IEC61215测试项目及失效案例介绍

IEC61215测试项目及失效案例介绍－结合IEC61730和UL1703可靠性实验室汤海波2010.6一、测试流程二、测试项目及常见失效目录一、测试流程3目前光伏产品认证机构代表性的有如下几家：分别为VDE，TUV莱茵，TUV南德和UL美华。基本上几家认证机构测试都以IEC61215(性能)，IEC61730(安全)和UL1703(安全)为主。如VDE和TUV莱茵是以IEC61215和IEC61730为主，侧重于产品性能方面测试；UL美华则是UL1703为主，侧重于产品安全方面测试。IEC61215测试流程图4IEC61215测试流程图-VDE58ModulesPreconditioning10.1VisualInspection10.2MaximumPowerdetermination10.3Insulationtest10.15WetleakagecurrenttestABC1C2D1D2E1E210.4Measurementoftemperaturecoefficientsα,βandδ10.10UV-test10.11Thermalcyclingtest200cycles-40°cto+85°C10.13Dampheattest1000h85°C85%RH10.5NOCT10.11Thermalcyclingtest50cycles-40°cto+85°C10.16Mechanicalloadtest10.17Hailtest10.6PerformanceatNOCT10.12Humidity-freezetest10cycles-40°Cto+85°CC110.7Performanceatlowirradiance10.14Robustnessofterminationstest10.8Outdoorexposure60kWh/m²10.18Bypass-diodetest10.9Hot-spotendurancetest10.15WetleakagecurrenttestIEC61215&IEC61730测试序列表-VDE6IEC61215&IEC61730测试流程图-TUV(莱茵)7UL1703测试序列表-UL美华8注：UL认证无固定测试序列表，根据实际测试需要进行排列。IEC61215测试项目及常见失效-预处理9IEC612152ndedition中要求所有测试组件必须在开路状态下经过5kWh·m-2到5.5kWh·m-2暴晒。IEC612153rdedition中要求所有测试组件必须在开路状态下经过5kWh/m2-20kWh/m2暴晒直至功率稳定。IEC61215测试项目及常见失效-10.1外观检查10严重外观缺陷：a)破碎、开裂、或外表面脱附，包括上层、下层、边框和接线盒；b)弯曲、不规整的外表面，包括上层、下层、边框和接线盒的不规整以至于影响到组件的安装和/或运行；c)一个电池的一条裂缝，其延伸可能导致超过一个电池10%以上面积从组件的电路上减少；d)在组件的边缘和任何一部分电路之间形成连续的气泡或脱层通道；e)丧失机械完整性，导致组件的安装和/或工作都受到影响。标准规定：除规定的严重外观缺陷外，其它的外观情况是允许的。其它外观异常诸如背板、EVA黄变，背板脱层、鼓包，玻璃发白，镀锡铜带黄变、腐蚀，硅胶黄变等外观不良只要后续测试如10.2，10.3，10.15通过就算合格，但是此类外观异常容易引起客户投诉。注：IEC612153rd中电池破碎、开裂未定义为严重外观缺陷。IEC61215测试项目及常见失效-10.1外观检查11常见失效：IEC61215测试项目及常见失效-10.1外观检查12热循环湿热湿热湿热IEC61215测试项目及常见失效-10.1外观检查13toyo背板与FirstF406EVA兼容性测试IEC61215测试项目及常见失效-10.2最大功率确定14测试要求：参考标准IEC60904模拟器等级：B级或更好；温度：25℃-50℃，温度测试精度为±1℃，重复性为±0.5℃；辐照度：700W/m2-1100W/m2；组件放置：垂直于入射光；参考器件：如果使用B级模拟器，标准光伏器件应为标准光伏组件，该组件应采用与测试样品同样技术制造（有相同光谱相应）并且同样尺寸大小；重复性：Pmax≤±1%。数据修正：使用温度系数进行修正（估算），为了减少修正幅度，应努力使最大功率的测量尽可能在相同工作条件下进行（如环境试验前后功率对比），即对一个特定组件应在尽量相同的温度和辐照度下进行最大功率的测量。IEC61215测试项目及常见失效-10.3绝缘试验15测试要求：温度：环境温度；湿度：不超过75％RH；耐压测试：1000V加上两倍的系统最大电压；速率：500V·s-1。如果系统的最大电压不超过50V，所施加的电压应为500V。维持此电压1min，要求无绝缘击穿或表面无破裂现象。绝缘测试：500V或组件最大系统电压的高值；速率：500V·s-1。维持此电压2min，然后测量绝缘电阻。对于面积小于0.1m2的组件绝缘电阻不小于400M；对于面积大于0.1m2的组件，测试绝缘电阻乘以组件面积应不小于40M·m2。如果组件无边框，或边框是不良导体，将组件的周边和背面用导电箔包裹重复绝缘试验。推荐铝箔，铜箔较贵。UL-26绝缘耐压试验16测试要求：温度：环境温度；湿度：不超过75％RH；耐压测试：1000V加上两倍的系统最大电压；速率：500V·s-1。如果系统的最大电压不超过30V，所施加的电压应为500V。维持此电压1min，要求无绝缘击穿或表面无破裂现象，漏电流不超过50uA。如果组件无边框，或边框是不良导体，将组件的周边和背面用导电箔包裹重复绝缘试验。推荐铝箔，铜箔较贵。IEC61215测试项目及常见失效-10.4温度系数的测量17测定的温度系数，仅在测试中所用的辐照度下有效。要求：模拟器等级：B级或更好，E＝1000W/㎡±2％，要求测试温度范围至少30℃以上，一般为20－60℃。将测试数据使用最小二乘法拟合。y=0.0035x+6.6829R²=0.968766.577.58404550556065电流(A)温度(℃)Isc短路电流温度系数短路电流温度系数αShortcircuitcurrenttemperaturecoefficient3.5mA/℃0.051％IEC61215测试项目及常见失效-10.4温度系数的测量18y=-0.1192x+39.774R²=0.99893232.53333.53434.535404550556065电压(V)温度(℃)Voc开路电压温度系数开路电压温度系数βOpencircuitvoltagetemperaturecoefficient-0.11921V/℃-0.34％IEC61215测试项目及常见失效-10.4温度系数的测量19y=-0.7772x+209.52R²=0.9984160165170175180404550556065功率(W)温度(℃)Pmax最大功率温度系数最大功率温度系数δMaximumpowertemperaturecoefficient-0.77723W/℃-0.44％注：IEC612153rdedition中要求监控组件4个点温度，确定组件温度均匀一致。IEC61215测试项目及常见失效-10.5NOCT的测量20１标称电池工作温度的测量：由于自然环境下测试条件比较苛刻：辐照度低于400W·m-2；在10min期间记录辐照度变化从最大值到最小值超过10%以上之后10min间隔；风速在1m·s-1±0.75m·s-1范围以外；环境温度在20℃±15℃范围以外，或变化超过5℃；在风速超过4m·s-1的疾风之后10min内；风向在东或西±20°范围内。上述条件的数据均不符合要求。日本TUV(莱茵)曾经在室外条件下连续测试一年，只有一天的数据部分符合要求。２测试方法：辐照度：800W·m-2风速：1m·s-1±0.75m·s-1；环境温度设定：20℃；采集平均电池结温TJ和环境温度Tamb，(TJ-Tamb)再加上20℃，即可得到初步的标称工作温度值。最后把Tamb和平均风速的校正因子加到初步的标称工作温度中，将其修正到20℃和1m·s-1时的值。IEC61215测试项目及常见失效-10.5NOCT的测量21标称工作温度校正因子平均环境温度Tamb（℃）IEC61215测试项目及常见失效-10.5NOCT的测量22倾角:与水平面夹角45o总辐照度:800W.m-2环境温度:20℃风速:1m.s-1电负荷:零(开路)室外测试系统：IEC61215测试项目及常见失效-10.6标准测试条件(STC)和标称工作温度下(NOCT)的性能23在标准测试条件（1000W·m-2，25℃电池温度，GB/T6495.3的标准太阳光谱辐照度分布）和标称工作温度和辐照度为800W·m-2，且满足GB/T6495.3的标准太阳光谱辐照度分布条件下，确定组件随负荷变化的电性能。设备要求：B级或更优太阳模拟器；温度测试精度为±1℃，重复性为±0.5℃；测试测试样品与标准器件电流的仪器，精度为读数±0.2%；测试测试样品与标准器件电压的仪器，精度为读数±0.2%；能将测试样品温度设定到10.5所测试的标称工作温度的设备。IEC61215测试项目及常见失效-10.7低辐照度下的性能24依据GB/T6495.1的规定，在25℃和辐照度为200W·m-2确定组件随负荷变化的电性能。设备要求：B级或更优太阳模拟器；温度测试精度为±1℃，重复性为±0.5℃；测试测试样品与标准器件电流的仪器，精度为读数±0.2%；测试测试样品与标准器件电压的仪器，精度为读数±0.2%；能将测试样品温度设定到10.5所测试的标称工作温度的设备。IEC61215测试项目及常见失效-10.7低辐照度下的性能25IEC61215测试项目及常见失效-10.8室外曝晒试验26初步评价组件经受室外条件曝晒的能力，并可使在实验室试验中可能测不出来的综合衰减效应揭示出来。组件受到的总辐射量为60kWh·m-2。设备要求：一个组件在测试条件工作于最大功率点附近的合适负载。一般可以在稳态光源(成本较高)或者室外进行。IEC61215测试项目及常见失效-10.8室外曝晒试验27使组件受到累计60kWh·m-2辐照量后，测量其最大输出功率，衰减应不超过试验前测量值的5%。试验方法根据IEC61215：200510.8室外曝晒试验。IEC61215测试项目及常见失效-10.9热斑耐久试验28热斑形成原因：电池不匹配或裂纹；内部连接失效，如镀锡铜带与电池片粘接力变化或电池片隐裂引起接触电阻增大；电池边缘漏电导致局部过热；局部被遮光或弄脏。热斑危害：使组件持续进行热斑加热，这种效应可能导致焊接熔化或封装退化，严重时会使组件烧毁，造成更大事故。IEC61215测试项目及常见失效-10.9热斑耐久试验29所以必须通过可靠性测试确认组件承受持续热斑加热效应的能力。IEC61215测试项目及常见失效-10.9热斑耐久试验30测试方法综合IEC612152ndand3rdedition：(1)：热斑电池片选择：脉冲模拟器下，依次遮挡每块电池片，得出相应的I-V曲线：31如图所示：I100为“拐点”电流，此时组件旁路二极管不工作，整个组件电流从遮挡电池片经过，找出漏电流最高的两块电池片，如下表所示：2100542002212345610.690.630.650.690.670.7120.650.620.630.630.640.7130.450.650.612.510.660.6841.120.610.630.60.670.6751.250.60.620.630.680.6760.650.630.630.630.680.770.650.620.620.630.670.6681.180.610.620.650.690.6991.040.590.630.650.740.66100.630.620.620.670.660.67I