电池组件困惑待解 国内光伏溯源体系尚需完善

 光伏电池组件销售是以组件在标准测试条件下的额定输出功率为单位，但怎样准确地表达这个额定功率，却长期困扰着组件的生产商和采购者。

更令人困惑的是，同一块光伏电池或组件，不同测试机构测量出的额定输出功率也会存在差异，这样的差异往往会引起诸多问题。比如，当电池和组件买卖发生贸易纠纷时，由于测试结果的差异性，无法对结果做出有效的裁决。在应用层面看，标定相同功率的不同光伏组件，其真实功率并不一定与标定值等同。试想，如果这样的一群组件用于同一个光伏电站，无疑会让电站的发电效率大打折扣。

对于这种现状，有业内资深专家指出，根本原因在于我国还没有建立起完善的光伏溯源体系。这对我国正在快速发展的光伏产业来说，是必须要尽快弥补并做好的一项基础工作。

据不完全统计数据显示，2013年，全国光伏组件总产能约为42GW，组件产量达到27.4GW，约占全球总量的63.7%；新增光伏装机12.92GW，占据近1/3的全球新增市场份额。值得一提的是，晶硅光伏组件由海外销售为主过渡到以内需为主，这一供求变化彰显了国内光伏市场的快速发展。

与此不协调的是，由于我国光伏溯源链的缺失，国内组件生产企业不得不到国外的实验室校准参考电池、标准组件，浪费了大量的精力和财力。值得注意的是，不同的溯源链和校准方法，所产生的测量不确定度是不尽相同的，这会间接影响到组件的功率标定，甚至会影响到组件的分级，进而影响到组件的售价和电厂的系统规划。

因此，我国必须建立和完善自己的光伏标准电池溯源链。先要打造一把标尺，然后再解决标尺的精确测量问题。鉴衡认证中心完成的光伏电池校准实验室建设，有望解决溯源链缺失和溯源“混乱”的现状。

根据IEC 60904-4标准的指向，直接日照法（美国 NREL实验室）、太阳模拟器法（日本AIST实验室）、微分光谱响应法（德国PTB实验室）是光伏标准电池校准方式。从它们的特性比较看，直接日照法利用户外日光光谱，但光强重复性差，难以实现一致性的结果；太阳模拟器法虽容易实施，但不确定度最大；微分光谱响应法是利用已校准的标准探测器来标定光源的光强，不确定度较小，但主要困难是不易直接测出絶对光谱响应，且单色光均匀度不易达成，这是需要突破的技术难题。

鉴衡认证之所以用微光谱响应法校准光伏参考电池，是因为看重这一方法具有较小的不确定度，而且微分光谱响应法在理论上可以得到较优的精确度，也就是说在降低不确定度上还有潜力可挖，可通过深入的技术研发找到有效的改善方式。

光伏电池校准实验室于2012年5月建立后与美国NREL、日本AIST等地知名科研机构深度合作，搭建由二级标准传递至一级参考电池和二级参考电池的溯源链，直指当前我国光伏溯源链比较薄弱的环节。

目前有机构可以完成不确定度为0.6%的二级标准传递，鉴衡认证要实现低于1%的不确定度，就要对微分光谱响应校准系统进行改良，使其不仅能够在大面积的光斑下进行测量，还能直接测量出絶对光谱响应。同时，还有应具有极佳的重复性和不确定度值。

从全球文献记载来看，传统的微分光谱响应法，是先使用标准探测器来校准单色光光强度，接着在有外加偏置光的环境下进行电池的相对光谱响应测量和计算。另外，还要选择三个适当的波长，以汞灯为光源测量该电池的絶对光谱响应，然后再通过一系列的计算得到此电池全波长下的絶对光谱响应值。

程序繁琐是因为传统的微分光谱响应法所使用的单色光光强不够强，致使对所测得的微小信号和噪声无法进行有效的分析，也就是信噪比(S/N ratio)太低。要直接测量絶对光谱响应就必须提高信噪比，做到这一点，需要降低噪声或提高信号来增加信噪比。

噪声的大小取决于仪器设备的精密度及环境的影响程度，但仅为降低噪声对设备和环境进行改善并不是一个好的解决方案。最终的解决方案是，采用战略合作伙伴——台湾光焱自行研发的均光系统专利。其技术特点在于，它并非使用更高功率的光源灯泡，而是采用高亮度短弧氙灯作为光源，配置高反射率的椭圆集光系统，做到了比传统光源系统提升5至10倍的出光强度。然后，再搭配均光系统，使整个光路径更有效地集中输出到测试平面，从而提高单色光信号以达到增加信噪比的目的。

数据显示，鉴衡认证光伏电池校准实验室测试设备均光系统输出的光斑足够覆盖20mm x20mm的一级光伏参考电池和156mm x156mm的二级光伏参考电池片，且光斑不均匀度分别为小于2%和2.5%。这成为鉴衡认证光伏电池校准实验室系统整体不确定度低于1%的关键技术之一。低于1%的不确定度达到了国际先进水平。鉴衡认证光伏电池校准实验室是目前国内惟一一家在光伏电池校准领域通过CNAS认可的实验室。

鉴衡认证光伏电池校准和测试水平引起了国际关注。美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）采购鉴衡认证的一级光伏参考电池和服务，用于支持钙钛矿（Perovskite）光伏电池的光电转换效率研究。这所大学的华裔教授杨阳(Yang Yang）所领军的研究团队于2014年在《科学》期刊发表最新的研究报告，称其研发的钙钛矿（Perovskite）光伏电池的光电转换效率获突破性进展，效率最高可达19.3%，为该领域之最。

（作者为鉴衡认证光伏电池校准实验室技术负责人）

责任编辑：carol