技术|组件测评环节的PTC-to-STC Ratio是如何计算的?

技术|组件测评环节的PTC-to-STC  Ratio是如何计算的?

01 STC与PTC的定义


技术|组件测评环节的PTC-to-STC  Ratio是如何计算的?
光伏组件的功率输出正常是在标准试验条件(STC)下测量。例如某品牌组件在STC下的组件功率为580瓦,这意味着在电池温度为77°F(25°C)且空气质量为AM=1,5的情况下,该组件在1000 W/m^2的辐射下能产生580瓦的功率。

光伏组件制造商使用STC条件测试,根据其测试功率可对光伏组件进行分类,以便将同功率档位的组件放在一起使用。STC数值也可用于对不同的光伏组件进行比较和输出评估。然而,这些的测试条件在组件实际运行环境中很少同时满足。

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在90年代中期,M国国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员开发了一套更接近实际环境条件的测试条件,用来确定光伏组件的性能,这个测试条件被称为“PVUSA测试条件”,或简称为“PTC”。

对于光伏组件销往加利福尼亚地区的组件制造商,需要向加州能源委员会(California Energy Commission ,CEC)或M国可再生能源测试中心RETC提交组件测试申请,按照PVUSA测试条件对组件进行测试。RETC曾对25000块光伏组件展开了专项测评涵盖了全球500家包括光伏界的主流组件制造商。

在PTC条件下,环境温度为20°C,地面以上10米处的风速为2.2 mph(~1米/秒),太阳辐照度为每平方米1000瓦。此时,太阳能电池的“正常工作电池温度(NOCT)”为45°C左右。

PTC测试条件是业内公认的用来评估太阳能组件产品实际性能的标准之一,更高的PTC 测试值意味着该组件的实际电量产出更接近组件的标称瓦数。

02 PTC-to-STC 比例的计算

PTC-to-STC Ratio是Pstc与Pptc的比值。

(1)计算PTC条件下的组件功率需要先确定工作电池温度的计算,公式如下。其中Ta为环境温度,Gt为光伏平面的辐照度,ηm 为组件STC时的转换效率。τα为组件表面太阳辐射透射及吸收相关的常量,值为0.9: 

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代入PTC条件及NOCT条件时的辐照度和环境温度数据,可得:

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(0.9–ηm)是表示在入射到光伏组件上的太阳能量转化为热量的百分比(电池的吸收率为90%)。


(2)标称工作电池温度(NOCT)是在ASTM E1036-96 A1技术标准中描述的地面环境中测量,该测试条件为:辐照度800 W/m^2、环境温度20°C和风速1 m/s。一般在室内进行测试。

一旦确定了PTC电池温度,可通过以下方程式,使用STC功率和功率温度系数(Ct)计算PTC功率额定值:

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03 案例计算

M国加利福尼亚能源委员会官网的测试数据为例,该测试结果包含了全球不同组件厂商的不同功率档位组件的PTC结果。

例如,下图为某国内一线品牌组件从300W到545W功率下的PTC与STC之比,比值均在90%以上,由于光伏太阳能电池板的物理特性,当温度升高时,功率会下降。因此,PTC额定值低于STC额定值。

PTC功率在很大程度上取决于太阳能电池板的类型、使用的材料和制造商。一般情况下,PTC值大于90%以上的组件性能表现较好。

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以该品牌545 W功率组件为例,该组件为 144 片半片双面双玻组件,NOCT测试温度为47.3℃,STC功率额定值为545瓦。

经过计算后,PTC条件下组件温度计算值为45.828℃,略低于NOCT温度。PTC功率额定值为508.34瓦,那么可得到:PTC/STC=0.9327 。

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经比较,上述PTC功率的计算值小数点保留到一位后,与下表官方的数据一致,可见上述的计算方法可以参考使用。

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来源:energy.ca.gov M国加利福尼亚能源委员会官网

光伏组件的STC和PTC功率均为组件性能评价的重要参考,与STC功率值相比,PTC额定值被认为是光伏输出的更现实的测量值,因为其测试条件更好地反映了“真实世界”的太阳辐射及气候条件。文中介绍了PTC功率的计算方法,仅供参考!

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