IEC61215测试项目及失效案例介绍课件.ppt
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1、IEC 61215 测试项目及失效案例介绍测试项目及失效案例介绍结合结合IEC 61730和和UL 1703 可靠性实验室可靠性实验室 汤海波汤海波 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IEC 61215(性能),IEC 61730(安全)和UL 1703(安全)为主。如VDE和TUV 莱茵是以IEC 61215和IEC 61730为主,侧重于产品性能方面测试;UL美华则是UL 1703为主,侧重于产品安全方面测试。IEC 61215测试流程图4IEC
2、61215测试流程图-VDE58 ModulesPreconditioning10.1Visual Inspection10.2Maximum Power determination10.3Insulation test10.15Wet leakage current testABC1C2D1D2E1E210.4 Measurement of temperature coefficients,and 10.10UV-test10.11Thermal cycling test 200 cycles-40c to+85C10.13Damp heat test 1000h 85C 85%RH10.5
3、NOCT10.11Thermal cycling test 50 cycles-40c to+85C10.16Mechanical load test10.17Hail test10.6Performance at NOCT10.12Humidity-freeze test 10 cycles-40C to+85CC 110.7 Performance at low irradiance10.14Robustness of terminations test10.8 Outdoor exposure 60kWh/m10.18 Bypass-diode test10.9Hot-spot endu
4、rance test10.15Wet leakage current testIEC 61215&IEC 61730测试序列表-VDE6IEC 61215&IEC 61730测试流程图-TUV(莱茵)7UL 1703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。IEC 61215测试项目及常见失效-预处理9IEC 61215 2nd edition中要求所有测试组件必须在开路状态下经过5kWhm-2到5.5 kWhm-2暴晒。IEC 61215 3rd edition中要求所有测试组件必须在开路状态下经过5 kWh/m2-20 kWh/m2暴晒直至功率稳定。IE
5、C 61215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
6、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:IEC 61215 3rd 中电池破碎、开裂未定义为严重外观缺陷。IEC 61215测试项目及常见失效-10.1 外观检查11常见失效:IEC 61215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IEC 61215测试项目及常见失效-10.1 外观检查13 toyo背板与First F406 EVA兼容性测试IEC 61215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IEC 60904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
7、度:700W/m2-1100 W/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。IEC 61215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75RH;耐压测试:1000V加上两倍的系统最大电压;速率:500Vs-1。如果系统
8、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:500Vs-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40Mm2。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75RH;耐压测试:1000V加上两倍的系统最大电压;速率:500Vs-1。如果系统的最大电压不超过30V
9、,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。IEC 61215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,E1000W/2,要求测试温度范围至少30 以上,一般为2060。将测试数据使用最小二乘法拟合。y=0.0035x+6.6829R2=0.968766.577.58404550556065电流电流(A)温度温度()Isc短路电流温度系数短路电流温度系数短路电
10、流温度系数短路电流温度系数 Short circuit current Short circuit current temperature coefficient temperature coefficient 3.5 mA/0.051IEC 61215测试项目及常见失效-10.4 温度系数的测量18 y=-0.1192x+39.774R2=0.99893232.53333.53434.535404550556065电压电压(V)温度温度()Voc开路电压温度系数开路电压温度系数开路电压温度系数开路电压温度系数 Open circuit voltage Open circuit voltage
11、 temperature coefficient temperature coefficient -0.11921 V/-0.34IEC 61215测试项目及常见失效-10.4 温度系数的测量19 y=-0.7772x+209.52R2=0.9984160165170175180404550556065功率功率(W)温度温度()Pmax最大功率温度系数最大功率温度系数最大功率温度系数最大功率温度系数 Maximum power temperature coefficient -0.77723 W/-0.44注:IEC 61215 3rd edition中要求监控组件4个点温度,确定组件温度均匀
12、一致。IEC 61215测试项目及常见失效-10.5 NOCT的测量20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400Wm-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1 ms-10.75 ms-1范围以外;环境温度在2015范围以外,或变化超过5;在风速超过4ms-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。测试方法:辐照度:800Wm-2风速:1 ms-10.75 ms-1;环境温度设定:20;采集平均电池结温
13、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1ms-1时的值。IEC 61215测试项目及常见失效-10.5 NOCT的测量21标称工作温度校正因子平均环境温度Tamb()IEC 61215测试项目及常见失效-10.5 NOCT的测量22倾角倾角:与水平面夹角与水平面夹角45o总辐照度总辐照度:800W.m-2环境温度环境温度:20风速风速:1m.s-1电负荷电负荷:零零(开路开路)室外测试系统:IEC 61215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
14、下(NOCT)的性能23在标准测试条件(1000 Wm-2,25电池温度,GB/T 6495.3的标准太阳光谱辐照度分布)和标称工作温度和辐照度为800 Wm-2,且满足GB/T 6495.3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。IEC 61215测试项目及常见失效-10.7 低辐照度下的性能24依据GB/T 6495.1的规定,在25和辐照度
15、为200 Wm-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。IEC 61215测试项目及常见失效-10.7 低辐照度下的性能25 IEC 61215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60kWhm-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
16、。一般可以在稳态光源(成本较高)或者室外进行。IEC 61215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60kWhm-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IEC 61215:2005 10.8室外曝晒试验。IEC 61215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。IEC 61215
17、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。IEC 61215测试项目及常见失效-10.9 热斑耐久试验30测试方法综合IEC 61215 2nd and 3rd edition:(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
18、.650.612.510.660.6841.120.610.630.60.670.6751.250.60.620.630.680.6760.650.630.630.630.680.770.650.620.620.630.670.6681.180.610.620.650.690.6991.040.590.630.650.740.66100.630.620.620.670.660.67IEC 61215测试项目及常见失效-10.9 热斑耐久试验IEC 61215测试项目及常见失效-10.9 热斑耐久试验32(2):确定遮挡面积:逐步减小遮挡面积使曲线I100=Imp(无遮挡)。如图所示:图中I10
19、0与Imp相等,此时遮挡面积为27.17%。IEC 61215测试项目及常见失效-10.9 热斑耐久试验33(3):将组件短路,在稳态模拟器下进行暴晒:数据采集器采集间隔为10s,根据IEC 61215 3rd edition 测试时间为1h。温度设定 30 稳定处理时间 1h光强 999W/箱体温度 35.0风速 2.7m/s 组件温度 56.7 热斑电池片温度 88.6 热斑部位温度 67.5 IEC 61215测试项目及常见失效-10.9 热斑耐久试验34测温曲线:UL 1703-39 热斑耐久试验351 电池片选择:随机选取10片电池片,根据其反向I-V特性确定其电池片型号:A(电压限
20、制型)和B(电流限制型)。从中选取3片:最大分流电阻,最小分流电阻,中间值分流电阻。2 通电处理:保持组件温度:NOCT2,环境温度为205A型号:VmpN,N为每个二极管并联的电池片数目,B型号:STC条件下组件的Isc。通电1h后使得测试的电池的温度降至环境温度的10之内,持续100h。当电池在外加电压条件下时,测试过程中每隔24小时用肉眼检查测试的电池和相邻封装系统的区域。3 试验的结论:检查模块中明显的熔融的焊料,包装的开口,分层,底层被灼烧的点。IEC 61215测试项目及常见失效-10.10 紫外预处理试验36目的:进行紫外(UV)辐照预处理以确定相关材料及粘连连接的紫外衰减。该试
21、验主要考察组件封装材料如背板,EVA的抗紫外性能。IEC 61215 2nd edition IEC 61215 3rd edition组件温度 605累计辐照量 15kWhm-2 辐照均匀度 15辐照稳定度 15波段 280nm-380nm 280nm-400nmUVB含量(280320nm)5kWhm-2 总辐照量3 to 10%对封装材料的影响:造成背板材料发黄,变脆甚至分层,EVA、硅胶黄变,边框镀层降解等。IEC 61215测试项目及常见失效-10.10 紫外预处理试验37常见失效:IEC 61215测试项目及常见失效-10.11 热循环试验38目的:确定组件承受由于温度重复变化而引
22、起的热失配、疲劳和其它应力的能力。IEC 61215 UL 170335差异:通电 最大功率点反向电流 监控内部电路连续性,箱体温度-40-90 组件温度25-85 2 同时监控组件绝缘性能和接地性能升降温速率 最大100 最大120保持时间 最短10min 最短30min注意:IEC 61215中由于不同规格组件热容量不一样,所以要使组件温度达到上述要求,环境箱曲线需特别设置。IEC 61215测试项目及常见失效-10.11 热循环试验39常见失效如下:类似失效:免层压 组件,DRI组件。IEC 61215测试项目及常见失效-10.11 热循环试验40功率损失:注:在至少1h的恢复时间后,重
23、复10.1,10.2和10.3的试验。样品条码-Voc(V)Vmp(V)Isc(A)Imp(A)Pmp(W)Rs()FF(%)衰减071811068460044909试验前33.1726.778.477.94212.510.4375.681.98%试验后33.1626.748.397.79208.310.4774.88071811068460034909试验前33.2027.028.487.89213.040.4375.672.43%试验后33.1526.758.407.77207.870.4774.6958010906150013200试验前44.0735.985.144.74170.50.
24、9375.2631.13%试验后44.2528.445.164.13117.422.8551.41IEC 61215测试项目及常见失效-10.11 热循环试验41组件温度:连续性监测系统IEC 61215测试项目及常见失效-10.12 湿-冻试验42目的:确定组件承受高温、高湿之后以及随后的零下温度影响的能力。IEC 61215 UL 1703测试中要求对组件通以一定的反向电流。差异:升降温速率 最大100和200 最大120和200湿度控制 25-85 85 注意:IEC 61215中曲线规定的是组件的温度,由于不同规格组件热容量不一样,所以要使组件温度达到上述要求,环境箱曲线需特别设置。不
25、过,由于通电电流较小,所以对组件温度影响不是很明显。IEC 61215测试项目及常见失效-10.12 湿-冻试验43实际曲线:IEC 61215测试项目及常见失效-10.12 湿-冻试验44常见失效:IEC 61215测试项目及常见失效-10.12 湿-冻试验45绝缘性能:湿漏电流测试注:在2h到4h的恢复时间后,重复10.3的试验,再重复10.1和10.2的试验。样品编号面积()绝缘电阻(M)(Voltage:1000 V)电阻*面积(M)结果31002260006测试前0.69460.70317.38合格测试后0.694.463.07失败IEC 61215测试项目及常见失效-10.13 湿
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