Basiskennis van IEC-standaardtesten voor fotovoltaïsche zonnepanelen

- Jun 18, 2020-

Bron: incompliancemag


Basic Understanding Of IEC Standard Testing For Photovoltaic Panels


De fotovoltaïsche (PV) industrie heeft ervaren ongelooflijk snelle transformatie na het jaar 2000 als gevolg van buitengewone technologische doorbraken, van het materiaalniveau tot grootschalige module productie.

Aangezien de PV-industrie naar verwachting de komende jaren consequent zal groeien, trekken twee belangrijke vragen de aandacht onder marktpartijen:

1. Wat is een module van "goede kwaliteit"?

2. Hoe "betrouwbaar" zal het zijn in het veld?

Beide, voor nu, blijven onbeantwoord op een alomvattende manier.

De prestatie PV normen beschreven in dit artikel, namelijk IEC 61215 (Ed. 2 – 2005) en IEC 61646
(Ed.2 – 2008), stel specifieke testsequenties, voorwaarden en vereisten in voor de ontwerpkwalificatie van een PV-module.

De ontwerpkwalificatie wordt geacht de prestatiecapaciteit van de PV-module weer te geven bij langdurige blootstelling aan standaardklimaaten (gedefinieerd in IEC 60721-2-1). Daarnaast zijn er verschillende andere normen (IEC 61730-1, IEC 61730-2
en UL1703) die betrekking hebben op de veiligheidskwalificaties voor een module, maar dit gebied zal worden aangepakt in een toekomstig artikel.

Op certificeringsgebied is de ontwerpkwalificatie gebaseerd op typetests volgens IEC, EN of andere nationale normen.

Het is de moeite waard om te wijzen op de ongepastheid van termen als "IEC-certificering", of "IEC-certificaat", evenals de reclame met behulp van het IEC-logo in plaats van het logo van de certificeringsinstantie die de certificering heeft uitgebracht. IEC is geen certificeringsinstantie; het is het acroniem voor International Electrotechnical Committee, een internationale normalisatieorganisatie.

Wanneer typetests worden gecombineerd met periodieke fabrieksinspecties door een certificeringsinstantie, vormt dit de basis voor de door die certificeringsinstantie afgegeven certificaten (dus voorzien van hun bijzondere merk/logo).

Dit kan tot op zekere hoogte een standaardcriterium voor "basiskwaliteit" vormen. Echter, de term "kwaliteit" is te generiek en vaak misbruikt al was het maar op basis van IEC conformiteit.

Een ander gevoelig facet van "kwaliteit" is de module "betrouwbaarheid" - een grote zorg voor PV aannemers / investeerders.

Betrouwbaarheid wordt niet gedefinieerd of gedekt door de bestaande IEC-normen. Het gebrek aan betrouwbaarheidsnormen is deels te wijten aan het feit dat er tot op heden niet genoeg statistische gegevens zijn verzameld uit de PV-velden (zelfs de "oudste" PV-installaties moeten nog steeds hun levensduur van 20/25 jaar per garantie bereiken).

Maar zowel IEC 61215 als IEC 61646 geven duidelijk aan dat de betrouwbaarheid daarin niet wordt aangepakt, dus de ontwerpkwalificatie aan die normen impliceert niet de betrouwbaarheid van de PV-module. Daarom komen experts van fabrikanten, testhuizen en normalisatie-instellingen samen in een poging om de basis voor een PV-betrouwbaarheidsstandaard uit te werken. Een eerste ontwerp is te verwachten, hopelijk ergens in de nabije toekomst.

Garantie is ook een kwestie die het vermelden waard is. Het is gebruikelijk in de markt om pv-modules te verkopen/kopen die vallen onder een garantie van 20+ jaar. De garantie wordt verondersteld om veilige werking (geen elektrische, thermische, mechanische en brandgevaar) en aanvaardbaar niveau van prestaties te dekken, d.w.z. beperkte vermogensdegradatie (de meesten verklaren 1% Pmax verlies per jaar).

Na de algemene werkingssfeer en beperkingen met betrekking tot de kwaliteit van IEC 61215/61646 te hebben verduidelijkt, geeft het volgende een algemene beschrijving van de tests, waarin wordt gewezen op de tests die van groot belang zijn voor kristallijn silicium (c-Si) en dunne filmfotovoltaïsche modules. Terwijl IEC 61215 is ontworpen op basis van gedegen kennis van de belangrijkste bestaande kristallijne siliciumtechnologieën, was IEC 61646 voornamelijk gebaseerd op amorfe siliciumtechnologie (a-Si). Daarom vereisen relatief nieuwe technologieën zoals CIGS, CdTe, enz.

Verschillen in de twee normen zullen in cursn worden genoemd.

Beide normen schrijven voor dat monsters voor tests willekeurig worden genomen uit een productiebatch overeenkomstig IEC 60410.

Modules moeten worden vervaardigd uit gespecificeerde materialen en onderdelen en onderworpen zijn aan kwaliteitsborgingsprocessen van de fabrikant. Alle monsters moeten tot in detail volledig zijn en worden geleverd met de montage-/installatie-instructies van de fabrikant.

Figuur 1 beschrijft de aard van de tests.

  • De algemene benadering van beide normen kan worden samengevat in:

  • Definiëren "grote visuele gebreken."

  • Definiëren "pass/fail" criteria.

  • Doeneerste testsop alle monsters.

  • Groepsmonsterste ondergaantestsequenties.

  • Doennatests na afzonderlijke testsEntestsequenties(IEC 61215).

  • Doe na tests na enkele testsEnlaatste licht weken na testsequenties(IEC 61646).

  • Kijk voor "grote visuele gebreken" encheck "pass/fail"Criteria.

 

1004_F1_fig1

Figuur 1

Verschillende monsters gaan parallel door verschillende testsequenties, zoals aangegeven in de figuren 2 en 3.

1004_F1_fig2

Figuur 2: Kwalificatietestvolgorde (IEC 61215)


1004_F1_fig3

Figuur 3: Testvolgorde (IEC 61646)

 

Vijf "grote visuele gebreken" zijn gedefinieerd in IEC 61215, terwijl er zes in IEC 61646(cursn zijn de verschillen in IEC 61646):

a) gebroken, gebarsten of gescheurde buitenoppervlakken, met inbegrip van bovenstratets, substraten, frames en verbindingsdozen;

b) gebogen of verkeerd uitgelijnde buitenoppervlakken, met inbegrip van bovenzijden, substraten, frames en verbindingsdozen, voor zover de installatie en/of werking van de module zou worden aangetast;

c) een scheur in een cel waarvan de voortplanting meer dan 10% van het gebied van die cel uit het elektrische circuit van de module zou kunnen verwijderen;
c) holtes in of zichtbare corrosie van een van de dunne filmlagen van de actieve schakelingen van de module, die zich uitstrekken over meer dan 10% van elke cel; (IEC 61646)

d) bellen of delaminaties die een continu pad vormen tussen een deel van het elektrische circuit en de rand van de module;

e) verlies van mechanische integriteit, voor zover de installatie en/of werking van de module zou worden aangetast;

f) Modulemarkeringen (label) zijn niet meer bevestigd of de informatie is onleesbaar. (IEC 61646)

Samen met 6 operationele "pass/fail" criteria:

a) de afbraak van het maximumvermogen na elke testvolgorde de voorgeschreven limiet niet overschrijdt, noch 8%;
a) na het laatste licht weken, het maximale uitgangsvermogen bij STC is niet minder dan 90% van de door de fabrikant opgegeven minimumwaarde. (IEC 61646)

b) tijdens de tests geen enkel monster een open circuit heeft vertoond;

c) er geen visueel bewijs is van ernstige gebreken;

d) na de proeven aan de eisen van de isolatietest wordt voldaan;

e) aan het begin en het einde van elke reeks en na de vochtige warmtetest aan de huidige testvoorschriften voor natte lekkage wordt voldaan;

f) aan specifieke eisen van de afzonderlijke tests wordt voldaan.

Als twee of meer monsters niet voldoen aan een van deze testcriteria, wordt het ontwerp geacht te mislukken kwalificatie. Indien één monster niet wordt getest, moeten nog eens twee monsters vanaf het begin de gehele relevante testreeks ondergaan. Als een of beide van deze nieuwe monsters ook mislukken, wordt het ontwerp geacht te mislukken kwalificatievereisten. Als beide monsters de testvolgorde doorstaan, wordt het ontwerp geacht te voldoen aan de kwalificatievereisten.

Opmerking:Bepaalde fouten, hoewel op een enkel monster, kan een indicator van ernstige ontwerpproblemen die foutanalyse en een ontwerpcontrole om rendementen uit het veld te voorkomen (betrouwbaarheid probleem) In dergelijke gevallen moet het laboratorium de testsequentie stopzetten en de fabrikant uitnodigen om een gedetailleerde foutanalyse uit te voeren, de oorzaak te identificeren en de nodige corrigerende maatregelen te treffen alvorens de gewijzigde monsters opnieuw te testen.

Het verschil in punt a) tussen IEC 61215 en IEC 61646 betreffende Pmax degradatie is de moeite waard commentaar op.

In IEC 61215 mag de Pmax-afbraak niet meer dan 5% van de initiële Pmax bedragen die aan het begin van elke afzonderlijke test wordt gemeten en niet meer dan 8% na elke testreeks.

In IEC 61646 zijn er twee cruciale elementen:

1. Definitie van minimum Pmax (afgeleid van de gemerkte Pmax ± t(%) op het ratinglabel, waar t(%) geeft de productietolerantie aan).

2. Alle monsters moeten licht weken en moeten een laatste Pmax ≥ 0,9 x (Pmax – t(%)) vertonen.

Met andere woorden, IEC 61646 verlaat het criterium van afbraak van Pmax na de enkele tests (-5%) en de testsequenties (-8%) gebruikt in IEC 61215, en in plaats daarvan vertrouwt op het controleren van Pmax afbraak met betrekking tot de vermogensclassificatie nadat alle tests zijn voltooid en de monsters licht gedrenkt.

Een ander verschil is dat IEC 61215 vereist dat alle monsters worden "voorgeconditioneerd" door ze bloot te stellen (open-circuited) tot een totaal van 5,5 kWh/m2.

IEC 61646 heeft geen vereiste om de specifieke effecten te vermijden die preconditionering kan hebben op verschillende dunne-filmtechnologieën. Sommige dunne-film technologieën zijn gevoeliger voor licht veroorzaakte afbraak, terwijl anderen gevoeliger zijn voor donkere warmte-effecten. Daarom zouden de eerste tests een inhomogene benadering zijn om de veranderingen door de testsequenties te evalueren. In plaats daarvan, IEC 61646 vraagt om definitieve licht weken op alle monsters na de milieusequenties en voor de controle monster, en het meten van de uiteindelijke Pmax om te beoordelen of afbraak aanvaardbaar is met betrekking tot de nominale minimumwaarde van Pmax.

Hier volgt een korte beschrijving van de tests.(Verschillen in IEC 61646 zal worden gewezen cursal.)

Visuele inspectie: is meestal een diagnostische controle.
Het doel is om een van de hierboven gedefinieerde "belangrijke visuele gebreken" te detecteren door de module in een goed verlicht gebied (1000 lux) te controleren.

Het wordt meerdere keren herhaald in alle testsequenties en wordt meer uitgevoerd dan welke andere test dan ook.

Maximumvermogen (Pmax): is meestal een prestatieparameter.
Het wordt ook meerdere malen uitgevoerd voor en na de verschillende milieutests. Het kan worden uitgevoerd met een zon simulator of buiten.

Hoewel de norm de mogelijkheid biedt om de test uit te voeren voor een reeks celtemperaturen (25°C tot 50°C) en stralingsniveaus (700 W/m2 tot 1.100 W/m2), is het gebruikelijk dat pv-laboratoria deze uitvoeren op de zogenaamde Standaardtestomstandigheden (STC). STC komt per definitie overeen met: 1000 W/m2, 25°C celtemperatuur, met een referentie zonnespectrale straling genaamd Air Mass 1.5 (AM1.5), zoals gedefinieerd in IEC 60904-3.

De meeste laboratoria gebruiken indoor testen met zonne-simulatoren met een spectrum zo dicht mogelijk bij de AM1.5. De kenmerken en afwijkingen van de zonnesimulator van de standaard AM1.5 kunnen worden ingedeeld volgens IEC 60904-9. Veel zonne simulator leveranciers bieden systemen ingedeeld op de hoogst mogelijke rating: AAA, waar de eerste letter geeft spectrum kwaliteit, de tweede brief; de uniformiteit van de straling op het testgebied en de derde letter; de temporele stabiliteit van straling. De classificatie van zonnesimulatoren is te vinden in IEC 60904-9:2007.

Opmerking:Zelfverklaringen van leveranciers vormen niet noodzakelijkerwijs het bewijs van de traceerbaarheid van de meting
Wereld PV Schaal.

Een correcte en traceerbare Pmax-meting naar de World PV Scale is van cruciaal belang. Niet alleen is het een van de pass/fail criteria, maar de gemeten waarden kunnen ook door de eindgebruikers worden gebruikt als prestatie-indicator voor vermogensrendementsevaluaties.

Beide normen stellen verschillende nauwkeurigheidseisen vast voor het meten van temperatuur, spanning, stroom en straling.

Het is belangrijk om op te merken dat de vereiste herhaalbaarheid voor de vermogensmeting in IEC 61215 slechts ±1% bedraagt.

Er is geen melding gemaakt van een dergelijke eis in IEC 61646, waarschijnlijk te wijten aan de bekende "instabiliteit" en "herhaalbaarheid" kwesties van de verschillende dunne-film technologieën. In plaats daarvan heeft IEC 61646 een algemene aanbeveling:

"Alles moet in het werk worden gesteld om ervoor te zorgen dat piekvermogenmetingen worden uitgevoerd onder vergelijkbare bedrijfsomstandigheden, dat wil zeggen de omvang van de correctie minimaliseren door alle piekvermogenmetingen op een bepaalde module bij ongeveer dezelfde temperatuur en straling te doen."

Een andere belangrijke factor die bijdraagt aan de nauwkeurigheid van Pmax-meting, met name voor dunne-film, is de spectrale mismatch tussen de referentiecellen die door het laboratorium worden gebruikt en de specifieke technologie die wordt getest.

Isolatiebestendigheid: is een elektrische veiligheidstest.
Het doel is om te bepalen of een module voldoende elektrische isolatie heeft tussen de huidige uitvoeringsdelen en het frame (of de buitenwereld). Een diëlektrische sterktetester wordt gebruikt om een gelijkspanningsbron van maximaal 1000 V toe te passen plus tweemaal de maximale systeemspanning. Na de test mag er geen uitsplitsing zijn, noch een oppervlaktetracking. Voor modules met een oppervlakte groter dan 0,1 m2, mag de weerstand niet minder dan 40 MΩ per vierkante meter hebben.

Natte lekkage stroomtest: is een elektrische veiligheidstest, ook.
Het doel is om de isolatie van de module te evalueren tegen vochtpenetratie onder natte bedrijfsomstandigheden (regen, mist, dauw, gesmolten sneeuw), om corrosie, bodembreuk en dus gevaar voor elektrische schokken te voorkomen.

De module is ondergedompeld in een ondiepe tank tot een diepte die alle oppervlakken, behalve kabel ingangen van aansluitdozen niet ontworpen voor onderdompeling (lager dan IPX7). Tussen de kortsluitingsafvoerconnectoren en de waterbadoplossing wordt gedurende 2 minuten een testspanning toegepast tot aan de maximale systeemspanning van de module.

De isolatieweerstand moet ten minste 40 MΩ per vierkante meter hebben voor modules met een oppervlakte groter dan 0,1 m2.

Het is van cruciaal belang om te weten dat de paringsconnectoren tijdens de test in de oplossing moeten worden ondergedompeld en dit waarbij een defect connectorontwerp de oorzaak kan zijn van een belangrijk FAIL-resultaat.

Opmerking:Falen van natte lekkage stroomtest als gevolg van defecte connectoren is geen zeldzame gebeurtenis, en als zodanig, het is zeker een reëel gevaar voor de exploitanten in het veld. Er is geen IEC-norm voor PV-connectoren, maar er is een geharmoniseerde Europese norm (EN 50521). Gecertificeerde connectoren van EN 50521 hebben zware tests ondergaan, waaronder Thermal Cycles (200) en Damp Heat (1000 uur), en het kan worden gebruikt als criterium voor het selecteren van leveranciers. Echter, de test met de module zal het laatste woord hebben. Het is een delicate taak voor fabrikanten van PV-modules om de aansluitingsconnecties goed in de gaten te houden. "Eenvoudige" verandering van connector leveranciers met een ander ontwerp kan een groot risico voor natte lekkage stroomtest vertegenwoordigen.

De natte lekkage huidige test wordt gerangschikt als een van de meest terugkerende storingen tijdens PV-kwalificatie in de testlaboratoria. Wanneer de storing niet te wijten is aan een connectorprobleem (zoals hierboven vermeld), zal de storing waarschijnlijk optreden na de Damp Heat-test en/of Vochtigheidsvriestest voor modules die problemen hebben met laminatie- en randafdichtingsprocessen tijdens de productie.

Temperatuurcoëfficiënten: is een prestatieparameter.
Het doel is om de temperatuurcoëfficiënten van kortsluitingsstroom Isc (α), open-circuitspanning Voc (β) te bepalen
en het maximale vermogen (Pmax) (δ) uit modulemetingen. De aldus vastgestelde coëfficiënten zijn alleen geldig bij de straling waarbij de metingen zijn verricht (d.w.z. bij 1000 W/m2voor de meeste laboratoria met behulp van de zonne-simulator).

Voor modules met bekende lineariteit over een bepaald stralingsbereik volgens IEC 60891, kunnen de berekende coëfficiënten als geldig over dat stralingsbereik worden beschouwd.

IEC 61646 is meer "voorzichtig" en maakt een extra opmerking over dunne-film modules, waarvan de temperatuur coëfficiënten kunnen afhangen van de bestraling en de thermische geschiedenis van de module ... Maar uit testoogpunt wordt de testdoos voor temperatuurcoëfficiënten eenvoudig onder de eerste linkertestvolgorde (fig. 3) geplaatst. De "bestraling en thermische geschiedenis" van dat monster bestaat eenvoudigweg uit de "reis" die nodig was om bij het laboratorium te komen, van de omgevingsomstandigheden waaronder het werd opgeslagen, van de eerste tests, en ten slotte uit de blootstellingstest in de buitenlucht (60 kWh/m2).

Voor de meting worden twee methoden gebruikt met zonnesimulatoren:

1.

2. afkoeling van de module;

tussen 30°C (bijvoorbeeld25°C – 55°C), en bij elke intervallen van 5°C neemt de zonsimulator een I-V-meting (Isc, Voc, Pmax worden niet gereflecteerd, maar gemeten tijdens de I-V sweep) inclusief Isc, Voc en Pmax.

De waarden van Isc, Voc en Pmax worden uitgezet als functies van temperatuur voor elke set gegevens. De coëfficiënten α, β en δ worden berekend op basis van de hellingen van de minst vierkanten-geschikte rechte lijnen voor de drie uitgezet functie

Gezien een bepaald stralingsniveau moet worden opgemerkt dat β (voor Voc) en δ (voor Pmax) de twee meest gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen. Ze hebben allebei het "-" teken, wat aanduidt dat Voc en Pmax dalen met stijgende temperatuur, terwijl α (voor Isc) het "+" teken heeft, hoewel veel een kleinere waarde dan β en δ. Alle drie de coëfficiënten kunnen worden uitgedrukt als relatieve percentages door de berekende α, β en δ te delen door de waarden van Isc, Voc en Pmax op 25°C (1000 W/m2).

Temperatuurcoëfficiënten zijn prestatieparameters die vaak door eindgebruikers worden gebruikt om de energieopbrengst van de modules in warme klimaten te simuleren. Men moet niet vergeten dat ze geldig zijn op 1000 W / m2stralingsniveau dat in het lab wordt gebruikt, tenzij de lineariteit van de module op verschillende stralingsniveaus is bewezen.

Nominale bedrijfsceltemperatuur (NOCT): is een prestatieparameter.
NOCT is gedefinieerd voor een open rack gemonteerde module in de volgende standaardreferentieomgeving:

  • kantelhoek: 45° van de horizontale

  • totale straling: 800 W/m2

  • omgevingstemperatuur: 20°C

  • windsnelheid: 1 m/s

  • geen elektrische belasting: open circuit

NOCT kan door de systeemontwerper worden gebruikt als leidraad voor de temperatuur waarbij een module in het veld zal werken en het is daarom een nuttige parameter bij het vergelijken van de prestaties van verschillende moduleontwerpen. De
de werkelijke bedrijfstemperatuur is rechtstreeks afhankelijk van de montagestructuur, straling, windsnelheid, omgevingstemperatuur, reflecties en emissies van de grond en nabijgelegen objecten, enz.

De zogenaamde "primaire methode" om NOCT te bepalen is een outdoor meetmethode die wordt gebruikt door zowel IEC 61215 als IEC 61646, en is universeel toepasbaar op alle PV-modules. In het geval van modules die niet zijn ontworpen voor de montage van open racks, kan de primaire methode worden gebruikt om het evenwichtsge gemiddelde temperatuur van de zonnecelverbinding te bepalen, waarbij de module is gemonteerd zoals aanbevolen door de fabrikant.

De testopstelling vereist gegevensregistratie en selectie voor straling (pyronameter), omgevingstemperatuur (temperatuursensoren), celtemperatuur (thermokoppels aan de achterzijde van de module die overeenkomen met de twee centrale cellen), windsnelheid (snelheidssensor) en windrichting (richtingssensor). Al deze hoeveelheden moeten binnen bepaalde tussenpozen zijn om aanvaardbaar te zijn voor de berekening van NOCT.

Voor de berekening van de uiteindelijke NOCT wordt een minimumset van 10 aanvaardbare gegevenspunten gebruikt die zowel voor als na 'solar noon' zijn genomen.

Blootstelling aan de buitenlucht: is een stralingstest.
Het doel is een voorlopige beoordeling van het vermogen van de module om blootstelling aan buitenomstandigheden te weerstaan. Het gaat echter alleen om blootstelling voor een totaal van 60 kWh/m2dat is een vrij korte periode van tijd om een oordeel te vellen over de levensduur van de module.

Anderzijds kan deze test een nuttige indicator zijn voor mogelijke problemen die mogelijk niet door de andere laboratoriumtests worden ontdekt.

IEC 61215 vereist degradatie van het maximumvermogen (Pmax) niet meer dan 5% van de oorspronkelijke waarde.
IEC 61646 vereist maximum vermogen (Pmax) niet lager te zijn dan de gemarkeerde "Pmax - t%."

Terwijl vooraf geconditioneerde c-Si modules volgens IEC 61215 (5,5 kWh/m2) tonen geen kritiek met deze test, kunnen bepaalde dunne-filmtechnologieën meer problemen ervaren. De reden kan worden verklaard met het feit dat in IEC 61646, de gemeten Pmax na 60 kWh/m2 blootstelling hoger moet zijn dan de gemarkeerde "Pmax – t% door de fabrikant. Dit monster is onder de eerste testvolgorde, waarbij de enige "geschiedenis" de eerste tests en de blootstelling aan de buitenlucht voor in totaal 60 kWh/m2 onder verschillende klimatologische omstandigheden gedurende 24 uur, afhankelijk van de locatie van het laboratorium. Een gedegen kennis van de door de fabrikant geteste technologie in termen van licht veroorzaakte afbraak, gevoeligheid voor warmte, vocht enz.

Hot-spot uithoudingsvermogen: is een thermische / diagnostische test.
Het doel is om te bepalen van de module het vermogen om gelokaliseerde verwarming veroorzaakt door gebarsten, mismatched cellen, interconnectie mislukkingen, gedeeltelijke schaduwen of vervuiling te weerstaan.

Hot-spot verwarming treedt op wanneer de bedrijfsstroom van de module de verminderde kortsluitingsstroom van een defecte (of schaduw) cel(s) overschrijdt. Dit zal dwingen de cel (s) in een omgekeerde bias voorwaarde wanneer het een belasting die warmte afvoert. Ernstige hot spot verschijnselen kunnen zo dramatisch als regelrechte brandwonden van alle lagen, kraken of zelfs breuk van het glas. Het is belangrijk op te merken dat zelfs onder minder ernstige hot spot omstandigheden, met de tussenkomst van de bypass diode, een deel (ook bekend als een string) van de module is uitgesloten waardoor een verstandige daling van het vermogen van de module.

Er wordt voortdurend gedebatteerd over de aanpak om realistische hotspotomstandigheden van de desbetreffende clausule 10.9 in IEC 61215 te simuleren.

De belangrijkste testlaboratoria aanvaarden dat de huidige versie van de hotspotmethode niet vertegenwoordigt en kan ook geen echte hotspotsituatie voorstellen. Een verbeterde hotspot methode is opgesteld binnen TC82 van de IEC en zal naar verwachting normatief worden met de 3Rdeditie van IEC 61215 in 2010. Sommige testlaboratoria hebben besloten om de verbeterde methode al te gebruiken.

Meer inzicht en details zullen worden verstrekt in een toekomstig artikel.

Hoewel de statistieken van het percentage mislukkingen in verschillende laboratoria kunnen verschillen, lijkt hot-spot nog steeds een van de 5 meest voorkomende storingen voor zowel c-Si- als dunne-filmmodules te zijn.

Bypass diode: is een thermische test.
Bypass diode is een zeer belangrijk aspect van module ontwerp. Het is een kritieke component die het thermische gedrag van de module onder hot-spotomstandigheden bepaalt en dus ook direct van invloed is op de betrouwbaarheid in het veld.

De testmethode vereist het bevestigen van een thermokoppel aan het lichaam van de diode(s), het verwarmen van de module tot 75°C ± 5°C en het aanbrengen van een stroom die gelijk is aan de kortsluitingsstroom Isc die bij STC gedurende 1 uur wordt gemeten.

De temperatuur van elk bypassdodelichaam wordt gemeten (Tcase) en de verbindingstemperatuur (Tj) wordt berekend
met behulp van een formule met behulp van de specificaties die door de fabrikant van de diode (RTHjc = constante geleverd door diode fabrikant met betrekking tot Tj tcase, meestal een ontwerp parameter, en UD = diode spanning, ID = diode stroom).

Vervolgens wordt de stroom verhoogd tot 1,25 keer de kortsluitingsstroom van de module Isc zoals gemeten bij STC voor nog een uur met behoud van de temperatuur van de module op dezelfde temperatuur.

De diode moet nog steeds operationeel zijn.

Storingen van bypass diode tests optreden nog steeds met een bepaalde frequentie veroorzaakt door ofwel overrating door de diode fabrikant of onjuiste elektrische configuratie met betrekking tot de module Isc door de module fabrikant.

In de meeste gevallen worden de bypassdiodes geleverd als ingebouwde componenten in de aansluitdoos van de gehele subassemblage (aansluitdoos + kabel + connector). Daarom is het van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat dit kleine onderdeel nauw wordt gecontroleerd tijdens de inkomende goederencontroles door de modulefabrikant.

UV-conditionering: is een stralingstest.
Het doel is om materialen te identificeren die gevoelig zijn voor ultraviolette (UV) afbraak voordat de thermische cyclus en vochtigheidbevriezingstests worden uitgevoerd.

IEC 61215 vereist dat de module wordt onderworpen aan een totale UV-bestraling van 15 kWh/m2in de (UVA + UVB) regio's
(280 nm – 400 nm), met ten minste 5 kWh/m2, d.w.z. 33% in de UVB-regio (280 nm – 320 nm), met behoud van de module op 60 °C ± 5 °C.
(IEC 61646 vereist een UVB-gedeelte van 3% tot 10% van de totale UV-bestraling). Deze eis is nu ook voor IEC 61215 geharmoniseerd door een CTL-besluitblad n. 733 binnen de IECEE CB-regeling.

Een cruciaal aspect van de opstelling van de UV-kamers is het hebben van gekalibreerde UVA- en UVB-sensoren die ook traceerbaarheid garanderen bij bedrijfstemperaturen van 60°C ± 5°C terwijl ze nog steeds correct werken tijdens de lange blootstellingstijden in de hete UV-kamers.

De zeer lage uitvalsnelheid van UV-blootstellingstest in PV-laboratoria kan worden verklaard met de relatief lage hoeveelheid UV-straling in vergelijking met echte blootstellingen tijdens de levensduur van de module.

Thermal cycling TC200 (200 cycli): is een milieutest.
Deze test heeft als doel het simuleren van thermische spanningen op materialen als gevolg van veranderingen van extreme temperaturen. Meestal worden gesoldeerde verbindingen in het laminaat uitgedaagd vanwege de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten van de verschillende ingekapselde materialen. Dit kan leiden tot storingen bij grote defecten, voor Pmax-afbraak, onderbreking van de elektrische circuits of isolatietest.

IEC 61215 vereist de injectie van een stroom binnen ±2% van de stroom gemeten bij piekvermogen (Imp) wanneer de moduletemperatuur boven de 25°C ligt.
Er is geen huidige injectie voor IEC 61646, maar de continuïteit van het elektrische circuit moet worden gecontroleerd (een kleine weerstandsbelasting zou volstaan).

De module wordt onderworpen aan de fietstemperatuurgrenzen van –40°C ± 2°C en +85°C ± 2°C met het profiel in figuur 4.

1004_F1_fig4
Figuur 4: Thermische fietstest (IEC 61215)

Uitvalpercentages voor TC200 kunnen oplopen tot 30-40%. Indien in combinatie met Damp Heat, in sommige laboratoria, beide kunnen goed zijn voor meer dan 70% van de totale storingen voor c-Si modules.

TC200 mislukking tarief is lager voor dunne-film, maar nog steeds de aandacht waard van de fabrikanten.

Vochtbevriezing: is een milieutest.
Het doel is om te bepalen of de module bestand is tegen de effecten van hoge temperaturen in combinatie met vochtigheid, gevolgd door extreem lage temperaturen.
De module wordt onderworpen aan 10 volledige cycli volgens het geharmoniseerde profiel in figuur 5 (IEC 61646).

1004_F1_fig5
Figuur 5: Vochtigheidsvriescyclus (IEC 61646)

Relatieve vochtigheidsbehoefte RH = 85% ± 5% is alleen van toepassing bij 85°C.

Na deze test mag de module tussen 2 en 4 uur rusten voordat de visuele inspectie, het maximale uitgangsvermogen en de isolatiebestendigheid worden gemeten.

Mislukkingspercentages van deze test blijven in het bereik 10-20%.

Robuustheid van beëindigingen: is een mechanische test.
Om de robuustheid van de beëindigingen van de module te bepalen, die draden, vliegende leads, schroeven of wat de meeste gevallen betreft, PV-connectoren (type C) kunnen zijn. De beëindigingen ondergaan een stresstest die de normale montage en handling simuleert door middel van verschillende cycli en niveaus van treksterkte en buig- en koppeltests zoals verwezen in een andere standaard, IEC 60068-2-21.

Damp-warmte DH1000 (1000 uur): is een milieutest.
Het doel is om het vermogen van de module te bepalen om langdurige blootstelling aan penetratie van vochtigheid te weerstaan door 85°C ± 2°C toe te passen met een relatieve vochtigheid van 85% ± 5% gedurende 1000 uur.

DH1000 is de meest "kwaadaardige" en op de top-lijst van mislukking tarieven in sommige laboratoria goed voor maximaal 40-50% van de totale mislukkingen voor c-Si modules. De gelijkaardige mislukkingentarieven kunnen voor DH1000 ook met dunne-film worden waargenomen.

De ernst van deze test daagt met name het laminatieproces en de randafdichting van vochtigheid uit. Belangrijke delaminaties en corrosie van celdelen kunnen worden waargenomen als gevolg van vochtigheidspenetratie. Zelfs in het geval van geen grote gebreken gedetecteerd na DH1000, is de module benadrukt tot het punt dat het wordt "kwetsbaar" voor de daaropvolgende mechanische belastingstest.

Mechanische belastingstest
Deze laadtest moet het vermogen van de module onderzoeken om wind-, sneeuw-, statische of ijsbelastingen te weerstaan.

Mechanische belasting komt na Vochtige Hitte en wordt daarom gedaan op een monster dat een ernstige milieustress heeft ondergaan.

Het meest kritische aspect van deze test is gerelateerd aan de montage van de module volgens de montage-instructies van de fabrikant, d.w.z. het gebruik van de beoogde bevestigingspunten van de module op de montagestructuur met de beoogde interafstand tussen deze punten, en het gebruik van de juiste montageaccessoires, indien aanwezig (moer, bouten, klemmen, enz.).

Bepaalde gevallen van grote oppervlakte en frameloze dunne-film modules zijn van cruciaal belang met betrekking tot de bovenstaande voorwaarden.

Als er geen zorg wordt genomen met betrekking tot een goede montage, blijft men bij de vraag of de storing is veroorzaakt als gevolg van structurele problemen of vanwege een ongeschikte montagetechniek.

Een ander aspect dat in aanmerking moet worden genomen is de uniformiteit van de toegepaste belasting over het oppervlak van de module. De normen vereisen dat de belasting "geleidelijk, uniform" wordt toegepast zonder aan te geven hoe uniformiteit moet worden gecontroleerd.

2.400 Pa wordt toegepast (wat neerkomt op een winddruk van 130 km/uur) gedurende 1 uur op elk gezicht van de module.

Als de module moet worden gekwalificeerd om zware ophopingen van sneeuw en ijs te weerstaan, wordt de belasting die tijdens de laatste cyclus van deze test op de voorzijde van de module wordt toegepast, verhoogd van 2.400 Pa tot 5.400 Pa.

Aan het einde mogen er geen grote visuele gebreken zijn, geen intermitterende open-circuit gedetecteerd tijdens de test. Ook Pmax (alleen voor IEC 61215) en isolatiebestendigheid worden na deze test gecontroleerd.

Hagel impact: is een mechanische test.
Om te controleren of de module bestand is tegen de impact van hagelstenen bij een temperatuur van ~ –4°C. De testapparatuur is een unieke draagrakter die in staat is om verschillende gewichten van ijsballen bij de opgegeven snelheden te stuwen om de module op 11 gespecificeerde botsplaatsen +/- 10 mm afstandsvariatie te raken. (Tabel 1)

1004_F1_table1
Tabel 1

De tijd tussen het verwijderen van de ijsbal uit de koelcel en de botsing op de module mag niet meer dan 60 s bedragen.

Het is heel gebruikelijk om 25 mm/7,53 g ijsballen te gebruiken.

Nogmaals, na de test moet men controleren of er grote gebreken veroorzaakt door de hagelstenen en ook Pmax (voor IEC 61215 alleen) en isolatiebestendigheid worden gecontroleerd.

Laboratoriumstatistieken tonen zeer lage faalpercentages voor deze test.

Lichtverwekend: straling(alleen van toepassing op dunne-film IEC 61646)
Dit is een kritische passage voor de uiteindelijke pass / fail oordeel van dunne-film modules. Het doel is om de elektrische kenmerken van dunne filmmodules te stabiliseren door langdurige blootstelling aan straling nadat alle tests zijn voltooid voordat Pmax wordt gecontroleerd op de minimumwaarde die door de fabrikant is aangegeven.

De test kan worden uitgevoerd onder natuurlijk zonlicht of onder steady-state zonnesimulator.

De modules, onder een weerstandsbelastingstoestand, worden onder een straling tussen 600 – 1000 W/m2 geplaatst binnen een temperatuurbereik van 50°C ± 10°C tot er stabilisatie optreedt, hetgeen is wanneer de metingen van Pmax uit twee opeenvolgende blootstellingsperioden van ten minste 43 kWh/m2elk voldoet aan de voorwaarde (Pmax – Pmin)/P(gemiddelde)<>

Tot slot een opmerking over de IECEE Retest Guideline. Interessant is dat het niet goed gedefinieerd wat kan worden beschouwd als "verandering in celtechnologie" voor dunne-film, waardoor een groot grijs gebied van verschillende interpretaties en benaderingen in gevallen waar men zou kunnen staat een "technologie en efficiëntie verbetering," "stabilisatie verbetering," of "power output te verhogen." Zijn deze gevallen van "verandering in celtechnologie" en zo ja, in welke mate en welke tests moeten worden herhaald? Zoals het vandaag wordt gelezen, laat de Retest Guideline een pad naar uitbreiding van eerdere certificeringen die in de macht komen (>10%) door simpelweg de hotspottest te herhalen.

Noot 2 van de Hertest Richtlijn citaten "... Final light soaking 10.19 test is verplicht voor alle testmonsters," maar in de praktijk wordt het vaak genegeerd door de testlaboratoria met het resultaat van het uitbreiden van verstandig verhoogd vermogen zonder het belangrijkste aspect van dunne-film technologie onder de test: vermogensstabilisatie.

Samengevat, de tests beschreven in dit artikel werd bepaald door de IEC als de minimale eisen voor prestatietests, maar zoals vermeld in het begin, moet men ook voldoen aan de veiligheidsontwerp en testeisen in
IEC 61730-1 en IEC 61730-2. Aangezien fabrikanten ernaar streven om concurrerender te zijn in de markt, werken de meeste samen met een certificeringsinstantie om te bewijzen dat hun module een onpartijdig, onpartijdig testprogramma heeft ondergaan. Als er wijzigingen optreden tijdens het opnieuw ontwerpen of hun productieprocessen, gebruiken certificeringsinstanties de hertestrichtlijn 'geharmoniseerde' IECEE CB-regeling om te bepalen welke tests moeten worden herhaald voordat eerdere certificeringen worden uitgebreid. Met betrekking tot betrouwbaarheid, sommige gaan zo ver dat een uitbreiding van de gecombineerde binnen-en outdoor betrouwbaarheid testen programma's uit te voeren groter dan een jaar.

De heer Regan Arndt is de Noord-Amerikaanse manager en technisch certificeerder voor TÜV SÜDs Photovoltaic Team gevestigd in Fremont, CALIFORNIË. Hij studeerde af aan Electronics Engineering aan het Southern Alberta Institute of Technology (SAIT) in Calgary, Alberta, Canada en heeft meer dan 15 jaar ervaring in testen en certificering op het gebied van fotovoltaïsche energie, informatietechnologieapparatuur, telecommunicatie en elektrische apparatuur voor meting, controle en laboratoriumgebruik. Regan behaalde een formele opleiding voor fotovoltaïsche ontwerp en testen aan de Beijing Chinese Academy of Sciences Renewable Energy Department. Hij is te bereiken op rarndt @tuvam.com.

Dr. Ing. Robert Puto is de global director van Photovoltacs bij TUV SUD. Hij heeft een doctoraat in electronic engineering van Politecnico di Torino (Polytechnische Universiteit van Turijn), Italië en een masterdiploma in International Business Management van CEIBS – Shanghai, China. Hij heeft 15 jaar ervaring in het testen en certificeren van een verscheidenheid aan elektrische producten, waaronder fotovoltaïsche energie. Hij treedt ook op als PV Senior Product Specialist binnen de TÜV SÜD groep, heeft de status technical certifier voor PV en is erkend auditor voor ISO IEC 17025 laboratoriumbeoordelingen.