Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 12678-5:2020 IEC 60904-5:2011 Thiết bị quang điện - Phần 5: Xác định nhiệt độ tương đương của tế bào của thiết bị quang điện bằng phương pháp điện áp hở mạch

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12678-5:2020

IEC 60904-5:2011

THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN - PHẦN 5: XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA TẾ BÀO CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN ÁP HỞ MẠCH

Photovoltaic devices - Part 5: Determination of the equivalent cell temperature (ECT) of photovoltaic (PM) devices by the open-circuit voltage method

Lời nói đầu

TCVN 12678-5:2020 hoàn toàn tương đương với IEC 60904-5:2011;

TCVN 12678-5:2020 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 Cõng 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 5: XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA TẾ BÀO CỦA THIẾT BỊ QUANG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN ÁP HỞ MẠCH

Photovoltaic devices - Part 5: Determination of the equivalent cell temperature (ECT) of photovoltaic (PM) devices by the open-circuit voltage method

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này mô tả phương pháp ưu tiên để xác định nhiệt độ tương đương của tế bào (ECT) của các thiết bị PV (tế bào, môđun và dàn của cùng một loại môđun), nhằm mục đích so sánh các đặc tính nhiệt của chúng, xác định NOCT (nhiệt độ làm việc danh nghĩa của tế bào) và chuyển dịch các đặc tính l-V đo được sang các nhiệt độ khác.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các thiết bị tuyến tính với sự phụ thuộc của logarit V_OC vào cường độ bức xạ và trong điều kiện ổn định. Tiêu chuẩn này có thể được sử dụng cho tất cả các công nghệ nhưng phải kiểm tra xác nhận rằng việc ổn định trước không ảnh hưởng đến phép đo.

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 6781 (IEC 61215) (tất cả các phần), Môđun quang điện (PV) mặt đất tinh thể silic - Chất lượng thiết kế và phê duyệt kiểu

TCVN 12677 (IEC 61829), Dàn quang điện (PV) - Phép đo đặc tính dòng điện-điện áp tại hiện trường

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 12678-7 (IEC 60904-7), 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 (IEC 60904-10), Thiết bị quang điện - Phần 10: Phương pháp đo độ tuyến tính

TCVN ISO/IEC 17025, Yêu cầu chung về năng lực của các phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn

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)

3  Nguyên lý đo và các yêu cầu

3.1  Nguyên lý

Phương pháp được mô tả dưới đây dựa trên thực tế là điện áp hở mạch (V_OC) của tế bào quang điện thay đổi theo nhiệt độ theo cách có thể dự đoán được. Nếu điện áp hở mạch của thiết bị ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn đã biết, cùng với hệ số nhiệt độ của nó thì có thể xác định nhiệt độ tương đương của tất cả các tế bào trong thiết bị. Điện áp hở mạch cũng bị ảnh hưởng nhẹ bởi bức xạ, do đó có thể cần phải điều chỉnh bổ sung như được nêu trong IEC 60891. Kinh nghiệm cho thấy nhiệt độ tương đương của tế bào có thể được xác định chính xác hơn bằng phương pháp được mô tả dưới đây so với bất kỳ kỹ thuật thay thế nào. Tuy nhiên, khi hệ số nhiệt độ β giảm nhanh ở cường độ bức xạ dưới 200 W/m² thì phương pháp này chỉ nên được sử dụng ở cường độ bức xạ trên ngưỡng này.

3.2  Yêu cầu đo chung

a) Thiết bị được thử nghiệm cần phải phù hợp với các tiêu chí sau:

1) Sự biến đổi của V_OC cần phải là tuyến tính như được định nghĩa trong TCVN 12678-10 (IEC 60904-10) liên quan đến nhiệt độ.

2) Sự biến đổi của V_OC cần tuân theo sự phụ thuộc logarit vào cường độ bức xạ.

3) Thiết bị cần có điện trở thuần trở nối tiếp vì nếu không sẽ có các hệ số ECT khác nhau cho các vùng nhiệt độ khác nhau.

4) Điện trở sun của thiết bị cần phải lớn một cách hợp lý, như phần lớn các thiết bị có sẵn trên thị trường, vì nếu không sẽ có các hệ số ECT khác nhau cho các vùng nhiệt độ khác nhau.

b) Các phép đo cường độ bức xạ phải được thực hiện bằng thiết bị chuẩn PV được đóng gói và hiệu chuẩn theo TCVN 12678-2 (IEC 60904-2) hoặc sử dụng một nhật xạ kế. Thiết bị chuẩn PV phải phù hợp phổ với mẫu thử hoặc được hiệu chỉnh sự không phù hợp phổ theo TCVN 12678-7 (IEC 60904-7). Thiết bị chuẩn phải tuyến tính với dòng điện ngắn mạch như được định nghĩa trong TCVN 12678-10 (IEC 60904-10) trong phạm vi của cường độ bức xạ.

Theo TCVN 12678-2 (IEC 60904-2), để được coi là phù hợp phổ, thiết bị chuẩn phải được chế tạo bằng cách sử dụng cùng công nghệ tế bào và đóng gói kín như thiết bị thử nghiệm. Nếu không sẽ phải báo cáo là không phù hợp phổ.

CHÚ THÍCH: Một số thiết bị có thể phụ thuộc phổ đáng kể ở điện áp hở mạch. Trong trường hợp như vậy, cần phải có một máy đo phổ bức xạ để đảm bảo phổ tới ổn định.

c) Bề mặt hoạt động của mẫu thử phải đồng phẳng trong phạm vi ± 2° so với bề mặt hoạt động của thiết bị chuẩn.

d) Điện áp phải được đo với độ chính xác ± 0,2 % của điện áp hở mạch bằng cách sử dụng các dây ra độc lập từ các đầu nối của mẫu thử và giữ chúng càng ngắn càng tốt. Dải đo để thu thập dữ liệu cần được lựa chọn cẩn thận. Nếu mẫu thử là một môđun, đấu nối 4 dây cần bắt đầu tại các đầu nối hoặc bộ nối. Nếu mẫu thử là một tế bào, đấu nối 4 dây cần bắt đầu tại các thanh nối chung.

4  Trang thiết bị thử nghiệm

Ngoài các yêu cầu đo chung ở Điều 3, các thiết bị dưới đây được yêu cầu để thực hiện các phép đo đặc tính l-V:

a) Một thiết bị chuẩn PV đáp ứng các điều kiện nêu trong 3 a).

b) Thiết bị đo điện áp hở mạch có độ chụm tốt hơn ± 0,2 %.

c) Thiết bị đo nhiệt độ đến độ chụm ± 1 K.

5  Xác định tham số đầu vào yêu cầu

Quy trình này yêu cầu một số tham số đầu vào. Đó là:

- Hệ số nhiệt độ của điện áp hở mạch, β. Việc này phải được xác định từ các phép đo tế bào hoặc môđun của các mẫu đại diện theo IEC 60891.

- Điện áp hở mạch (V_OC1) ở điều kiện chuẩn (G₁, T₁) theo TCVN 12678-1 (IEC 60904-1) cho một tế bào hoặc môđun hoặc theo TCVN 12677 (IEC 61829) cho dàn PV. Các điều kiện chuẩn thường được chọn là điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn như được xác định trong bộ TCVN 6781 (IEC 61215), tức là G_STC = 1 000 W/m² và T_STC = 25 °C.

- Quy trình yêu cầu một hằng số, α, cũng được hiểu là điện áp điốt nhiệt. Việc xác định yêu cầu này đòi hỏi phải đo điện áp hở mạch ở hai mức cường độ bức xạ khác nhau là G₃ và G₄, một trong số đó có thể là điểm G₁, T₁.

6  Quy trình

6.1  Yêu cầu chung

Quy trình này có thể được thực hiện trong môi trường được kiểm soát hoặc bằng cách thực hiện các phép đo ở cường độ bức xạ tùy ý và hiệu chỉnh đến cường độ bức xạ chuẩn G₁.

6.2  Làm việc trong môi trường được kiểm soát

a) Lắp cảm biến bức xạ đồng phẳng với thiết bị thử nghiệm để đạt tốt hơn ± 2°.

b) Đặt cường độ bức xạ bằng với điều kiện chuẩn G₁ sử dụng thiết bị chuẩn.

c) Lấy các số đọc đồng thời của điện áp hở mạch của thiết bị thử nghiệm, V_OC2 và cường độ bức xạ tới (G₂). Nếu có bất kỳ sự thay đổi nào của cường độ bức xạ thì xử lý như một phép đo trong các điều kiện cường độ bức xạ tùy ý như được đưa ra ở 6.3 và tiến hành hiệu chỉnh thích hợp. cần tiến hành hiệu chỉnh cường bức xạ nếu độ phân tán trong ECT đã xác định lớn hơn 1 K.

d) Tính ECT như mô tả ở Điều 7.

6.3  Thực hiện phép đo ở cường độ bức xạ tùy ý

a) Lắp cảm biến bức xạ đồng phẳng với thiết bị thử nghiệm để đạt tốt hơn ± 2°.

b) Lấy các số đọc đồng thời của điện áp hở mạch của thiết bị thử nghiệm, V_OC2 và cường độ bức xạ tới (G₂).

c) Tiến hành hiệu chỉnh V_OC2 về cường độ bức xạ bằng G₁.

d) Tính ECT như mô tả ở Điều 7.

7  Tính nhiệt độ tương đương của tế bào

Nhiệt độ tương đương của tế bảo ECT được suy ra từ công thức điốt đơn mô tả đặc tính dòng điện- điện áp

Giải phương trình với V₂ = V_OC2, với V₁ = V_OC1 và l₂ = I₁ = 0 dẫn đến sự phụ thuộc của điện áp hở mạch như sau:

trong đó

V_OC1 là điện áp hở mạch đo được ở Điều 5 ở cường độ bức xạ G₁ và nhiệt độ môđun T₁;

V_OC2 là điện áp hở mạch đo được ở Điều 6 ở cường độ bức xạ G₂ và nhiệt độ môđun T₂;

Hệ số nhiệt độ của điện áp hở mạch β được đo như ở Điều 5 của IEC 60891;

Tham số α là điện áp điốt nhiệt, có thể được xác định từ các phép đo ở cường độ ánh sáng khác nhau nhưng nhiệt độ giống nhau như sau:

Trong đó V_OC3 và V_OC4 là điện áp đo được ở Điều 5 ở cùng nhiệt độ môđun nhưng cường độ bức xạ khác nhau G₃ và G₄ tương ứng.

Thay vì các cường độ bức xạ G₁ và G₂, cũng có thể sử dụng tỷ số của các dòng điện ngắn mạch, được gọi là tự tham chiếu. Điều này đòi hỏi dòng điện ngắn mạch phải tuyến tính theo TCVN 12678-10 (IEC 60904-10). Việc này giúp đơn giản hóa các phép đo cần được thực hiện một cách đáng kể vì về cơ bản loại bỏ yêu cầu đo cường độ bức xạ và sự phụ thuộc vào các thiết bị phù hợp phổ.

Mối quan hệ giữa các giá trị khác nhau của V_OC sau đó có thể được viết lại để tính ECT tương đương như sau:

CHÚ THÍCH: Giả định rằng sự không đồng nhất về không gian và nhiệt giữa hai V_OC là như nhau. Đối với nhiệt độ hoặc độ rọi không đồng đều sẽ có sai số nhỏ trong ECT vì mô hình mạch tương đương giả định nhiệt độ và độ rọi là đồng đều.

Trong trường hợp các phép đo cơ bản được mô tả ở Điều 5 được thực hiện trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, ECT có thể được xác định như sau:

Công thức này liên quan chặt chẽ với việc công thức của phương pháp 1 trong tiêu chuẩn hiệu chỉnh nhiệt độ và cường độ bức xạ (IEC 60891). Hệ số α được liên kết với số lượng tế bào (các lớp tiếp giáp) nối tiếp trong môđun (ns) cũng như điện áp nhiệt D như được định nghĩa trong IEC 60891. Do đó, có thể viết ECT trong tiêu chuẩn này như sau:

8  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm có các đặc tính tính năng đo được và kết quả thử nghiệm phải được tổ chức thử nghiệm chuẩn bị theo TCVN ISO/IEC 17025. Báo cáo thử nghiệm phải có các dữ liệu sau:

a) Tiêu đề;

b) Tên và địa chỉ của phòng thử nghiệm và địa điểm thực hiện các thử nghiệm;

c) Nhận dạng duy nhất của báo cáo và của mỗi trang;

d) Tên và địa chỉ của khách hàng;

e) Mô tả và nhận dạng mẫu thử nghiệm (tế bào mặt trời, cụm lắp ráp tế bào mặt trời hoặc môđun PV);

f) Mô tả môi trường thử nghiệm (ánh sáng mặt trời tự nhiên hoặc mô phỏng, và trong trường hợp mô phỏng, mô tả vắn tắt và loại mô phỏng);

g) Ngày nhận vật phẩm thử nghiệm và ngày hiệu chuẩn hoặc thử nghiệm, nếu thích hợp;

h) Tham chiếu đến quy trình lấy mẫu, nếu liên quan;

i) Nhận dạng phương pháp hiệu chuẩn hoặc phương pháp thử nghiệm được sử dụng;

j) Mọi sai khác do thêm vào hoặc bớt đi khỏi phương pháp hiệu chuẩn hoặc phương pháp thử nghiệm và bất kỳ thông tin nào khác liên quan đến hiệu chuẩn hoặc thử nghiệm cụ thể, như điều kiện môi trường;

k) Nhận dạng phương pháp xác định tham số đầu vào;

l) Tuyên bố về kết quả và độ không đảm bảo đo ước tính của kết quả thử nghiệm;

m) Chữ ký và chức vụ, hoặc nhận dạng tương đương của (những) người nhận trách nhiệm đối với nội dung của báo cáo thử nghiệm và ngày cấp;

n) Tuyên bố rằng kết quả chỉ liên quan đến mẫu thử nghiệm;

o) Tuyên bố rằng không được sao chép lại báo cáo thử nghiệm này nếu không có sự phê chuẩn bằng văn bản của phòng thử nghiệm, ngoại trừ sao chép toàn bộ.

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Nguyên lý đo và các yêu cầu

4  Trang thiết bị thử nghiệm

5  Xác định tham số đầu vào yêu cầu

6  Quy trình

7  Tính nhiệt độ tương đương của tế bào

8  Báo cáo thử nghiệm