洞察光伏组件未来设计发展趋势-鉴衡全面解读“2021正式版 IEC 61215系列标准”

2021版IEC 61215 系列标准全项测试能力覆盖

鉴衡认证中心致力于为中国光伏产业高质量高标准发展贡献力量。作为“国家能源风能太阳能仿真与检测认证技术重点实验室”依托单位，鉴衡在浙江嘉兴建有华东光伏检测中心，目前具备2021版IEC 61215标准全项测试能力。

2021版IEC 61215系列标准已于2021年2月23日正式发布，此次标准的变动对近年来不断创新的光伏组件技术做出了新的规定和要求。鉴衡认证中心的技术专家作为IEC TC82标委会正式成员一直积极参与国际标准化活动，实时跟进标准进程并就标准的动态和更新内容及时向行业分享。

此次新发布的版本被称之为继2016版之后的第二版，这也是IEC 61215(1993年第一次发布)发展史上的第四次重大版本迭代。

新版本不仅针对诸多行业热点进行了更新，同时也在范围中着重提到针对电子消费级光伏产品可参考IEC TS 63163的测试要求，对于需要更高产品一致性的需求可依据IEC62941光伏组件生产质量体系的要求。

新版IEC 61215:2021主要变更内容解析(相较于2016版)

一、双面组件的定义，测试方法和相关要求

二、柔性组件的定义，测试方法和相关要求

三、超大尺寸组件及代表样品的定义，测试方法和相关要求

四、动态机械载荷测试和电势差诱导衰减(PID)测试序列

五、组件在高温条件下运行的要求

六、其它相关变更内容

一 双面组件的定义、测试方法和要求

双面组件的定义

在2021版IEC 61215-1标准中，明确定义了双面组件,即组件的正反两面都能通过光生伏特效应把光能转化为电能，但是在这个标准的测试要求中还有一个附加定义，即制造商需要在铭牌或者数据表中声明该组件的最大功率双面系数需≥20%，才能把组件定义为双面组件。如果组件被作为单面组件受测，测试实验室需至少采取下列方法中的一种验证组件是单面：

电池制造商提供信息证明电池片背面为完全金属化

组件制造商提供背板光谱解析传输数据

根据IEC 60904-1-2的测试方法测试一块样品以确定双面系数

双面组件的术语

⑴双面系数

即双面组件正反面电参数在标准测试条件(STC)下的比值，短路电流双面系数φIsc=ISCr/ISCf、开路电压双面系数φVoc=VOCr/VOCf和最大功率双面系数φPmax=Pmaxr/Pmaxf，其中r=组件背面参数，f=组件正面参数。双面组件的双面系数主要考量的是双面组件背面和正面的一个发电效率比。系数越高，则背面的发电效率就越接近于正面。

⑵双面铭牌辐照度(BNPI)和双面可靠性辐照度(BSI)

双面铭牌辐照度(BNPI)定义为：组件正面接收1000w/m²辐照度同时背面接收135w/m²辐照度下的电性能，除了辐照度其他测试条件和STC一致，等效辐照度GE=1000w/m²+φ*135w/m²。

双面可靠性辐照度(BSI)：组件正面接收1000w/m²同时背面接收300w/m²辐照度下的电性能，除了辐照度其他测试条件和标准测试条件(STC)一致，等效辐照度GE=1000w/m²+φ*300w/m²。

图1 不同地表反射率率和双面组件综合辐照度之间的关系

图1中纵轴包括两个关键点:1300w/m²和1135w/m²。135w/m²对应于IEC 60904-3中定义的环境条件下双面组件离地高度1米时背面所接受到的平均辐照度。基于此得到的双面组件在BNPI条件下的测试结果不仅与传统STC条件下的结果具有良好的兼容性，并且使在相同的条件下对双面和单面组件的光伏性能进行直接对比成为可能。除此外，BNPI条件下的性能测试结果也可以为组件选型和系统设计提供具有价值的参考信息。由于背面发电，双面组件在户外通常比单面组件产生更高的电流。较高的电流可能导致光伏组件局部温度过高，特别是在发生电流聚集的区域。因此新版2021版 61215标准中的相关测试条件相应进行了修订来反映出双面组件在户外高电流的情况。1300w/m²是综合各种不同应用场景下可能达到的背面辐照度的极端情况、实际应用中这些场景的出现概率而确定的一个较为合理的强度，从图1中也可以看出1300w/m²这个点已经能覆盖绝大部分的地表反射率，可以被认为是一个合理的针对双面组件可靠性验证测试的背面辐照度。

双面组件的性能标定

双面组件的性能标定需要在STC和BNPI两个条件下同时符合Gate 1的判定。在Gate 2判定中，只针对BNPI再次进行判定，对STC则不作要求。

判定公式如图2所示，其中m1 和 t1 分别为Pmax 的实验室测试不确定度和生产商给出的功率公差上限的百分比。r则代表实验室测试的可复性。

图2 双面组件性能标定

双面组件的测试方法

双面组件的相关测试方法依据IEC TS 60904-1-2。从下列测试框架中可以了解到双面组件的双面系数，单面照射和双面照射的测试方法。

双面组件的双面系数测量方法

测试框架如图3所示。

图3 双面组件双系数测试

测试程序总共分位四个步骤：

正面STC测试，确保组件背面的辐照度小于3w/m²

反面STC测试，确保组件正面的辐照度小于3w/m²和组件零部件对电池的遮挡影响降到最低

通过两次正反面的电性能测试数据计算三个双面系数

基于三个双面系数，计算之后的等效辐照度

双面组件的单面等效辐照度测试方法

测试框架如图4所示。

图4 双面组件等效辐照度测试

测试程序分位四个步骤：

组件背面辐照度不超过3w/m²

根据双面系数计算双面组件的等效辐照度

调节太阳能模拟器辐照度至等效辐照度GE

测试得出BNPI或者BSI条件下的电性能

铭牌标定等效辐照：GE=1000w/m²+φ*135w/m²，φ取电流和功率双面系数中较小的一个。

双面可靠性测试等效辐照：GE=1000w/m²+φ*300w/m²，φ取电流和功率双面系数中较小的一个。

双面组件双面照射测试方法

测试框架如图5所示。

图5 双面组件双面照射

测试程序分位五个步骤：

具备双面同时照射能力的太阳能模拟器

组件四周均为非反光材料，避免两个光源的反射

正面辐照度1000w/m²

背面同时照射辐照度135w/m²或者300w/m²

测试BNPI或BSI条件下的电性能参数

线性推算法测试BSI下的电性能参数：

由于太能能模拟器可能达不到测试BSI的要求，因此可以用低辐照度下的电性能参数来推算高辐照度下的电性能参数，公式如图6所示：

图6 公式推算法

双面组件的铭牌、文件和可靠性测试

双面组件的铭牌需要额外包含双面系数和BNPI下的电性能参数，铭牌简单例子如图7所示。

图7 双面组件铭牌案例

针对双面组件的数据表或安装手册被要求包含：

BNPI下的Voc，Pmax和Isc以及