中国计量科学研究院研究员熊利民：光伏领域技术发展引导测量体系创新

1月10日，索比光伏网主办的第二届光能杯·创新分享会在苏州盛大召开。会上，众位大咖围绕新技术、新产品、新模式三大主题展开讨论，并对2024年年度创新产品作出表彰。

中国计量科学研究院研究员/首席计量师 熊利民表示，电池组件技术的发展正在推动测量技术的发展创新，为了增加光电转换效率，光伏科技人员在电池的紫外和红外波段都做了技术增强，因此我们在标准上对光谱适配度波段范围进行了拓展。随着组件功率越来越大，1%的组件功率偏差也将在贸易中产生的不合理影响也越来越大。因此标准在评级上面增加了A+等级，分别在光谱匹配、辐照均匀性要求上严苛一倍，以期减小功率测量上的偏差。可以说，光伏制造技术的发展，推动了测试设备的进步，也推动了相关评判太阳模拟器性能要求的标准变化，推动了计量能力的发展。

以下为嘉宾发言实录：

我今天讲的主题是《光伏领域技术发展引导测量体系创新》，其实我国在光伏行业也有自己的体系，在IEC 60904-7也有规定，要溯源到SA单位制。在这个溯源之下，国家计量院在这方面做了很多工作。从最高的低温辐射剂，一直到组件，甚至于到电站，都是有迹可循的。

图上棕色的这条，就是计量院现在用的量传路线。

这是中国计量院做的实物装置设备，完全是按照IEC要求的步骤一步一步实现的。

一、组件/电池测量技术基本要求

其实理论上来讲很简单，咱们要求的组件最大功率，就是STC条件下的IV特性。只要把STC控制好，把电测准了，其实很简单，电池的光电性能实际也就测出来了。它是1000瓦/平米的光强，让它尽可能靠近太阳的AM1.5的光谱，温度为25℃，这样测出来的功率参数，其实就可以成为标准电池片。

对于组件电池来讲，它们的特点是温度和电，只要满足STC的条件，就能把它测好。

对组件来说也是一样的道理，光是1000瓦/平米，光谱要尽可能跟阳光的AM1.5一致。同时，作为一个模拟器来讲，不可能完全均匀，阳光默认为完全均匀，但是对模拟器来说，其实还有一个不均匀的条件。包括辐照度的不稳定性，随着技术的革新，如果跟不上，最后都会被淘汰掉。包括温度的不均一性，也要进行计量。最后，要准确地把电的性能测出来。

现在TOPCon和HJT出来以后，容性越来越大，所以对组件来说，容性是最大的问题。

二、组件/电池推动测量技术的发展创新(光)

咱们有两个版本。IEC 60904-4一个是2007年的版本，一个是2020年的版本。做组件和电池的科研人员为了更大地提升效率，在300-400nm以及1100-1200nm的波段，都让它进行发电，所以现在的模拟器也需要对这两段光谱进行判断，所以在标准上，2020版就进行了改版。随着组件越来越大，相对的不确定性，已经是5W-6W了，以前的绝对值不觉得是太多的数量，现在会是比较大的利润点，在均一性的评级上，增加了A+等级，光谱匹配、不均一性、稳定性，比2007版强了一倍。当然也是因为测试设备跟上了，能够实现这个要求。我觉得也是因为光伏制造技术的发展，推动了测试设备的进步，可以达到这个目的，标准写出来才有意义。否则就算是A++，写出来，大家都做不到，这个标准也是落后的。

从2010年开始，那时候的国产模拟器差距是很大的，也是现在很知名的两家模拟器，他们最早的时候不配滤光片，登出来是多少就是多少。一旦光谱要达到A级，滤光片的成本是整台模拟器的一半，所以他们有的时候为了省钱，就把滤光片这套省掉了。自从国家计量院开始到企业进行计量以后，他们就知道再缺少关键的部件，过不了验收，所以也是在推进行业的发展。

均一性这部分也一样，原来为了让它的均一性要好，但是前端做不好，怎么让它均一?跟这个台是一样的，在中间放了一层玻璃，喷银漆，高的地方喷一点，低的地方擦一擦，使其达到均匀。当然还有的模拟器是在中间竖一块玻璃，贴一些小黑点，让高的地方可以低下去。

我认为现在主流的两家测试仪，是一次性在滤光片上通过镀膜的方式把均一性镀进去。也就是说，工程师在现场安装的时候，只要按照标准安装，你的不均一性就能达到要求。以前工程师要到现场随时看数据，随时去喷。最近我又看到，还有一些企业还在用这个方法，我觉得需要改进一下。

不稳定性，其实就淘汰了几家，不知道大家有没有印象，在2020年以前，直接是衰减式短脉冲。有一个电容，充完电直接放电，可以从0-1600，再回到0，在这个过程中执行IV测试，可想而知，电学还要追踪光强，偏差会特别大。

还有一种，因为光不能那么长，为了测IV曲线，每测一个点，就闪一次光，如果要测一个组件，要闪六七十次，眼睛都花了，2010年前这种也被淘汰了，因为这两种在稳定性上不符合IEC的要求。

包括图上0.67的这个曲线，也是相当不满意的，最后出来的A级定义是5‰的不稳定性才是A级。后来咱们企业可选择的对象多了以后，达不到A级的，对不起，肯定不会选购。后来这一家，在2013年左右就退出市场了，其实它当时也是国外一家企业的主流产品，在中国卖得很多。但是我在想，由于水平或测量的标准符合性做不到的话，无论是多大的品牌，最后也会退出市场。

现在国内有几家学了国外，其实是最后退出市场的那一家，现在做的稳定性是最优的。

三、组件/电池推动测量技术的发展创新(电)

这几年电发展得更多，因为好多东西说不清楚，比如正反扫不一致，以前的组件不用考虑这方面。包括去测IV特性，国内有些企业用的还是两线法，到国外找标板同时修正，当然是可以的。但是作为一台测试仪器，最好还是按照绝对测量来设计，你的设备才容易被别人认可。比如原来用四线法，在测IV特性的时候，你的均一性到组件，需要加连接线，这两根连接线加进去会出现损耗。尤其是现在的电流越来越大，可能是10A及以上，一平方乘以电阻，就损失掉了。线的地方损失了，测量的自然而然就低了，也就低估了组件的功率。所以后来采用四线法，把测的电流和电压分开。咱们知道，串联电路，电流是不变的。在电压侧，直接测到组件的两个端子上。评估组件怎么来评?两根线，确实也会有功率损失，但它是你的本体，所以你也要算进去。咱们也知道，好多组件把接线剪短了，那在线上的损耗肯定也就小了。

再往下讲就是IV曲线，这两年的电发扬光大的挺多的，也是因为电池片技术导致的。最早的时候，如果想测组件功率，如果有一个组件放在户外，咱们有615mm在外面做铺晒、处理，都说要挑最大功率的电阻串上去。其实最早测IV曲线也是一样的，找一个滑动的，从头滑过去，最终找到那个最大的点。这个原理存在，可是它不适用，为什么?在实验室很难找到，或者说成本特别高，才能找到又恒定、又稳定的光源，咱们通常都是用瞬时、稳态的模拟器来测，但滑动的时候不可能那么快，最开始可能还不到10毫秒。所以如果想一致，就用反向偏压法，电流短路的时候，左边的点就出来了。跟开压一致的时候，右边的点就出来了。在这个过程中，用反向的负载推动它，其实这根曲线是可以完整测量出来的。

最早的时候咱们也看到了，在做IV测试的时候，左边的图是线性的。比如我的开压是40V。0-40V怎么测?可能是1V、2V、3V，每变化一个电压，测一个电流。但后来又有人改进了，发现这样是不优化的。因为往往在最大功率的那个点，你应该要多测，因为在最大功率的时候已经开始弯曲了，所以你应该让你的电压在最大功率附近多设置，要设置得短一点。在短流附近，因为是接近直线的，没有必要同权重地去测。所以我觉得当初这些测试仪的设计者也是很聪明的，通过非线性的手段，尽可能让它找到Pmax那个点，当然就可以测得准。

由于技术的产品，一些容性开始出来了。容性是指什么?光持续照在组件上，因为反向偏压要波动，每跳动一个台阶的时候，由于这个组件的容性，它在充电，电流不稳定。如果一上来你就测到了，那这个时候就不是真实的发电状态了，找不到那个正确的数，就是所谓的龙背法。每次充电的时候，前面不稳定，所以前面的时间段不测，等你饱和了、平衡了，这个时候再测。但在这个地方又有一个弊端，你显然浪费了大量的闪光时间，每次都要让它充电，这也是后来每一家倒闭或者说退出市场的原因。当然他们也很聪明，因为发现龙背法不行了，每次要浪费那么多的光，动一个台阶，就要浪费10%左右的时间，整个IV曲线的过程中采不到几个点，所以他们又发明了多次闪光法，别一闪，就从0V直接到开路电压40V了，从0V到10V，这个时候又可以延长生命，每次电压，波动小一点，一段只测10个点或者20个点，再闪，又测10个点，一加，也能够测试出来这个曲线。随着TOPCon出来以后，完蛋了，因为容性太大了，如果正反扫闪，可能要闪一百次，才能让正反扫的功率达到一致的满意点。所以自从TOPCon出来以后，国际上最牛的那家测试仪现在推出市场了。当初招标的时候，这些企业写的都是排他条件，“非××家的不买”，现在写文件的时候就不写了，因为满足不了龙背要求。

前提是，你的脉冲时间需要足够长，每一个台阶都要有足够的时间去浪费，还要把整个IV曲线足够多的点测出来，技术才能延续。比如现在测电池片，又有长脉冲的组件测试仪，有100毫秒的、200毫秒的，用龙背法，这个测量方法的原理是完全符合要求的。

但是这个测试也有缺点，有的组件的容性摸不着底，100毫秒也未必够。咱们都知道，咱们在选组件，或者选电池片的流水线上，可是不选容性的。即使同一批出来的组件，正反扫去测，它们之间的功率差异都不一样，因为你没有选容性一样的电池片做成组件。当然真正在户外使用的时候无所谓，别说100毫秒、200毫秒，这1秒钟对一天来讲，太阳一升起来，就达到饱和了，这不是问题。

现在又出来一种新的方法，我觉得这些科学家也挺巧妙的。逼近的时候，别老是正反扫等权重，每次都从0V到40V，都需要同样的时间。其实就跟数学里取平均一样，0-40V，一扫，估一个最大功率点在多少，假如在30V或35V，下一回就扫10V到38V，再去逼近，一级、一级去估最大值在哪，直到最后，可以完全回归到最大功率的那个点，这个测量就出来了。当然，我们国家(计量)院去测的话，其实即使是50毫秒的，也要测到12次才能归一化，这也是组件的弊端，因为组件做稳态3A还是比较难的，后续还是要努力看看有没有更快更好能够逼近的方式。

我们当初找到了这些组件的测试厂商，这种逼近有没有道理?到底找的是不是这个点?我让他们又做了方案。通过逼近，不是就有了电流电压信号吗?我每次都把偏压固定在那个点连续闪，看看最大功率能不能维持在这个点。如果一直在一个点闪的话，你想想，一个点给你100毫秒，这时候所谓稳定的状态就完全够了，容性也就不存在了。后来发现，这种方法逼近起来还是挺有用的。

在这个过程中我觉得，组件及电池技术的发展，导致后面的仪器设备、测试平台都在变化。包括组件的计量，现在国外给出的数据，我不是很信服。很多新技术产生的不确定因素，他们从来没有考虑过。现在欧洲用来测组件的脉冲时间，还是很知名的8-10毫秒，所以我相信他们测TOPCon或异质结的时候，问题非常大。包括现在又出现钝化技术，又有很多疑惑点出现，我们也在逐渐跟踪最新的需求。

四、结语

作为技术创新，我同时也是中国光伏行业电池工作组的组长，如果咱们这边有测量相关的，需要我们来帮忙的，不知道怎么测得准的，或者想写标准的，非常欢迎大家一起来做这个工作。

今天因为时间问题，只讲了组件这一点点领域，将来电站里的测量体系也要继续下去，因为贸易纠纷越来越多，如果没有准确数据，这个将来又是说不清楚的地方。

谢谢大家。