Tiêu chuẩn TCVN 12678-5:2025 về Thiết bị quang điện - Phần 5

• Số hiệu: TCVN12678-5:2025
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2025

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12678-5:2025

IEC 60904-5:2022

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

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

Lời nói đầu

TCVN 12678-5:2025 (IEC 60904-5:2022) thay thế TCVN 12678-5:2020 (IEC 60904-5:2011):

TCVN 12678-5:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 60904-5:2011 và sửa đổi 1:2022;

TCVN 12678-5:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

...

...

...

- 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 12678-2:2025 (IEC 60904-2:2023), Phần 2: Yêu cầu đối với thiết bị quang điện chuẩn

- 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 12678-5:2025 (IEC 60904-5:2022), Phần 5: Xác định nhiệt độ tương đương của tế bào 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 12678-10:2020 (IEC 60904-10:2009), Phần 10: Phương pháp đo độ tuyến tính

Lời giới thiệu

Khi sử dụng các cảm biến nhiệt độ, chẳng hạn như nhiệt kế điện trở, để xác định nhiệt độ tế bào của các thiết bị quang điện dưới bức xạ tự nhiên hoặc mô phỏng trong trạng thái ổn định, có hai vấn đề chính xảy ra. Thứ nhất, có thể quan sát thấy sự phân tán nhiệt độ đáng kể trên bề mặt của môđun. Thứ hai, vì các tế bào quang điện thường không thể tiếp cận được, các cảm biến được gắn ở mặt sau của môđun, do đó nhiệt độ đo được bị ảnh hưởng bởi độ dẫn nhiệt của vật liệu lớp bao bọc và lớp phía sau. Những vấn đề này trở nên nghiêm trọng hơn khi xác định nhiệt độ tế bào tương đương cho các phép đo hiệu suất của dãy, nơi tất cả các tế bào có nhiệt độ khác nhau không đáng kể và không thể dễ dàng xác định được nhiệt độ trung bình của tế bào.

Nhiệt độ tế bào tương đương (ECT) là nhiệt độ trung bình tại các mối nối điện tử của thiết bị (tế bào, môđun, dàn cùng loại môđun), tương đương với nhiệt độ hoạt động hiện tại nếu toàn bộ thiết bị hoạt động đồng nhất ở nhiệt độ mối nối này.

Đối với các môđun có quán tính nhiệt lớn, chẳng hạn như cấu trúc kính-kính cho ứng dụng BIPV, việc đo lường trở nên thách thức hơn với sự gia tăng chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ tế bào và nhiệt độ bên ngoài của môđun trong các điều kiện chuyển tiếp. Ngoài ra, đối với các môđun quang điện hai mặt, các cảm biến nhiệt độ có thể che bóng một tế bào hoạt động, có thể tạo ra các điểm nóng cục bộ nơi các cảm biến được đặt trên các khu vực tế bào hiệu quả.

CHÚ THÍCH 1: NMOT được định nghĩa là nhiệt độ trung bình ổn định của mối nối tế bào quang điện trong một môđun gắn trên giá đỡ hở hoạt động gần công suất tối đa, trong môi trường chuẩn tiêu chuẩn sau:

- Góc nghiêng: (37 ± 5)°.

- Tổng cường độ bức xạ: 800 W/m^2.

...

...

...

- Tốc độ gió: 1 m/s.

- Tải điện: Tải điện trở được ấn định kích cỡ sao cho môđun sẽ hoạt động gần điểm công suất tối đa tại STC hoặc một bộ theo dõi điểm công suất tối đa điện tử (MPPT).

CHÚ THÍCH 2: NMOT tương tự như NOCT trước đây, ngoại trừ việc nó được đo với môđun ở công suất tối đa thay vì ở chế độ hở mạch. Ở các điều kiện công suất tối đa (điện), điện năng được rút ra từ môđun, do đó ít năng lượng nhiệt bị phân tán trong toàn bộ môđun hơn so với các điều kiện hở mạch. Do đó, NMOT thường thấp hơn một vài độ so với NOCT trước đây.

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

Photovoltaic devices - Part 5: Determination of the equivalent cell temperature (ECT) of photovoltaic (PV) 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) thiết bị quang điện (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) hoặc NMOT (nhiệt độ làm việc danh nghĩa của môđun) và chuyển dịch các đặc tính I-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.

...

...

...

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên 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, bổ sung (nếu có).

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 12678-3 (IEC 60904-3), Thiết bị quang điện - Phần 3: Nguyên lý đo dùng cho thiết bị quang điện mặt đất với dữ liệu phổ bức xạ chuẩn

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

IEC 60891, Procedures for temperature and irradiance corrections to measured I-V characteristics (Quy trình hiệu chỉnh các đặc tính I-V đo được theo nhiệt độ và bức xạ)

...

...

...

3  Nguyên lý đo và các yêu cầu

3.1  Nguyên lý

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 [1]. Tuy nhiên, sự biến động và sai số tăng lên đã được quan sát ở các mức bức xạ dưới 400 W/m^2, vì vậy phương pháp này chỉ nên được sử dụng ở các mức bức xạ trên ngưỡng này.

3.2  Yêu cầu đo chung

a) Việc sử dụng phương pháp ECT yêu cầu hiệu chuẩn thiết bị cần đo.

CHÚ THÍCH: Việc sử dụng hiệu chuẩn của một thiết bị khác cùng loại là không đủ, vì ngay cả những khác biệt nhỏ về các tham số giữa một thiết bị đã được hiệu chuẩn và một thiết bị tương tự cũng có thể dẫn đến sai số đáng kể (ví dụ: sự biến động 0,3 % trong V_OC của môđun dẫn đến ảnh hưởng 1 °C đến nhiệt độ ECT).

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

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

2) Sự biến động của Voc theo cường độ bức xạ cần tuân theo sự phụ thuộc bậc hai vào logarit 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 bao gói kín như thiết bị cần thử nghiệm.

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.

d) Một số thiết bị, đặc biệt loại nhiều lớp tiếp giáp, có thể có sự phụ thuộc quang phổ của điện áp hở mạch [2]. Đối với những thiết bị này, bức xạ quang phổ phải được xác định bằng cách sử dụng một quang phổ kế.

e) Bề mặt hoạt động của thiết bị cần thử nghiệm phải trên cùng mặt phẳng trong phạm vi ± 2° so với bề mặt hoạt động của thiết bị chuẩn.

f) Đối với phương pháp đấu nối thích hợp và phép đo điện áp, xem TCVN 12678-1 (IEC 60904-1).

4  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 I-V:

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

b) Thiết bị đo điện áp hở mạch có độ không đảm bảo đo của thiết bị tốt hơn ± 0,2 %.

...

...

...

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 tương đối của điện áp hở mạch, β_rel. Hệ số này phải được xác định từ các phép đo tế bào hoặc môđun của các mẫu đại diện theo IEC 60891.

• Đối với các môđun hai mặt, hệ số nhiệt độ chỉ cần được xác định từ các phép đo ở mặt trước.

• Điện áp hở mạch (V_OC1) tại một điều kiện chuẩn (G₁, T₁) theo TCVN 12678-1 (IEC 60904-1) hoặc IEC TS 60904-1-2 cho một tế bào hoặc môđun, hoặc theo TCVN 12677 (IEC 61829) cho một dàn PV. Điều kiện chuẩn thường được chọn là các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, tức là G_STC = 1 000 W/m^2và T_STC = 25 °C với phân bố bức xạ phổ chuẩn được xác định trong TCVN 12678-3 (IEC 60904-3).

• Khi thực hiện phép đo ngoài trời (G₁, T₁), nên sử dụng băng cách nhiệt, ví dụ như bọt polyethylene, dày 1 mm, với mật độ khối lượng nhỏ hơn 0,03 g/cm^3, để che phủ cảm biến nhiệt độ, được cố định bằng băng nhôm hoặc băng polyimide. Nếu nhiệt độ xung quanh môđun có sự biến động không gian và thời gian, việc sử dụng băng cách nhiệt sẽ bảo vệ cảm biến nhiệt độ khỏi ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như gió, cho phép đo lường chính xác hơn.

CHÚ THÍCH: Phương pháp để xác định mật độ khối lượng có thể có trong ISO 7214 [4].

• Quy trình yêu cầu các hệ số hiệu chỉnh bức xạ, B₁ và B₂. B₁ liên quan đến điện áp điốt nhiệt và B₂ tính đến độ phi tuyến của V_OC với độ bức xạ. Việc xác định các hằng số này yêu cầu phải đo đặc tính I-V của môđun theo quy định trong IEC 60891 với ít nhất năm mức độ bức xạ khác nhau.

6  Quy trình

...

...

...

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 cùng mặt 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) Đối với các môđun hai mặt, cần có một nền không bị bức xạ như được mô tả ở IEC TS 60904-1-2.

d) Lấy các số đọc đồng thời của điện áp hở mạch của thiết bị cần 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.

e) 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 cùng mặt phẳng với thiết bị cần thử nghiệm để đạt tốt hơn ± 2°.

...

...

...

Phương pháp 1: Sử dụng một vật liệu phủ đen có độ phản xạ thấp để giảm tỷ lệ bức xạ từ mặt sau đến mặt trước xuống dưới 1 %, nhằm tối thiểu hóa sự đóng góp của bức xạ phía sau. Vật liệu phủ cần được lắp đặt ở phía sau môđun để hạn chế sự can thiệp với việc tản nhiệt tự nhiên của môđun càng nhiều càng tốt.

Phương pháp 2: Đo bức xạ mặt phẳng dàn ở mặt trước  và bức xạ trung bình ở mặt sau  bằng cách sử dụng các thiết bị chuẩn PV theo TCVN 12678-2 (IEC 60904-2).  là giá trị trung bình của ít nhất 5 điểm đo được đặt theo yêu cầu của IEC TS 60904-1-2:2019, 6.3.2. Bức xạ tương đương GE trên môđun hai mặt sau đó được xác định bằng cách:

(1)

trong đó φ là hệ số hai mặt của môđun được xác định theo IEC TS 60904-1-2.

CHÚ THÍCH 1: Người sử dụng quyết định phương pháp được sử dụng, dựa vào mức độ không đảm bảo đo mong muốn. Phương pháp 1 dự kiến sẽ cho phép độ không đảm bảo đo thấp hơn khi áp dụng cho các phép đo NOCT hoặc NMOT, và cho việc chuyển đổi các đặc tính I-V đo được tại hiện trường sang các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

CHÚ THÍCH 2: Khi áp dụng phương pháp 2, đặc biệt là cho các hệ thống hai mặt, việc lựa chọn đúng các môđun cần thử nghiệm phải xem xét các sự không đồng nhất về nhiệt và bức xạ ở cấp hệ thống. TCVN 12677 (IEC 61829) cung cấp một số hướng dẫn về việc lựa chọn các môđun điển hình trong một dàn PV, đặc biệt khuyến nghị tránh chọn các môđun ở cuối hàng.

c) Thực hiện các phép đo đồng thời điện áp hở mạch của thiết bị cần thử nghiệm V_OC2 và bức xạ trên mặt phẳng dàn G₂ (phương pháp 1), hoặc thay vào đó là bức xạ ở mặt trước  và bức xạ trung bình ở mặt sau  (phương pháp 2).

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

...

...

...

7  Tính nhiệt độ tương đương của tế bào

Nhiệt độ tương đương của tế bào 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 I₂ = 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 theo Điều 5 ở điều kiện chuẩn được chọn, cường độ bức xạ G₁ và nhiệt độ môđun T₁;

V_OC2

là điện áp hở mạch đo được theo Điều 6 ở điều kiện chuẩn được chọn, cường độ bức xạ G₂ và nhiệt độ môđun T₂;

...

...

...

CHÚ THÍCH: Các công thức này được rút ra từ quy trình chỉnh hiệu chỉnh 2 của IEC 60891 [3].

Đối với phép đo các môđun hai mặt sử dụng phương pháp 2, bức xạ G₂ phải được thay thế bằng bức xạ tương đương .

(4)

Mối quan hệ giữa các giá trị khác nhau của V_OC có thể được viết lại để tính toán nhiệt độ tế bào tương đương (ECT) theo các công thức dưới đây, cho các thiết bị một mặt (6) và hai mặt (7):

Trong trường hợp các phép đo cơ sở được mô tả trong Điều 5 được thực hiện ở điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn, nhiệt độ tế bào tương đương (ECT) cho các thiết bị một mặt có thể được xác định như sau:

8  Báo cáo thử nghiệm

...

...

...

a) Tiêu đề;

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

c) Nhận diện duy nhất của báo cáo và của từng trang;

d) Tên và địa chỉ của khách hàng;

e) Mô tả và nhận diện thiết bị cần thử nghiệm (tế bào quang điện, cụm lắp ráp tế bào quang điện 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 hạng mục 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 diện phương pháp hiệu chuẩn hoặc phương pháp thử nghiệm được sử dụng;

...

...

...

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

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

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

n) Tuyên bố rằng kết quả chỉ liên quan đến thiết bị cần thử nghiệm;

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

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] S. Krauter, A. Preiss, "Comparison of module temperature measurement methods", Conference record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 10.1109/PVSC.2009.5411669

[2] M. Pravettoni, A. Virtuani, K. Keller, M. Apolloni, H. Mullejans, "Spectral Mismatch Effect to the Open-circuit Voltage in the Indoor Characterization of Multi-junction Thinfilm Photovoltaic Modules", 2013 IEEE 39th Photovoltaic Specialists Conference, 10.1109/PVSC.2013.6744249

...

...

...

[4] ISO 7214: Cellular plastics - Polyethylene - Methods of test

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Nguyên lý đo và các yêu cầu

3.1  Nguyên lý

...

...

...

4  Thiết bị thử nghiệm

5  Xác định tham số đầu vào yêu cầu

6  Quy trình

6.1  Quy định chung

6.2  Làm việc trong môi trường được kiểm soát

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

7  Tính nhiệt độ tương đương của tế bào

8  Báo cáo thử nghiệm

Thư mục tài liệu tham khảo