创新融合：车用光伏玻璃组件精准测量

随着全球能源转型步伐的加快以及可持续发展理念的深入人心，光伏技术作为重要的清洁能源技术之一，其应用范围及使用场景正在不断扩大。近年来，光伏技术逐渐渗透到汽车工业，一种新的应用形式——车用光伏玻璃应运而生。这种将光伏发电功能集成在汽车玻璃上的产品，不仅能够利用车辆在行驶或停放过程中接收到的太阳能转化为电能，在一定程度上延长电动汽车的续航里程，同时还能为车内电子设备供电，从而提升汽车的整体能效和使用体验。

知名车用玻璃制造企业——福耀集团在该领域已经展开研究，通过将车顶玻璃与太阳电池融合，形成车用光伏玻璃组件，在不影响车辆外观的前提下，合理地利用了车顶区域，使得汽车变成一个可移动的“充电宝”。

若要确保该方案能够顺利实施，精准测量车用光伏玻璃组件的电性能是不可或缺的步骤。然而，福耀集团的研发团队在这一过程中遇到了两大挑战：首先，目前通行的测量设备：太阳模拟器的评估方法并不适用于曲面被测对象。绝大部分应用场景下，光伏组件采用平板设计，因此目前的太阳模拟器评估标准仅针对二维平面性能提出了要求，而对于具有三维曲面结构的车用光伏玻璃组件来说，这些标准显然不足以提供准确的评估结果。其次，沿用传统的平面光伏组件测量方法也无法达到所需的准确度：鉴于车用光伏玻璃组件的曲面特性，在实际测量中出现了诸如定位不准、接触不佳、温度调控复杂及反射干扰等问题，这些问题不仅提升了测量的复杂性，同时也妨碍了对车用光伏玻璃性能的有效评估及生产过程中的质量控制。

案例简介

在接收到福耀集团的具体测量需求后，福建省计量科学研究院/国家光伏产业计量测试中心（以下简称“光伏中心”）迅速组成技术团队并采取行动，从太阳模拟器的性能评估及车用光伏玻璃组件的电性能测量两个方面入手，进行了细致的理论研究和技术探索，创新性的提出“模拟阳光空间辐照度不均匀度和光谱匹配度”测量方法以及“车用光伏玻璃组件电性能测量方法”。

通过测量设备的性能评估标准和创新测量方法的融合，技术团队有效地帮助福耀集团解决了其新产品的精准测量问题。这不仅为福耀集团在太阳模拟器选型和确定技术指标时提供了科学依据，也为行业内类似应用场景下的电性能测量提供了一个实用的技术解决方案。同时，技术团队提出的“车用光伏玻璃组件电性能测量方法”使得福耀集团获得更为准确的数据，有助于提升产品质量和生产效率。这种方法也为其他企业在面对类似技术挑战时，提供了一个有价值的参考路径，既满足了福耀集团的实际需求，也促进了行业技术的进步。

案例具体做法

（一）案例详情

目前，测量光伏组件发电性能的专用设备为太阳模拟器，其主要作用是发射出与标准阳光光谱相近、均匀且稳定的模拟阳光照射到光伏组件，并测量光伏组件发电性能。而对于太阳模拟器的性能评估，目前国际上采用的依据是《IEC60904-9：2020光伏器件：第九部分 太阳模拟器特性的分级》，该标准要求测量太阳模拟器指定测试平面的光谱分布、辐照度不均匀度及辐照度不稳定度。然而，车用光伏玻璃组件呈现曲面状，传统的太阳模拟器性能评估方法无法在空间上确保其能够满足车用光伏玻璃组件电性能精准测量的要求。同时，由于曲面玻璃的特殊性，测量过程中的定位、接触、温控、反射等因素对电性能的精准测量都存在较大影响。这导致福耀集团技术团队对于设备的选型、设备验收指标的设定以及车用光伏玻璃组件的电性能的精准测量方法均存在较大困难。

光伏中心在了解企业痛点难点之后，组成跨专业技术团队，通过技术交流，市场调研和科研攻关等方法，从测量设备性能评估和测量方法创新两个方面为福耀集团排忧解难。

测量设备性能评估方法：该问题的根源为现有标准无法适配车用光伏玻璃组件的测量技术要求。技术团队经过理论分析，创新性地提出“模拟阳光空间辐照度不均匀度和光谱匹配度”的概念，即根据太阳模拟器的光路设计与车顶光伏组件的曲率特征，在垂直方向上将空间划分为多个平面。针对每一个平面，参照《IEC 60904-9:2020 光伏器件 第九部分：太阳模拟器特性的分级》中规定的方法，评估各测试面上的光谱匹配度与辐照度不均匀度。随后，将这些数据进行整合，形成太阳模拟器空间光谱匹配度与辐照度不均匀度的评估结果。技术团队采用该方法逐一评估了市面主流型号的太阳模拟器的空间辐照度不均匀度和光谱匹配度，为福耀集团技术团队的设备选型提供了准确的参考。

测量方法创新：针对车用光伏玻璃组件曲率导致的定位、温控、反射等问题，技术团队经过研究提出了“车用光伏玻璃组件电性能测量方法”。技术团队基于车用光伏玻璃组件的形态特征，建立仿真模型图，通过模拟计算分析，模拟了车用光伏玻璃组件的温度场，从而确定了最佳温度测量位置安装温度测量探头，以便在测量过程中准确获取温度数据。通过在底部铺设低反射材质，减少了因曲面造成的漏光及多次反射现象，避免了车用光伏玻璃组件表面受光不均的问题。基于前期测量所得的太阳模拟器空间辐照度不均匀度和光谱匹配度数据，合理设置车用光伏玻璃组件在太阳模拟器暗房中的位置，降低了因曲率引起的定位误差，确保车用光伏玻璃组件表面辐照度的准确性。最后，技术团队从测量重复性、光源稳定性、温度测量、组件定位、光谱失配修正、电流测量非线性等多方面入手，全面评估了测量不确定度，完善了对车用光伏玻璃组件电性能的测量过程，确保了测量结果的准确性和可靠性。

具体成效

光伏中心的技术团队凭借一系列的技术创新，通过融合测量设备性能评估和测量方法创新，成功克服了在测量车辆顶部的光伏玻璃时由于其表面曲率所引发的各种挑战。开发的新方法和获得的精确测量数据，不仅为企业选择测量设备提供了坚实的科学依据，同时，提出的测量方法有效解决了在定位、温度控制以及反射特性测量等关键环节中遇到的难题。该案例的实施不仅推动了福耀集团在车用光伏领域的技术研发进程，也为其产品质量及性能提升提供了强有力的计量保障。同时，该案例也为行业提供了切实有效的技术路线和参考依据，从而推动了整个行业的进步。

案例创新点

（一） 案例实施的创新点

该案例的创新点分为两个方面：

其一为综合创新，通过对测量设备的评估及测量方法创新两个方面相融合解决测量难题。通过提出测量设备性能评估方法，保障其性能满足测量要求，结合创新测量方法，确保车用光伏玻璃组件电性能准确测量，两方面相辅相成，为福耀集团解决测量难题。

其二为技术创新，该案例所提出的“模拟阳光空间辐照度不均匀度和光谱匹配度”以及“车用光伏玻璃组件电性能测量方法”，属于行业首创。在现有国际标准的基础上，通过分级叠加的方式，创新性的将太阳模拟器二维平面性能评估扩展到三维空间性能评估，为测量车用光伏玻璃组件用的太阳模拟器性能提出了新评估方法，解决了现有方法无法准确评估车用光伏玻璃组件的难题，填补了行业在该方面的空白。“车用光伏玻璃组件电性能测量方法”基于现有光伏组件测量方法，首次针对车顶用光伏玻璃曲率导致的定位、温控、反射等问题，提出了解决方法，为新型光伏产品的电性能精准测量提供了新思路。

（二） 推广价值

该案例为行业内的设备选型和性能评估树立了新的标杆，具有广泛的推广价值和示范效应。通过这一系列技术创新，不仅能够帮助更多的车用光伏玻璃制造商克服测量难题，还能够促进整个行业向着更加科学化、标准化的方向发展。同时，这一成果有助于加速光伏技术在智能交通领域的广泛应用，推动新能源汽车行业的技术革新，进一步促进绿色能源技术的发展与普及。

同时，该案例提出的方案具备标准化的潜力。中心技术团队正计划将这一方法进一步固化为规范及标准，为行业提供一套完整的车用光伏玻璃组件测量设备评估方案与测量方案，进而提升行业的规范化水平，最终推动整个行业健康有序地发展。

（三） 体会感受

需求挖掘、技术创新以及标准化是光伏中心所遵循的科研发展路线。

光伏中心肩负着推动光伏产业科技进步与创新的重要使命。在实施过程中，需求的挖掘成为中心科研活动的首要任务。通过对市场动态、技术发展趋势以及行业痛点的深入分析，中心能够精准捕捉到产业发展的真实需求，这不仅为后续的研发工作提供了明确的方向，而且也使得科研成果更加贴近实际应用，增强了技术创新的实用性和市场适应性。中心通过与企业的紧密合作，及时掌握一线生产中的具体问题，使需求挖掘过程更加全面和科学，为光伏产业的技术革新奠定了坚实的基础。

在明确了市场需求之后，技术创新成为了推动光伏产业向前发展的关键引擎。依托扎实的科研基础，结合持续的技术研发投入，中心致力于解决光伏产业中的计量测试方面的关键和共性技术问题，不断为提升产业计量测试水平做出贡献。技术创新涵盖了理论创新、方法创新和设备创新三个层面，构成了一个完整的创新体系。理论创新为光伏技术的发展提供了坚实的科学依据，通过基础性研究，不断揭示了计量过程中涉及的各种机理，为先进计量技术奠定理论基础。方法创新则专注于开发更精确、更高效的测量技术和手段，确保测量过程的重复性，最终提高数据采集的准确性和可靠性。设备创新是将理论与方法创新转化为实际应用的关键环节，通过研发高精度的自动测量仪器，确保了光伏产品在生产和检测过程中的高标准与高质量。这三个方面的协同创新，共同推动了光伏产业技术的进步，增强了产业的整体竞争力。

技术创新为光伏产业带来了前所未有的发展机遇，而标准化建设则是确保这一产业有序发展的重要保障。在技术创新的基础上，积极推进相关标准的制定与完善工作，通过标准化引领技术进步，促进了科技成果的有效转化。标准化不仅有助于统一技术指标，提升产品质量，更能够规范市场行为，增强光伏产品在国际市场上的竞争力。

综上所述，只有通过需求挖掘、技术创新以及标准化建设三方面的不懈努力，才能为我国光伏产业的高质量发展做出重要贡献。计量技术机构始终要以市场需求为导向，以技术创新为驱动，以标准化为保障，充分发挥计量测试领域的专业优势，才能推动光伏技术的革新与应用，为我国乃至全球新能源事业的发展注入新活力。