847, Solar energy - Calibration of field pyranometers by comparison to a reference pyranometer

[3] ISO 9059, Solar energy - Calibration of field pyrheliometers by comparison to a reference pyrheliometer