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IEC61730太阳能电池系统安全鉴定-结构与测试要求

作者:江志宏

说明:

IEC61730的这太阳能电池规范描述了太阳能电池基本的结构要求,从而保证太阳能电池在其使用期内,在电工和机械方面工作时的安全性。标准中有明确的主题来评定由于机械和环境的作用而导致的电击、火灾、人身伤害的阻止措施。IEC61730-1的这一部分适用于结构的特殊要求。IEC61730-2概述了实验的要求。 这一标准试图给各种应用种类的太阳能电池规定一个基本的要求,但它不可能包含所有国家或地域性的构造规则。这一标准不含有海上和交通工具上应用的太阳能电池要求。这一标准不适用于交流太阳能电池。 这一标准的构思要使得它的测试顺序与IEC61215或者IEC61646的测试顺序相同,从而使得一组样品可以同时用来评估太阳能电池设计的安全性和性能。 这一规范是保证(在IEC61730-2测试下已经安全的)太阳能电池基础结构的一个基本指导。这些要求用以减小误用或者错误使用元件,或者使得内部构件的损坏(从而可能导致火灾、电击、人身伤害..等相关安全危害)。这一规范说明了安全结构的基本要求并且有那些与太阳能电池最终使用的相关实验。

IEC61730-1
说明:本标准适用于太阳光电(PV)模组之基本构造要求,以便在预期之寿命中提供安全电气与机械操作。评估由机械与环境应力所产生之电击、失火与个人伤害之预防。尝试定义太阳光电模组各种应用等级之基本要求,但并不包含所有国家或地区之建筑法规,不涵盖船舶与汽车应用之特定要求。本标准不适用于具有整合之交流变流器之模组(交流模组)。本标准所述之测试顺序可能无法测试PV 模组在所有可能应用上之所有可能安全事项。本标准已使用现有之最佳测试顺序。有一些问题,如在高压系统内由于破损模组所产生电击之潜在危险,应在系统设计、位置、接近之限制与维护程序上加以注意。测试之种类包括: 一般检查、电击危险、火灾危险、机械应力与环境应力。

IEC61730-2
说明:IEC 61730-2的部分规定了太阳能电池的试验要求,尽可能详细说明太阳能电池在不同应用等级的基本要求,以使其在预期使用期限内提供安全的电气和机械运转要求,并且针对由机械或外界环境影响所造成的电击、火灾和人身伤害的保护措施进行评估。IEC 61730-1所提供的是结构要求,而IEC 61730-2的部分则是说明试验要求。

IEC61730不适用的太阳能电池类型:海上用太阳能电池、交通工具太阳能电池、交流型太阳能电池
IEC61730-2 试验类型(共六类):欲处理试验、基本检查、电压危害试验、火灾试验、机械压力试验、结构试验
欲处理试验:热迴圈、湿冷冻试验、湿热试验、紫外线试验
基本检查:外观检查

电压危害试验:接近性测试、剪切试验、接地连续性试验、脉冲电压试验、绝缘耐压试验、
湿漏电流试验、引出端强度试验
说明:这个试验的目的是使操作人员免于由于接触元件由于设计、结构或环境操作引起的错误而带电的部分引起的电击和人身伤害。
备注:电压危害试验的通过与失败标准不同于IEC 61215和IEC 61646

火灾试验:温度试验、热斑试验、防火试验、旁路二极体热试验、反向过电流试验
说明:这个试验用于评估元件由于操作或结构引起的潜在的火灾危险

机械压力试验:组件破损量试验、机械负荷测试
说明:这个试验目的是使机械故障引起元件伤害降到最低

结构试验:局部放电试验、导线管弯曲试验、接线盒敲打试验

太阳能电池应用等级介绍:
A级:公众可接近的、危险电压、危险功率条件下应用

通过本等级鉴定的太阳能电池是属于民众可能接触的,是大于直流50V 或240W以上的系统。通过IEC 61730—1 和应用等级A评估满足安全等级Ⅱ要求的太阳能电池。

B级:限制靠近、具有危险电压、危险功率条件下应用
通过本等级鉴定的太阳能电池可用于以围栏、特定区划或其他措施限制民众接近的系统。通过本应用等级鉴定的太阳能电池只提供了基本的绝缘保护,满足安全等级0的要求。

C 级:限定电压、限定功率条件下应用
通过本等级鉴定的太阳能电池只能用于公众有可能接触的、低于直流50V 和240W的系统。通过IEC 61730—1 和本部分等级鉴定的元件满足安全等级Ⅲ的要求。
注:安全等级在IEC 61140中规定。

IEC61730试验标准顺序
说明:介绍IEC61730在每一个模组安全测试以及模组性能测试当中,不同试验的先后顺序以及试验流程。

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应用等级以及其必需的试验条件对照表:Responsive image

IEC61730-2试验条件目的说明:

预处理试验:(Preconditioning tests)
IEC61730-2-MST51 热迴圈(Thermal cycling test)
目的:确认太阳能电池模组对于温度之重複变化所产生之热不均匀性并且、疲劳及其他应力之抵抗能力。
试验条件:-40 ±2℃←→85 ±2℃,cycle:50、200cycles(依据IEC61215与IEC 61646)

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IEC61730-2-MST52湿冷冻试验(Humidity freeze test)

目的:本试验目的是评估太阳能电池在高温和高湿下随后转换到零下低温的抵抗能力,但是这个试验并不是冷热冲击试验(thermal shock test)。
试验条件:85℃/85±5%(20h)←→-40℃(0.5~4h),clcle:10cycles(依据IEC61215与IEC 61646)

IEC61730-2-MST53 湿热试验(Damp Heat Test)
目的:测量太阳能电池抵抗湿气长期渗透之影响能力
试验条件:85±2℃/85±5%/1000h(依据IEC61215与IEC 61646)

IEC61730-2-MST54 紫外线试验(UV-resistance test)
目的:用紫外线(uv)来照射太阳能模组,以确认可能会产之生UV材料劣化。

基本检查:(General inspection test)
IEC61730-2-MST01 外观检查(Visual inspection)
目的:检查组件有何外观缺陷

电击危害试验:(Electrical shock hazard tests)
IEC61730-2-MST11 接近性测试(Accessibility test)
目的:确定非绝缘电路是否会对操作人员会产生电击危险。

IEC61730-2-MST12 剪切试验(Cut susceptibility test)
目的:测定由聚合材料製作的元件的前后表面是否能经受安装和运行期间的例行操作,并且操作人员没有触电的危险。

IEC61730-2-MST13 接地连续性试验(Ground continuity test)
目的:证明在元件的暴露传导表面之间有传导通道,这样在一个太阳能电池系统中,暴露的传导表面可以完全的接地。只有元件有暴露的传导部分(如金属边框或金属性质的接线盒)时才要求这个测试。

IEC61730-2-MST14 脉冲电压试验(Impulse voltage test)
目的:检验元件固体绝缘抵抗大气源过电压的能力。它还涉及到高低压转变。
注:如果太阳能电池是带框出售的,脉冲电压测试中要使用带框元件。

IEC61730-2-MST16 绝缘耐压试验(Dielectric withstand test)
目的:测定元件电流体和边框(外界)的绝缘性能是否足够的好。

IEC61730-2-MST17 湿漏电流试验(Wet leakage current test)

目的:评估太阳能模组在湿操作条件下之绝缘性,且验证由雨、雾、露水或融化之雪水所产生的湿气,不会进入模组电路的带电部分(active parts),否则可能会造成腐蚀、接地失效或安全上的危险。

IEC61730-2-MST42 引线端子强度试验(Robustness of terminations test)

目的:确认引线端与引线端至太阳能电池模组本体支架上的附着是否能承受正常安装及操作过程中所受的力。

火灾试验:(Fire hazard tests)
IEC61730-2-MST21 温度试验(Temperature test)
目的:当装备在电源开路中应用的太阳能电池达到热平衡,反向电压及短路电流造成局部区域的加热在任何部位都不能所规定的温度。

IEC61730-2-MST22 热斑试验(Hot-spot test)
目的:试验目的是为了确定太阳能电池磨组成受热班加热效应之能力,例如:銲点融化、封装材料老化、电池裂纹、电池不匹配、内部连结失效,因为局部被遮光或是表面有污染物均会引起这样的缺陷。

IEC61730-2-MST23 防火试验(Fire test)
目的:这个要求建立了作为屋顶材料或者安装在已有屋顶上面的太阳能电池组件的耐火基本原则。这些元件可能暴露于大火的条件下,因此需要指出当火源来在它们所安装建筑物的外部时组件的耐火特性。元件在测试后不要求进行操作。

IEC61730-2-MST26 反向过电流试验(Reverse current overload test)
目的:元件包含电气传导材料,包裹于绝缘系统。在反向电流的条件下,在起用过电流保护装置中断电路之前,元件的接头和电池以热发散的方式释放能量。这个测试是为了确定元件在此条件下点火或燃烧的危险指数。

机械应力试验:(Mechanical stress tests)
IEC61730-2-MST32 组件破损量试验(Module breakage test)
目的:这个测试的目的是切割或打孔的伤害减小到最少

IEC61730-2-MST34 机械负荷测试(Mechanical load test)
目的:本测试目的就是评估太阳能电池模组在抵抗风、雪、冰或静态负荷下之承受能力

结构试验:(Component tests)
IEC61730-2-MST15 局部放电试验(Partial discharge test)
目的:用在元件上层或基层的聚合物材料,如果不满足IEC 的绝缘要求,那麽必须满足局部放电测试。任何用在元件上层或基层的聚合物材料都要满足局部放电测试。

IEC61730-2-MST33 导线管弯曲试验(Conduit bending test)
目的:用于元件接线盒配线系统的导线管,应确保能承受住在元件安装期间和安装后对导线管所施加的压力。

IEC61730-2-MST44 接线盒敲打试验(Terminal box knock out test)
目的:可移动的孔填充在元件终端外壁应保持在应力条件下,并能与现场应用永久佈线系统轻易分开。

IEC61730-2与UL1703试验项目比较:

说明:比较IEC61730与UL1703在太阳能电池的可靠度试验以及太阳能电池安全试验项目的差异性比较。

太阳能电池试验规范 IEC61730-2 UL1703
总试验项目: 21项 23项
预处理试验:    
热迴圈(Thermal cycling test)
湿冷冻试验(Humidity freeze test)
湿热试验(Damp Heat Test)  
紫外线试验(UV-resistance test)  
加速老化测试(Accelerated aging test)  
基本检查:    
外观检查(Visual inspection)  
电压电流量测测试(Voltage and current measurements test)  
金属涂层厚度试验(Metallic coating thickness test)  
电击危害试验:    
接近性测试(Accessibility test)  
剪切试验(Cut susceptibility test)
接地连续性试验(Ground continuity test)  
脉冲电压试验(Impulse voltage test)  
绝缘耐压试验(Dielectric withstand test)
湿漏电流试验(Wet leakage current test)
引线端子强度试验(Robustness of terminations test)
接合路径电阻测试(Bonding path resistance test)  
湿绝缘电阻测试(Wet insulation-resistance test)  
反向电流超载试验(Reverse current overload test)  
电弧试验(Arcing test)  
佈线稳定性测试(Wiring Compartment Securement Test)  
洒水测试(Water spray test)  
气体腐蚀测试(Corrosive atmosphere test)  
火灾试验:    
温度试验(Temperature test)
热斑试验(Hot-spot test)
防火试验(Fire test)
反向过电流试验(Reverse current overload test)  
机械应力试验:    
组件破损量试验(Module breakage test)  
机械负荷测试(Mechanical load test)
推挤测试(Push test)  
冲击测试(Impact test)  
结构试验:    
局部放电试验(Partial discharge test)  
导线管弯曲试验(Conduit bending test)  
接线盒敲打试验(Terminal box knock out test)  
端子扭矩测试(Terminal torque test)  

IEC61730专有名词整理:

英文与简称 中文 说明
Module performance test (MPT) 模组性能测试 测试与量测太阳能电池的电子性能
Module safety test (MST) 模组安全测试 频估与试验太阳能电池的安全可靠度
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