Fonte: incompliancemag
L'industria fotovoltaica (PV) ha subito una trasformazione incredibilmente rapida dopo l'anno 2000 a seguito di straordinarie innovazioni tecnologiche, dal livello dei materiali fino alla produzione di moduli su larga scala.
Con l'industria del fotovoltaico che dovrebbe crescere costantemente nei prossimi anni, due domande principali stanno catturando l'attenzione degli operatori di mercato:
1. Cosa costituisce un modulo di "buona qualità"?
2. Quanto "affidabile" sarà sul campo?
Entrambi, per ora, rimangono senza risposta in modo globale.
Gli standard di prestazioni FV descritti in questo articolo, in particolare IEC 61215 (Ed. 2 - 2005) e IEC 61646
(Ed. 2 - 2008), impostare sequenze di prova specifiche, condizioni e requisiti per la qualificazione del progetto di un modulo fotovoltaico.
Si ritiene che la qualifica di progetto rappresenti la capacità prestazionale del modulo fotovoltaico in caso di esposizione prolungata a climi standard (definiti nella norma IEC 60721-2-1). Inoltre, ci sono molti altri standard (IEC 61730-1, IEC 61730-2
e UL1703) che soddisfano le qualifiche di sicurezza di un modulo, ma quest'area verrà affrontata in un prossimo articolo.
Nel campo della certificazione, la qualificazione del progetto si basa su prove di tipo secondo IEC, EN o altre norme nazionali.
Vale la pena sottolineare l'inadeguatezza di termini come "certificazione IEC" o "certificato IEC", nonché la pubblicità che utilizza il logo IEC anziché il logo dell'organismo di certificazione che ha rilasciato la certificazione. IEC non è un ente di certificazione; è l'acronimo di International Electrotechnical Committee, un'organizzazione internazionale di standardizzazione.
Quando la verifica del tipo è combinata con ispezioni periodiche in fabbrica da parte di un ente di certificazione, ciò costituisce la base per i certificati emessi da tale ente di certificazione (recando quindi il loro marchio / logo).
Ciò può costituire, in una certa misura, un criterio standard per la "qualità di base". Tuttavia, il termine "qualità" è troppo generico e spesso utilizzato in modo improprio, se non altro in base alla conformità IEC.
Un altro aspetto sensibile della "qualità" è l '"affidabilità" del modulo, una delle principali preoccupazioni per gli appaltatori / investitori fotovoltaici.
L'affidabilità non è definita né coperta dagli standard IEC esistenti. La mancanza di standard di affidabilità è in parte dovuta al fatto che, ad oggi, non vi sono sufficienti dati statistici raccolti dai campi fotovoltaici (anche gli impianti fotovoltaici “più vecchi” devono ancora raggiungere la loro durata di 20/25 anni come da garanzia) .
Ma sia IEC 61215 che IEC 61646 affermano chiaramente che l'affidabilità non viene affrontata al loro interno, quindi la qualificazione del progetto a tali standard non implica l'affidabilità del modulo fotovoltaico. Pertanto, esperti di produttori, case di prova e organismi di standardizzazione si stanno riunendo nel tentativo di elaborare le basi per uno standard di affidabilità fotovoltaica. Una prima bozza è prevedibile, si spera in un prossimo futuro.
Anche la garanzia è un problema degno di nota. È prassi comune sul mercato vendere / acquistare moduli fotovoltaici coperti da una garanzia di 20 anni. La garanzia dovrebbe coprire un funzionamento sicuro (nessun rischio elettrico, termico, meccanico e di incendio) e un livello accettabile di prestazioni, vale a dire un limitato degrado della potenza erogata (la maggior parte dichiara una perdita di Pmax dell'1% all'anno).
Dopo aver chiarito il campo di applicazione generale e le limitazioni relative alla qualità della norma IEC 61215/61646, di seguito viene fornita una descrizione generale dei test, evidenziando quelli di grande importanza per il silicio cristallino (c-Si) e i moduli fotovoltaici a film sottile. Mentre IEC 61215 è stato progettato sulla base di solide conoscenze delle principali tecnologie esistenti di silicio cristallino, IEC 61646 si basava principalmente sulla tecnologia del silicio amorfo (a-Si). Pertanto, tecnologie relativamente nuove come CIGS, CdTe, ecc. Che presentano particolari comportamenti e sensibilità all'esposizione alla luce e agli effetti termici richiedono particolare attenzione e considerazioni durante i test.
Le differenze tra i due standard saranno evidenziate in corsivo.
Entrambi gli standard richiedono che i campioni per i test vengano prelevati a caso da un lotto di produzione in conformità con IEC 60410.
I moduli devono essere realizzati con materiali e componenti specifici e sottoposti ai processi di garanzia della qualità del produttore. Tutti i campioni devono essere completi in ogni dettaglio e forniti con le istruzioni di montaggio / installazione del produttore.
La Figura 1 descrive la natura dei test.
L'approccio generale di entrambi gli standard può essere sintetizzato in:
Definisci "principali difetti visivi.”
Definisci "pass / fail"Criteri.
Faretest inizialisu tutti i campioni.
Campioni di grupposottoporsisequenze di test.
Farepost test dopo test singoli, esequenze di test(IEC 61215).
Effettuare post test dopo singoli test, eimmersione della luce finale dopo le sequenze di prova(IEC 61646).
Cerca "principali difetti visivi" eseleziona "passa / fallisci"criteri.
Figura 1
Diversi campioni passano attraverso diverse sequenze di test in parallelo, come indicato nelle Figure 2 e 3.
Figura 2: sequenza dei test di qualificazione (IEC 61215)
Figura 3: sequenza di test (IEC 61646)
Cinque "principali difetti visivi" sono definiti in IEC 61215, mentre sei in IEC 61646(in corsivo sono le differenze in IEC 61646):
a) superfici esterne rotte, incrinate o strappate, compresi superstrati, substrati, telai e scatole di derivazione;
b) superfici esterne piegate o disallineate, compresi superstrati, substrati, telai e scatole di derivazione nella misura in cui l'installazione e / o il funzionamento del modulo sarebbero compromessi;
c) una crepa in una cella la cui propagazione potrebbe rimuovere più del 10% dell'area di quella cella dal circuito elettrico del modulo;
c) vuoti o corrosione visibile di uno qualsiasi degli strati di film sottile dei circuiti attivi del modulo, che si estende per oltre il 10% di qualsiasi cella; (IEC 61646)
d) bolle o delaminazioni che formano un percorso continuo tra qualsiasi parte del circuito elettrico e il bordo del modulo;
e) perdita di integrità meccanica, nella misura in cui l'installazione e / o il funzionamento del modulo sarebbero compromessi;
f) I contrassegni del modulo (etichetta) non sono più allegati o le informazioni non sono leggibili. (IEC 61646)
Insieme a 6 criteri operativi "pass / fail":
a) il degrado della massima potenza di uscita non supera il limite prescritto dopo ciascuna prova né l'8% dopo ciascuna sequenza di prova;
a) dopo l'ammollo finale leggero, la massima potenza di uscita in STC non è inferiore al 90% del valore minimo specificato dal produttore. (IEC 61646)
b) nessun campione ha mostrato alcun circuito aperto durante le prove;
c) non vi sono prove visive di gravi difetti;
d) i requisiti della prova di isolamento sono soddisfatti dopo le prove;
e) i requisiti del test della corrente di dispersione a umido sono soddisfatti all'inizio e alla fine di ciascuna sequenza e dopo il test del calore umido;
f) sono soddisfatti i requisiti specifici dei singoli test.
Se due o più campioni non superano nessuno di questi criteri di prova, la progettazione viene considerata non conforme. Se un campione non supera una prova, altri due devono sottoporsi all'intera sequenza di prova pertinente dall'inizio. Se anche uno o entrambi questi nuovi campioni falliscono, il progetto viene considerato non conforme ai requisiti di qualificazione. Se entrambi i campioni superano la sequenza di test, il progetto soddisfa i requisiti di qualificazione.
Nota:Alcuni guasti, anche se su un singolo campione, possono essere un indicatore di gravi problemi di progettazione che richiedono un'analisi dei guasti e una revisione del progetto per evitare ritorni dal campo (problema di affidabilità). In tali casi, il laboratorio dovrebbe interrompere la sequenza di test e invitare il produttore a eseguire un'analisi dettagliata dei guasti, identificare la causa principale e mettere in atto le necessarie azioni correttive prima di inviare i campioni modificati per il test.
La differenza nella voce a) tra IEC 61215 e IEC 61646 relativa al degrado della Pmax merita di essere commentata.
Nella norma IEC 61215, la degradazione della Pmax non deve superare il 5% della Pmax iniziale misurata all'inizio di ogni singola prova e non più dell'8% dopo ciascuna sequenza di prova.
In IEC 61646 ci sono due elementi cruciali:
1. Definizione di Pmax minima (derivata dalla Pmax ± t (%) marcata sull'etichetta di classificazione, dove t (%) indica la tolleranza di produzione).
2. Tutti i campioni devono essere sottoposti ad ammollo leggero e devono presentare una Pmax finale ≥ 0,9 x (Pmax - t (%)).
In altre parole, IEC 61646 abbandona il criterio di degradazione di Pmax dopo i singoli test (-5%) e le sequenze di test (-8%) utilizzati in IEC 61215, e si basa invece sul controllo del degrado di Pmax con riferimento alla potenza dopo tutti i test sono stati completati e i campioni sono stati impregnati di luce.
Un'altra differenza è che IEC 61215 richiede che tutti i campioni siano "precondizionati" esponendoli (a circuito aperto) a un totale di 5,5 kWh / m2.
La norma IEC 61646 non prevede alcuna prescrizione allo scopo di evitare gli effetti specifici che il precondizionamento può avere sulle diverse tecnologie a film sottile. Alcune tecnologie a film sottile sono più sensibili al degrado indotto dalla luce, mentre altre sono più sensibili agli effetti del calore oscuro. Pertanto, i test post iniziali sarebbero un approccio disomogeneo per valutare i cambiamenti attraverso le sequenze dei test. Invece, IEC 61646 richiede un assorbimento finale della luce su tutti i campioni dopo le sequenze ambientali e per il campione di controllo e la misurazione del Pmax finale per valutare se il degrado è accettabile con riferimento al valore minimo nominale di Pmax.
Di seguito una breve descrizione dei test.(Le differenze in IEC 61646 saranno indicate in corsivo.)
Ispezione visiva: in genere è un controllo diagnostico.
Lo scopo è di rilevare uno qualsiasi dei "principali difetti visivi" sopra definiti controllando il modulo in un'area ben illuminata (1000 lux).
Viene ripetuto più volte in tutte le sequenze di test ed è condotto più di qualsiasi altro test.
Potenza massima (Pmax): in genere è un parametro prestazionale.
Viene inoltre eseguito più volte prima e dopo i vari test ambientali. Può essere eseguito con un simulatore solare o all'aperto.
Sebbene lo standard dia la possibilità di eseguire il test per una gamma di temperature delle celle (da 25 ° C a 50 ° C) e livelli di irraggiamento (da 700 W / m2 a 1.100 W / m2), è pratica comune tra i laboratori fotovoltaici eseguirlo alle cosiddette condizioni di prova standard (STC). Per definizione, STC corrisponde a: 1000 W / m2, temperatura della cella di 25 ° C, con un irraggiamento spettrale solare di riferimento chiamato Air Mass 1.5 (AM1.5), come definito in IEC 60904-3.
La maggior parte dei laboratori utilizza test interni con simulatori solari con uno spettro il più vicino possibile all'AM1.5. Le caratteristiche e le deviazioni del simulatore solare rispetto allo standard AM1.5 possono essere classificate secondo IEC 60904-9. Molti fornitori di simulatori solari offrono sistemi classificati con il punteggio più alto possibile: AAA, dove la prima lettera indica la qualità dello spettro, la seconda lettera; l'uniformità dell'irradiazione nell'area di prova e la terza lettera; la stabilità temporale dell'irradiamento. La classificazione dei simulatori solari può essere trovata in IEC 60904-9: 2007.
Nota:Le autodichiarazioni da parte dei fornitori non costituiscono necessariamente una prova della tracciabilità delle misurazioni al
Scala mondiale del fotovoltaico.
Una misurazione Pmax corretta e tracciabile sulla scala mondiale PV è di fondamentale importanza. Non solo è uno dei criteri pass / fail, ma i valori misurati possono anche essere utilizzati dagli utenti finali come indicatore di prestazione per le valutazioni del rendimento energetico.
Entrambi gli standard stabiliscono numerosi requisiti di precisione per la misurazione di temperatura, tensione, corrente e irraggiamento.
È importante notare che la ripetibilità richiesta per la misurazione della potenza in IEC 61215 è un mero ± 1%.
Non vi è alcuna menzione di tale requisito nella norma IEC 61646, probabilmente a causa dei noti problemi di "instabilità" e "ripetibilità" delle diverse tecnologie a film sottile. Invece, IEC 61646 ha una raccomandazione generale:
"Dovrebbe essere fatto ogni sforzo per assicurare che le misurazioni della potenza di picco vengano eseguite in condizioni operative simili, ovvero minimizzare l'entità della correzione effettuando tutte le misurazioni della potenza di picco su un determinato modulo approssimativamente alla stessa temperatura e irradianza."
Un altro fattore importante che contribuisce all'accuratezza della misurazione della Pmax, specialmente per i film sottili, è la discrepanza spettrale tra le celle di riferimento utilizzate dal laboratorio e la tecnologia specifica sottoposta a test.
Resistenza di isolamento: è un test di sicurezza elettrica.
Lo scopo è determinare se un modulo ha un isolamento elettrico sufficiente tra le sue parti che trasportano corrente e il telaio (o il mondo esterno). Un tester di rigidità dielettrica viene utilizzato per applicare una sorgente di tensione CC fino a 1000 V più il doppio della tensione massima del sistema. Dopo la prova, non devono esserci rotture né tracciamenti della superficie. Per moduli con una superficie maggiore di 0,1 m2, la resistenza non deve essere inferiore a 40 MΩ per ogni metro quadrato.
Test corrente di dispersione a umido: è anche un test di sicurezza elettrica.
Lo scopo è valutare l'isolamento del modulo contro la penetrazione di umidità in condizioni di funzionamento umido (pioggia, nebbia, rugiada, neve sciolta), per evitare corrosione, guasto a terra e quindi pericolo di scossa elettrica.
Il modulo è immerso in un serbatoio poco profondo a una profondità che copre tutte le superfici tranne le entrate dei cavi delle scatole di giunzione non progettate per l'immersione (inferiore a IPX7). Una tensione di prova viene applicata tra i connettori di uscita in corto e la soluzione a bagno d'acqua fino alla massima tensione di sistema del modulo per 2 minuti.
La resistenza di isolamento non deve essere inferiore a 40 MΩ per ogni metro quadrato per moduli con un'area maggiore di 0,1 m2.
È fondamentale sapere che i connettori di accoppiamento devono essere immersi nella soluzione durante il test e ciò in cui un design del connettore difettoso può essere la causa di un risultato FAIL importante.
Nota:Il fallimento del test della corrente di dispersione a umido a causa di connettori difettosi non è un evento raro e, come tale, rappresenta sicuramente un vero pericolo per gli operatori sul campo. Non esiste uno standard IEC per i connettori FV, ma esiste uno standard europeo armonizzato (EN 50521). I connettori certificati secondo EN 50521 sono stati sottoposti a severi test, inclusi cicli termici (200) e calore umido (1000 ore), e possono essere utilizzati come criterio per la selezione dei fornitori. Tuttavia, il test con il modulo avrà l'ultima parola. Tenere d'occhio i connettori forniti con le scatole di derivazione è un compito delicato per i produttori di moduli fotovoltaici. Il cambio "semplice" dei fornitori di connettori con design diverso può rappresentare un rischio maggiore per il test della corrente di dispersione a umido.
Il test della corrente di dispersione a umido è classificato come uno dei guasti più ricorrenti durante la qualificazione del PV nei laboratori di prova. Quando l'errore non è dovuto a un problema del connettore (come menzionato sopra), molto probabilmente si verificherà dopo il test di calore umido e / o il test di congelamento dell'umidità per moduli che hanno problemi con i processi di laminazione e sigillatura dei bordi durante la produzione.
Coefficienti di temperatura: è un parametro prestazionale.
Lo scopo è determinare i coefficienti di temperatura della corrente di corto circuito Isc (α), tensione di circuito aperto Voc (β)
e massima potenza (Pmax) (δ) dalle misure del modulo. I coefficienti così determinati sono validi solo all'irradiazione con cui sono state eseguite le misurazioni (cioè a 1000 W / m2per la maggior parte dei laboratori che utilizzano il simulatore solare).
Per i moduli con linearità nota su un certo intervallo di irraggiamento secondo IEC 60891, i coefficienti calcolati possono essere considerati validi su quell'intervallo di irraggiamento.
IEC 61646 è più "cauto" e fa una nota aggiuntiva riguardo ai moduli a film sottile, i cui coefficienti di temperatura possono dipendere dall'irradiazione e dalla storia termica del modulo ... Ma da un punto di vista del test, la casella di test del coefficiente di temperatura è semplicemente posta sotto prima sequenza di test a sinistra (fig. 3). La "irradiazione e la storia termica" di quel campione consiste semplicemente nel "viaggio" necessario per arrivare al laboratorio, nelle condizioni ambientali in cui è stato immagazzinato, nei test iniziali e infine nel test di esposizione all'esterno (60 kWh / m2).
Per la misurazione con simulatori solari vengono utilizzati due metodi:
1. durante il riscaldamento del modulo o
2. raffreddamento del modulo;
su un intervallo di 30 ° C (ad esempio,25 ° C - 55 ° C) e ad intervalli di 5 ° C, il simulatore solare esegue una misurazione IV (Isc, Voc, Pmax non vengono riflessi, ma misurati durante la scansione IV) inclusi Isc, Voc e Pmax.
I valori di Isc, Voc e Pmax sono tracciati come funzioni di temperatura per ogni set di dati. I coefficienti α, β e δ sono calcolati dalle pendenze delle linee rette con adattamento dei minimi quadrati per la funzione a tre grafici
Dato un certo livello di irraggiamento, si deve notare che β (per Voc) e δ (per Pmax) sono i due più sensibili alle variazioni di temperatura. Entrambi hanno il segno “-“, che indica che Voc e Pmax diminuiscono con l'aumentare della temperatura, mentre α (per Isc) ha il segno “+”, sebbene un valore molto più piccolo di β e δ. Tutti e tre i coefficienti possono essere espressi come percentuali relative dividendo α, β e δ calcolati per i valori di Isc, Voc e Pmax a 25 ° C (1000 W / m2).
I coefficienti di temperatura sono parametri prestazionali spesso utilizzati dagli utenti finali per simulare le rese energetiche dei moduli nei climi caldi. Bisogna ricordare che sono validi a 1000 W / m2livello di irraggiamento utilizzato in laboratorio a meno che non sia stata dimostrata la linearità del modulo a diversi livelli di irraggiamento.
Temperatura nominale cella operativa (NOCT): è un parametro prestazionale.
NOCT è definito per un modulo montato su rack aperto nel seguente ambiente di riferimento standard:
angolo di inclinazione: 45 ° dall'orizzontale
irradianza totale: 800 W / m2
temperatura ambiente: 20 ° C
velocità del vento: 1 m / s
nessun carico elettrico: circuito aperto
NOCT può essere utilizzato dal progettista del sistema come guida alla temperatura alla quale un modulo opererà sul campo ed è quindi un parametro utile quando si confrontano le prestazioni dei diversi design dei moduli. comunque, il
la temperatura operativa effettiva dipende direttamente dalla struttura di montaggio, dall'irradiamento, dalla velocità del vento, dalla temperatura ambiente, dai riflessi e dalle emissioni dal suolo e dagli oggetti vicini, ecc.
Il cosiddetto "metodo primario" per determinare la NOCT è un metodo di misurazione esterno utilizzato da IEC 61215 e IEC 61646 ed è universalmente applicabile a tutti i moduli fotovoltaici. Nel caso di moduli non progettati per il montaggio in rack aperto, è possibile utilizzare il metodo principale per determinare la temperatura media di giunzione della cella solare di equilibrio, con il modulo montato come raccomandato dal produttore.
L'impostazione del test richiede la registrazione e la selezione dei dati per irraggiamento (pironametro), temperatura ambiente (sensori di temperatura), temperatura della cella (termocoppie fissate sul retro del modulo corrispondente alle due celle centrali), velocità del vento (sensore di velocità) e direzione del vento (sensore di direzione). Tutti questi quantitativi devono essere entro determinati intervalli per essere accettabili per il calcolo della NOCT.
Per il calcolo della NOCT finale viene utilizzata una serie minima di 10 punti di dati accettabili presi prima e dopo il "mezzogiorno solare".
Esposizione all'aperto: è un test di irraggiamento.
Lo scopo è una valutazione preliminare della capacità del modulo di resistere all'esposizione alle condizioni esterne. Tuttavia, comporta solo un'esposizione per un totale di 60 kWh / m2che è un periodo di tempo piuttosto breve per esprimere giudizi sulla durata del modulo.
D'altra parte, questo test può essere un utile indicatore di possibili problemi che potrebbero non essere rilevati dagli altri test di laboratorio.
La norma IEC 61215 richiede che il degrado della potenza massima (Pmax) non superi il 5% del valore iniziale.
La norma IEC 61646 richiede che la potenza massima (Pmax) non sia inferiore al contrassegno "Pmax - t%".
Con moduli c-Si precondizionati secondo IEC 61215 (5,5 kWh / m2) non mostrano criticità con questo test, alcune tecnologie a film sottile potrebbero presentare più problemi. Il motivo può essere spiegato con il fatto che in IEC 61646, la Pmax misurata dopo un'esposizione di 60 kWh / m2 deve essere superiore alla "Pmax - t% contrassegnata dal produttore. Questo campione si trova nella prima sequenza di test, in cui l'unica "storia" sono i test iniziali e l'esposizione esterna per un totale di 60 kWh / m2 in varie condizioni climatiche per 24 ore a seconda della posizione del laboratorio. Una solida conoscenza della tecnologia sotto test da parte del produttore in termini di degrado indotto dalla luce, sensibilità al calore, umidità ecc. È essenziale per determinare correttamente la Pmax nominale e superare il test.
Resistenza hot spot: è un test termico / diagnostico.
Lo scopo è determinare la capacità del modulo di resistere al riscaldamento localizzato causato da celle rotte, non corrispondenti, guasti di interconnessione, ombreggiamento parziale o sporco.
Il riscaldamento del punto caldo si verifica quando la corrente operativa del modulo supera la corrente di cortocircuito ridotta di una o più celle difettose (o ombreggiate). Ciò costringerà le celle in una condizione di polarizzazione inversa quando diventa un carico che dissipa il calore. I gravi fenomeni di hot spot possono essere tanto drammatici quanto le ustioni totali di tutti gli strati, le crepe o persino la rottura del vetro. È importante notare che anche in condizioni di punti caldi meno gravi, con l'intervento del diodo di bypass, viene esclusa una parte (nota anche come stringa) del modulo, causando una sensibile caduta di potenza del modulo.
L'approccio per simulare condizioni realistiche di hot-spot della relativa clausola 10.9 in IEC 61215 è costantemente oggetto di dibattito.
È ben accettato dai principali laboratori di prova che l'attuale versione del metodo hot-spot non rappresenta, né è in grado di rappresentare una reale situazione hot-spot. Un metodo hot-spot migliorato è stato redatto all'interno del TC82 della IEC e dovrebbe diventare normativo con il 3rdedizione di IEC 61215 nel 2010. Alcuni laboratori di prova hanno deciso di utilizzare già il metodo migliorato.
Ulteriori approfondimenti e dettagli saranno forniti in un prossimo articolo.
Sebbene le statistiche sulla percentuale di guasti in diversi laboratori possano essere diverse, l'hot-spot sembra essere ancora tra i 5 guasti più frequenti sia per i moduli c-Si sia per i moduli a film sottile.
Diodo di bypass: è un test termico.
Il diodo di bypass è un aspetto molto importante nella progettazione del modulo. È un componente critico che determina il comportamento termico del modulo in condizioni di hot spot e quindi influisce direttamente anche sull'affidabilità sul campo.
Il metodo di prova richiede il collegamento di una termocoppia al corpo del diodo / i, il riscaldamento del modulo fino a 75 ° C ± 5 ° C e l'applicazione di una corrente pari alla corrente di corto circuito Isc misurata a STC per 1 ora.
Viene misurata la temperatura di ciascun corpo del diodo di bypass (Tcase) e viene calcolata la temperatura di giunzione (Tj)
usando una formula usando le specifiche fornite dal produttore del diodo (RTHjc=costante fornita dal produttore del diodo relativa a Tj a Tcase, in genere un parametro di progettazione, e UD=tensione del diodo, ID=corrente del diodo).
Quindi la corrente viene aumentata a 1,25 volte la corrente di cortocircuito del modulo Isc misurata a STC per un'altra ora mantenendo la temperatura del modulo alla stessa temperatura.
Il diodo deve essere ancora operativo.
I guasti ai test dei diodi di bypass si verificano ancora con una certa frequenza causata da una sovrascrittura da parte del produttore del diodo o da una configurazione elettrica errata rispetto all'ISC del modulo da parte del produttore del modulo.
Nella maggior parte dei casi, i diodi di bypass vengono forniti come componenti incorporati nella scatola di giunzione dell'intero sottogruppo (connettore + cavo + della scatola di giunzione). Pertanto, è di fondamentale importanza assicurarsi che questo piccolo componente sia attentamente controllato durante i controlli delle merci in entrata dal produttore del modulo.
Precondizionamento UV: è un test di irraggiamento.
Lo scopo è quello di identificare i materiali sensibili alla degradazione ultravioletta (UV) prima di eseguire i test del ciclo termico e del congelamento dell'umidità.
La norma IEC 61215 richiede di sottoporre il modulo a un irraggiamento UV totale di 15 kWh / m2nelle regioni (UVA + UVB)
(280 nm - 400 nm), con almeno 5 kWh / m2, ovvero il 33% nella regione UVB (280 nm - 320 nm), mantenendo il modulo a 60 ° C ± 5 ° C.
(IEC 61646 richiede una porzione UVB dal 3% al 10% dell'irradiazione UV totale). Questo requisito è stato ora armonizzato anche per IEC 61215 da un foglio di decisione CTL n. 733 nell'ambito dello schema IECEE CB.
Un aspetto critico della configurazione delle camere UV è la presenza di sensori UVA e UVB calibrati che garantiscono la tracciabilità anche a temperature di esercizio di 60 ° C ± 5 ° C pur continuando a funzionare correttamente durante i lunghi tempi di esposizione nelle camere UV calde.
Il bassissimo tasso di fallimento del test di esposizione ai raggi UV nei laboratori fotovoltaici può essere spiegato con la quantità relativamente bassa di irradiazione UV rispetto alle esposizioni reali durante la vita del modulo.
Ciclo termico TC200 (200 cicli): è un test ambientale.
Questo test ha lo scopo di simulare le sollecitazioni termiche sui materiali a seguito di variazioni di temperature estreme. Più frequentemente, le connessioni saldate vengono messe in discussione all'interno del laminato a causa dei diversi coefficienti di dilatazione termica dei vari materiali incapsulati. Ciò può causare guasti per gravi difetti, degradazione della Pmax, interruzione dei circuiti elettrici o test di isolamento.
La norma IEC 61215 richiede l'iniezione di una corrente entro ± 2% della corrente misurata alla potenza di picco (Imp) quando la temperatura del modulo è superiore a 25 ° C.
Non esiste alcuna iniezione di corrente per IEC 61646, tuttavia è necessario monitorare la continuità del circuito elettrico (sarebbe sufficiente un piccolo carico resistivo).
Il modulo è soggetto ai limiti di temperatura di ciclo di –40 ° C ± 2 ° C e +85 ° C ± 2 ° C con il profilo in Figura 4.
Le percentuali di guasto per TC200 possono raggiungere il 30-40%. Se in combinazione con Damp Heat, in alcuni laboratori, entrambi possono rappresentare oltre il 70% dei guasti totali per i moduli c-Si.
Il tasso di fallimento del TC200 è inferiore per i film sottili, ma merita comunque l'attenzione dei produttori.
Congelamento dell'umidità: è un test ambientale.
Lo scopo è determinare la capacità del modulo di resistere agli effetti delle alte temperature combinate con l'umidità seguita da temperature estremamente basse.
Il modulo è sottoposto a 10 cicli completi secondo il profilo armonizzato nella Figura 5 (IEC 61646).
Il requisito di umidità relativa RH=85% ± 5% si applica solo a 85 ° C.
Dopo questo test, il modulo può riposare tra 2 e 4 ore prima che l'ispezione visiva, la massima potenza di uscita e la resistenza di isolamento siano misurate.
I tassi di fallimento di questo test rimangono nell'intervallo 10-20%.
Robustezza delle terminazioni: è un test meccanico.
Per determinare la robustezza delle terminazioni del modulo, che possono essere fili, conduttori volanti, viti o, come nella maggior parte dei casi, connettori fotovoltaici (tipo C). Le terminazioni sono sottoposte a uno stress test che simula il normale assemblaggio e movimentazione attraverso vari cicli e livelli di resistenza alla trazione e prove di flessione e coppia, come indicato in un altro standard, IEC 60068-2-21.
Calore umido DH1000 (1000 ore): è un test ambientale.
Lo scopo è determinare la capacità del modulo di resistere all'esposizione a lungo termine alla penetrazione di umidità applicando 85 ° C ± 2 ° C con un'umidità relativa dell'85% ± 5% per 1000 ore.
DH1000 è il più "maligno" e in cima alla lista dei tassi di fallimento in alcuni laboratori che rappresentano fino al 40-50% dei guasti totali per i moduli c-Si. Percentuali di guasti simili possono essere osservate per DH1000 anche con film sottile.
La severità di questo test sfida in particolare il processo di laminazione e la sigillatura dei bordi dall'umidità. Importanti delaminazioni e corrosione delle parti cellulari possono essere osservate a causa della penetrazione dell'umidità. Anche in assenza di difetti rilevanti rilevati dopo DH1000, il modulo è stato sollecitato al punto da diventare "fragile" per il successivo test di carico meccanico.
Test di carico meccanico
Questo test di caricamento ha lo scopo di studiare la capacità del modulo di resistere a carichi di vento, neve, elettricità statica o ghiaccio.
Il carico meccanico viene dopo il calore umido e viene quindi eseguito su un campione che ha subito un grave stress ambientale.
L'aspetto più critico di questo test è legato al montaggio del modulo secondo le istruzioni di montaggio del produttore, ovvero utilizzando i punti di fissaggio previsti del modulo sulla struttura di montaggio con l'inter-distanza prevista tra questi punti e utilizzando gli accessori di montaggio appropriati , se presente (dado, bulloni, morsetti, ecc.).
Alcuni casi di moduli a film sottile su ampia superficie e frameless sono di fondamentale importanza rispetto alle condizioni di cui sopra.
Se non si presta attenzione al corretto montaggio, resta da chiedersi se il guasto sia stato causato a causa di problemi strutturali o a causa di una tecnica di montaggio inadeguata.
Un altro aspetto da considerare è l'uniformità del carico applicato sulla superficie del modulo. Gli standard richiedono che il carico sia applicato "in modo graduale e uniforme" senza specificare come verificare l'uniformità.
Si applicano 2.400 Pa (che equivale a una pressione del vento di 130 km / ora) per 1 ora su ciascuna faccia del modulo.
Se il modulo deve essere qualificato per resistere a forti accumuli di neve e ghiaccio, il carico applicato alla parte anteriore del modulo durante l'ultimo ciclo di questo test viene aumentato da 2.400 Pa a 5.400 Pa.
Alla fine non devono esserci difetti visivi importanti, nessun circuito aperto intermittente rilevato durante la prova. Anche Pmax (solo per IEC 61215) e resistenza di isolamento vengono controllati dopo questo test.
Impatto della grandine: è un test meccanico.
Verificare che il modulo sia in grado di resistere all'impatto di grandine che si trovano ad una temperatura di ~ –4 ° C. L'apparecchiatura di prova è un lanciatore unico in grado di spingere vari pesi di sfere di ghiaccio alle velocità specificate in modo da colpire il modulo in 11 punti di impatto specificati + / - variazione della distanza di 10 mm. (Tabella 1)
Il tempo che intercorre tra la rimozione della sfera di ghiaccio dal contenitore di conservazione frigorifera e l'impatto sul modulo non deve superare i 60 s.
È pratica comune usare palline di ghiaccio da 25 mm / 7,53 g.
Ancora una volta, dopo il test si dovrebbe verificare se ci sono difetti importanti causati dai chicchi di grandine e anche la Pmax (solo per IEC 61215) e la resistenza di isolamento sono controllate.
Le statistiche di laboratorio mostrano tassi di fallimento molto bassi per questo test.
Ammollo leggero: irradianza(applicabile solo a IEC 61646 a film sottile)
Questo è un passaggio critico per il verdetto finale di superamento / fallimento dei moduli a film sottile. Lo scopo è di stabilizzare le caratteristiche elettriche dei moduli a film sottile mediante una prolungata esposizione all'irradiazione dopo aver completato tutti i test prima di verificare Pmax rispetto al valore minimo indicato dal produttore.
Il test può essere eseguito alla luce solare naturale o al simulatore solare a regime stazionario.
I moduli, in una condizione di carico resistivo, sono posti in un irraggiamento tra 600 - 1000 W / m2 in un intervallo di temperatura di 50 ° C ± 10 ° C fino a quando si verifica la stabilizzazione, ovvero quando le misurazioni di Pmax da due periodi consecutivi di esposizione di almeno 43 kWh / m2ciascuno ha soddisfatto la condizione (Pmax - Pmin) / P (media)<>
Infine, una nota relativa alle Linee guida per i test di collaudo IECEE. È interessante notare che non è ben definito ciò che può essere considerato come un "cambiamento nella tecnologia cellulare" per il film sottile, lasciando così una grande area grigia di diverse interpretazioni e approcci nei casi in cui si potrebbe affermare un "miglioramento della tecnologia e dell'efficienza", "stabilizzazione miglioramento "o" aumento della potenza ". Sono questi casi di "cambiamento nella tecnologia cellulare" e, se sì, in che misura e quali test devono essere ripetuti? Come viene letto oggi, le Linee guida Retest lasciano il percorso all'estensione delle precedenti certificazioni salendo al potere (GG gt; 10%) semplicemente ripetendo il test hot-spot.
La nota 2 delle linee guida Retest cita "... Il test finale di ammollo della luce 10.19 è obbligatorio per tutti i campioni di prova", ma in pratica viene spesso ignorato dai laboratori di prova con il risultato di estendere la potenza sensibilmente aumentata senza mettere sotto test l'aspetto principale di thin -film technology: stabilizzazione della potenza.
In sintesi, i test descritti in questo articolo sono stati determinati dalla IEC come requisiti minimi per i test delle prestazioni, ma come indicato all'inizio, è necessario rispettare anche i requisiti di progettazione e test di sicurezza in
IEC 61730-1 e IEC 61730-2. Poiché i produttori si sforzano di essere più competitivi sul mercato, la maggior parte sta lavorando con un ente di certificazione per dimostrare che il loro modulo ha subito un programma di test imparziale e imparziale. Se si verificano cambiamenti durante la riprogettazione o i loro processi di produzione, gli organismi di certificazione utilizzano le linee guida per il test del sistema CB IECEE "armonizzate" per determinare quali test ripetere prima di estendere le certificazioni precedenti. Per quanto riguarda l'affidabilità, alcuni stanno spingendo fino a un'estensione dei programmi combinati di test di affidabilità interna ed esterna di oltre un anno.
Regan Arndt è manager e certificatore tecnico nordamericano per il team fotovoltaico TÜV SÜD con sede a Fremont, in California. Si è laureato in ingegneria elettronica presso il Southern Alberta Institute of Technology (SAIT) a Calgary, Alberta, in Canada e ha oltre 15 anni di esperienza in test e certificazione nei settori del fotovoltaico, delle apparecchiature informatiche, delle telecomunicazioni e delle apparecchiature elettriche per la misurazione, il controllo e uso di laboratorio. Regan ha ottenuto una formazione formale per la progettazione e il collaudo fotovoltaici presso il Dipartimento delle energie rinnovabili dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino. Può essere raggiunto a rarndt @ tuvam.com.
Dr. Ing. Robert Puto è il direttore globale di Photovoltacs presso TUV SUD. Ha conseguito un dottorato in ingegneria elettronica presso il Politecnico di Torino (Politecnico di Torino), Italia e un master in International Business Management presso CEIBS - Shanghai, Cina. Ha 15 anni di esperienza nei test e nella certificazione di una varietà di prodotti elettrici, incluso il fotovoltaico. Ricopre anche il ruolo di Senior Product Specialist PV all'interno del gruppo TÜV SÜD, ha lo stato di Certificatore Tecnico per PV ed è revisore autorizzato per le valutazioni di laboratorio ISO IEC 17025.