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太阳能模组试验项目
温度循环、湿冷冻、湿热三项试验的试验目的

作者:江志宏

说明:

一、太阳能模组可靠度试验规范:

太阳能模组的可靠度试验是确认太阳能模组的性能(早么期),针对模组的试验规范主要为IEC61215、IEC61646UL1703三个试验规范。IEC61215是适用于结晶型(Si)模组;IEC61646是适用于薄膜型(Thin-film)模组;UL1703则可适用于结晶型与薄膜两种太阳能模组。除此之外,GB与CNS的太阳能规范是从IEC沿用过来进行部分修改的。

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二、昆山庆声电子与太阳能试验项目的关係及重要性:

依据IEC61215、IEC61646的测试项目共约10多项(太阳能模组试验项目对应总表)。其中,会使用到昆山庆声电子所製造的试验设备,有关的试验条件是温度循环(Thermal cycling、10.11)、湿冷冻(Humidity freeze、10.12)、湿热(Damp heat、10.13)三项,而UL1703则只有温度循环、湿冷冻这两项没有湿热这一项目。

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三、温度循环试验介绍(Thermal cycling)IEC61215-10-11:

Æ说明:太阳能模组温度循环试验,是用来确定模组于温度重複变化时,所引起的疲劳、热失效、或其他应力失效。目前温度循环的次数是200次,未来趋势会改为600次(根据美国再生能源协会[NREL]的试验结果,600次的电源退化率大于200次高达一倍之多)。
Æ透过温度循环可找出模组的瑕疵有:裂纹扩展、模组裂缝、翘曲、密封材料脱层、銲点脱落、玻璃腐蚀....等。
Æ温度条件:低温:-40℃,高温:85℃(IEC)、90℃(UL),最快温变率(平均):100℃/h、120℃/h,在试验过程中需进行相关量测(使用庆声太阳能量测系统),试验过程需量测模组的:模组表面温度、电压电流、接地连续性、绝缘性..等。

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太阳能模组经过温度循环试验后的失效案例照片:

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四、温度循环试验过程通偏压的目的:

温度循环试验过程,规范要求需要进行通偏压(庆声太阳能量测系统),其试验目的是为了让有瑕疵的电池片(Cell)发热达到加速老化与加速故障的试验目的,所以需要在温度循环过程中于25℃以上进行通电,美国的实验室有统计过,发现有通电与没有通电的太阳能模组失效率差异高达百分之30几,而且实验的数据表示如果没有通电的话,太阳能模组单纯在温循的环境中不容易失效的,所以在进行太阳能电池片(Cell)&模组的温度循环试验时,需要与专用的量测系统搭配。

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五、湿冷冻试验介绍(Humidity freeze)IEC61215-10-12:

说明:确定元件是否足够抵抗腐蚀伤害和水气膨胀扩大材料分子的能力,结冰水气为测定故障原因的应力,对于待测品来说,其试验的应力在于高温高湿(85℃/85%R.H)降到低温(-40℃,.湿度85%R.H.维持到25℃),以及低温升到高温高湿这两段,而非85℃/85%R.H./20小时,85℃/85%R.H./20小时的目的是要让模组周边充满水气,20小时的驻留时间太短,是不足以让水气渗透到模组与接线盒裡面去的。
Æ透过湿冷冻试验可找出的模组瑕疵:裂缝、翘曲、严重腐蚀、密封材料分层、封装胶脱层、接线盒失效&积水、湿绝缘不良..等
Æ试验条件:85℃/85%R.H.(20h)←→-40℃(0.5~4h),最大升温100、120℃/h、、最大降温200℃/h。

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六、湿冷冻试验目的:

湿冷冻的试验方法,主要是执行两种下雪环境对太阳能模组的伤害,第一种:高温高湿(85℃/85%R.H.)下降到-4℃在25℃之前,湿度需控制在85%±5% R.H.的范围,这样的目的是模拟下雪前的高湿骤变。
在下雪前环境会呈现高湿状态,而当温度下降到0℃时,围绕于模组还有接接线盒封胶的水气会结冰,当水气结冰时,其体积会膨胀为原来的1.1倍,透过水气渗透材料空隙后结冰膨胀的破坏手法,达到此试验目的。目前湿冷冻经统计结果对于接线盒封胶的破坏最高,会造成接线盒脱胶与积水,在模组失效比例裡面佔了7%。

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第二种: 从低温(-40℃)升温升湿(50℃/85%R.H.)的目的是模拟下雪气候下,日出时模组内的升温状况,户外环境虽然还是0℃以下,但是有光线,太阳能模组就会发电,而且由于雪还在模组上面,会造成模组发生热斑效应,所以下雪环境下,模组内的温度还会达到50℃。

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七、湿热试验(Damp heat)试验介绍 IEC61215-10-13:

说明:确定模组抵抗湿气长期渗透之能力,依据BP Solar的试验结果,其1000小时是不够的,实际状况发现能够让模组发生问题的时间至少需要1250小时。
而依据规范目前的要求,湿热试验过程是没有通电的,但是未来的趋势也是需要通电(正、逆偏压),因为可以加速太阳能电池片老化与失效。
Æ试验条件: 85℃/85%R.H.、时间:1000小时 Æ透过湿热试验可找出的瑕疵:CELL脱层、EVA(脱层、变色、产生气泡、雾化、褐变)、串连线变黑、TCO腐蚀、銲点腐蚀、Thin-film变黄变色、接线盒脱胶脱落

太阳能模组经过湿热试验后的失效案例照片:

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